一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺的制作方法

本发明涉及钴锰废渣回收，具体涉及一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺。

背景技术：

1、三元材料是指由三种化学成分(元素)组成的材料，通常包括镍、钴和锰，这种材料在锂电池领域中应用广泛，特别是在正极材料方面，三元材料的特点包括高能量密度、高安全性、长循环寿命等，通常以licoo2的形式存在于钴酸锂电池中，而作为三元材料，其化学式为li(nicomn)o2。

2、随着新能源汽车的快速发展，三元锂电池作为其主要动力源逐渐成为关注焦点，而三元材料中的钴、锰等重要元素的回收与利用一直备受关注，目前钴锰废渣的回收主要通过熔炼或化学处理等传统方式，但存在回收率低、流程复杂、能源消耗大等问题，并且回收的钴、锰中由于废渣中的杂质元素存在，导致回收钴、锰所制备的三元正极材料无法达到理想水平，影响了材料的经济性和可持续性，三元正极材料的电化学性能有待进一步提高。

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，用于解决现有技术中钴锰废渣的回收收率低和所回收制备的三元正极材料的电化学性能有待进一步提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，包括以下步骤：

3、s1、对钴锰废渣进行前处理，得到再生金属粉末；

4、s2、将再生金属粉末、浸提液混合均匀，浸提液温度升高至60-80℃，搅拌3-4h，后处理得到浸出液和浸出渣；

5、s3、对浸出液进行再处理，得到再生金属；

6、s4、将再生金属与硫酸溶液混合，得到金属混合液；

7、s5、采用原子发射光谱仪检测金属混合液中钴、锰、镍离子的含量，向金属混合液中添加入镍源、钴源、锰源和络合剂，得到前驱溶液，向前驱溶液中加入20wt％氢氧化钠溶液，调节体系ph＝11-13，室温下搅拌30-50min，后处理得到三元前驱体；

8、s6、向三元前驱体中加入碳酸锂与添加剂进行球磨混合后，煅烧得到三元正极材料。

9、进一步的，步骤s2中再生金属粉末、浸提液的用量比为1g:5ml，所述浸提液由1mol/l苹果酸、亚硫酸钠按用量比20ml:1g，所述后处理操作包括：搅拌完成之后，浸提液温度降低至室温，抽滤，滤饼用纯化水淋洗后抽干，得到浸出液和浸出渣；步骤s4中再生金属与硫酸溶液的用量比为1g:10-30ml，所述硫酸溶液的质量浓度为35-45％。

10、进一步的，步骤s5中络合剂为氨水，氨水的浓度为2-3mol/l，所述镍源为氢氧化镍、氧化镍中的一种或多种，所述钴源为四氧化三钴、氧化钴、碳酸钴、乙酸钴的一种或多种，所述锰源为氢氧化锰、碳酸锰、乙酸锰、三氧化二锰中的一种或多种，所述前驱溶液中钴、锰、镍、铵根离子的摩尔比为0.3:0.4:0.3:0.7-1，所述后处理操作包括：搅拌完成之后，抽滤，滤饼用纯化水洗涤三次后抽干，滤饼转移到温度为70-80℃的干燥箱中干燥至恒重，得到三元前驱体；步骤s6中三元前驱体、碳酸锂和添加剂的重量比为15:3:1，所述添加剂由氟化铝钾、甲烷二磺酸亚甲酯、三氟甲磺酸硼、硫酸乙烯酯按重量比5:3:2:1组成，所述煅烧温度为800-900℃。

11、进一步的，步骤s1中的前处理操作包括：

12、a1、使用粉碎机对钴锰废渣进行粉碎，过16-20目筛网，得到钴锰废渣粉；

13、a2、将钴锰废渣粉和n-甲基吡咯烷酮混合后，n-甲基吡咯烷酮温度升高至63-67℃，超声分散3-5h，后处理得到钴锰分散渣；

14、a3、将钴锰分散渣均匀摊铺在管式炉中，热处理，得到热处理废渣；

15、a4、使用粉碎机对热处理废渣进行粉碎，过80目筛网，将热处理废渣和分散液混合均匀，然后，将其加入到磁选机中，磁选分离，得到再生金属粉末。

16、进一步的，步骤a2中钴锰废渣粉和n-甲基吡咯烷酮的用量比为1g:3ml，所述后处理操作包括：超声分散完成之后，n-甲基吡咯烷酮温度降低至室温，抽滤，滤饼用n-甲基吡咯烷酮洗涤3次，再用纯化水洗涤2次，抽干，滤饼转移到温度为70-80℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到钴锰分散渣；步骤a3中热处理操作包括：管式炉在空气环境下，以10℃/min的升温速率升高至380-390℃后，以1℃/min的升温速率升高至450-470℃，再以5℃/min的升温速率升高至550-560℃，保温处理30-50min，管式炉以2-6℃/min的降温速率降温至室温，得到热处理废渣；步骤a4中热处理废渣与分散液的用量比为1g:5ml，所述分散液由纯化水、n-甲基吡咯烷酮和聚乙二醇400按用量比100g:75ml:7g组成。

17、进一步的，步骤s3中的再处理操作包括：

18、b1、将再生金属粉末、浸提液混合均匀，浸提液温度升高至60-80℃，搅拌3-4h，后处理得到浸出液和浸出渣；

19、b2、对浸出液进行再处理，得到再生金属。

20、进一步的，步骤b1中再生金属粉末、浸提液的用量比为1g:5ml，所述浸提液由1mol/l苹果酸、亚硫酸钠按用量比20ml:1g，所述后处理操作包括：搅拌完成之后，浸提液温度降低至室温，抽滤，滤饼用纯化水淋洗后抽干，得到浸出液和浸出渣。

21、进一步的，步骤b2中再处理操作包括：将浸出液加入到反应釜中搅拌，向反应釜中缓慢加入碱液，调节体系ph＝5.5-6.5，反应釜温度升高至55-60℃，保温搅拌30-50min，抽滤，得到滤液一，将滤液一转移到清洗后的反应釜中，向反应釜中继续加入碱液，调节体系ph＝10-11，抽滤，滤饼用纯化水洗涤三次后抽干，滤饼转移到温度为70-80℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到再生金属，其中，碱液为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾的水溶液中的一种，浓度为0.2-2mol/l。

22、本发明具备下述有益效果：

23、1、本发明是通过对钴锰废渣进行初步粉碎后，通过n-甲基吡咯烷酮对其进行升温和超声分散处理，能够促进钴锰废渣中的粘结剂溶解，有利于将铝片上粘结的钴锰等金属与铝分离，经过管式炉的高温作用下，促进铝氧化的同时，经过低速降温淬灭，能够提高钴、锰等金属的磁性，并经过分散液对热处理废渣进行分散处理，能够有效的促进热处理废渣中的钴、锰等金属与碳化渣等杂质进行分离，提高再生金属粉末的回收率，经过浸提液对再生金属粉末进行还原浸提的同时，经过碱性液的对浸出液的ph进行调节，促进杂质金属与钴、锰等金属分离，提高再生金属的回收纯度和回收率。

24、2、本发明是通过对再生金属中的钴、锰、镍的离子含量，补充钴源、锰源和镍源，并通过控制钴、锰、镍和铵根离子的摩尔比，制备成三元前驱体，通过制备多元复合的添加剂后与三元前驱体、碳酸锂按照比例进行混合，制备得到三元前驱体，有效的提高了三元正极材料的电化学性能。

技术特征：

1.一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，步骤s2中再生金属粉末、浸提液的用量比为1g:5ml，所述浸提液由1mol/l苹果酸、亚硫酸钠按用量比20ml:1g；步骤s4中再生金属与硫酸溶液的用量比为1g:10-30ml，所述硫酸溶液的质量浓度为35-45％。

3.根据权利要求1所述的一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，步骤s5中络合剂为氨水，氨水的浓度为2-3mol/l，所述镍源为氢氧化镍、氧化镍中的一种或多种，所述钴源为四氧化三钴、氧化钴、碳酸钴、乙酸钴的一种或多种，所述锰源为氢氧化锰、碳酸锰、乙酸锰、三氧化二锰中的一种或多种，所述前驱溶液中钴、锰、镍、铵根离子的摩尔比按a:b:c:d为a+b+c＝1，d/(a+b+c)＝0.7-1；步骤s6中三元前驱体、碳酸锂和添加剂的重量比为15:3:1，所述添加剂由氟化铝钾、甲烷二磺酸亚甲酯、三氟甲磺酸硼、硫酸乙烯酯按重量比5:3:2:1组成，所述煅烧温度为800-900℃。

4.根据权利要求1所述的一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，步骤s1中的前处理操作包括：

5.根据权利要求4所述的一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，步骤a2中钴锰废渣粉和n-甲基吡咯烷酮的用量比为1g:3ml；步骤a3中热处理操作包括：管式炉在空气环境下，以10℃/min的升温速率升高至380-390℃后，以1℃/min的升温速率升高至450-470℃，再以5℃/min的升温速率升高至550-560℃，保温处理30-50min，管式炉以2-6℃/min的降温速率降温至室温，得到热处理废渣；步骤a4中热处理废渣与分散液的用量比为1g:5ml，所述分散液由纯化水、n-甲基吡咯烷酮和聚乙二醇400按用量比100g:75ml:7g组成。

6.根据权利要求1所述的一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，步骤s3中的再处理操作包括：

7.根据权利要求6所述的一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，步骤b1中再生金属粉末、浸提液的用量比为1g:5ml，所述浸提液由1mol/l苹果酸、亚硫酸钠按用量比20ml:1g。

8.根据权利要求6所述的一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，其特征在于，步骤b2中再处理操作包括：将浸出液加入到反应釜中搅拌，向反应釜中缓慢加入碱液，调节体系ph＝5.5-6.5，反应釜温度升高至55-60℃，保温搅拌30-50min，抽滤，得到滤液一，将滤液一转移到清洗后的反应釜中，向反应釜中继续加入碱液，调节体系ph＝10-11，抽滤，滤饼用纯化水洗涤三次后抽干，滤饼转移到温度为70-80℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到再生金属，其中，碱液为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾的水溶液中的一种，浓度为0.2-2mol/l。

技术总结本发明公开了一种钴锰废渣回收制备三元材料的加工工艺，属于钴锰废渣回收技术领域，用于解决现有技术中钴锰废渣的回收收率低和所回收制备的三元正极材料的电化学性能有待进一步提高的技术问题；本发明包括以下步骤：对钴锰废渣进行前处理，得到再生金属粉末；将再生金属粉末、浸提液混合均匀，浸提液温度升高至60‑80℃，搅拌3‑4h，后处理得到浸出液和浸出渣；对浸出液进行再处理，得到再生金属。本发明是通过优化钴锰废渣的回收工艺和三元正极材料的制备工艺，不仅有效的提高了钴锰废渣的回收率，还提高了由回收三元正极材料制备的正极片的电化学性能。技术研发人员：姚送送,乔自鹏,马守肖,王井阳受保护的技术使用者：安徽南都华铂新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29