權(quán)利要求
1.廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法，其特征在于，包括以下步驟：
（1）將廢舊鋰電池正極材料進行兩段焙燒處理；
（2）將焙燒得到的物料中加入分散劑，并加水進行攪拌調(diào)漿，得到混合料漿；
（3）對混合料漿進行磁選，得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)，非磁性產(chǎn)品為正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述步驟（1）中，第一段焙燒的焙燒溫度為350～600℃，焙燒時間為1～3h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去除方法，其特征在于，所述步驟（1）中，第二段焙燒的焙燒溫度為500～1000℃，焙燒的時間為1～5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的去除方法，其特征在于，所述第一段焙燒的焙燒氣氛為空氣氣氛，所述第二段焙燒的焙燒氣氛為水蒸氣氣氛。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的去除方法，其特征在于，所述水蒸氣氣氛的調(diào)節(jié)方式為在二段焙燒過程中，從管式爐下部進氣口持續(xù)通入水蒸氣以完全置換空氣，使過量水蒸氣從氣氛爐上部出氣口排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的去除方法，其特征在于，所述分散劑為水玻璃、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去除方法，其特征在于，所述分散劑的用量為每噸焙燒后得到的物料中加入5～900克。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的去除方法，其特征在于，所述混合料漿的質(zhì)量濃度為5%～55%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述步驟（2）中，攪拌調(diào)漿使用的攪拌設(shè)備為機械攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為100～3000r/min，攪拌調(diào)漿的攪拌時間為2～30min。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的去除方法，其特征在于，所述步驟（3）中，磁選選用設(shè)備為濕式強磁選機，磁場強度為0.1～1T。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于廢舊電池資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法。
背景技術(shù)
[0002]鋰離子電池由于其較高的能量密度和工作電壓、長循環(huán)壽命、低自放電率、寬工作溫度范圍以及較小的環(huán)境污染等優(yōu)勢而成為眾多移動設(shè)備的動力來源。由于鋰離子電池存在一定的使用壽命，因此，鋰離子電池的大量使用必將帶來大量電池的報廢，若廢舊鋰離子電池?zé)o法得到妥善處置，不僅會帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，也會造成資源的浪費，因此，經(jīng)濟高效地回收廢舊鋰離子電池中的有價成分具有重要意義。
[0003]鋰離子電池一般由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜、集流體、外殼等組成，其中正極材料具有較高的經(jīng)濟價值，因此，鋰離子電池正極材料的回收利用越來越受到科研工作者的關(guān)注。目前，廢舊鋰離子電池正極材料的回收利用主要包括金屬元素的富集與純化、混合電極材料的分離與富集以及電池材料的再生修復(fù)三個方面。目前，金屬元素的富集與提純主要采用傳統(tǒng)化學(xué)、冶金方法回收正極材料中的有價金屬成分，但該工藝存在生產(chǎn)成本高、易產(chǎn)生二次污染等缺點，同時破壞了電池材料結(jié)構(gòu)，降低了材料的回收價值?；旌想姌O材料的分離與富集主要是在不破壞電極材料功能完整性的前提下，將混合的正負(fù)極材料進行分離提純，從而獲得純度較高的電極材料產(chǎn)品。目前，混合電極材料的分離與富集通常采用物理方法進行，通常采用浮選、重選、色選等方式。物理分選方法分離正負(fù)極混合材料可以最大程度保證電極材料的完整性，有利于后續(xù)再生修復(fù)，實現(xiàn)較高的經(jīng)濟價值，因此是當(dāng)前鋰電池回收領(lǐng)域的研究熱點。
[0004]然而，由于混合電極材料成分較為復(fù)雜，通過分離與富集得到的正極材料中仍含有一定的磁性雜質(zhì)（主要為單質(zhì)Fe），倘若這些磁性雜質(zhì)不能有效去除，會嚴(yán)重影響再生修復(fù)電極材料的電化學(xué)性能，引起電池自放電，存在巨大安全隱患。因此，開發(fā)一種經(jīng)濟、環(huán)保、簡單高效的針對回收得到的正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有廢舊電池回收過程存在的上述問題，提供一種廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法，以解決目前廢舊電池電極材料磁性雜質(zhì)含量高的問題，該方法工藝簡單、操作方便、生產(chǎn)成本低、清潔高效。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
一種廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法，包括以下步驟：
（1）將廢舊鋰電池正極材料進行兩段焙燒處理；
（2）將焙燒得到的物料中加入分散劑，并加水進行攪拌調(diào)漿，得到混合料漿；
（3）對混合料漿進行磁選，得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)，非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0007]本發(fā)明先通過兩段式焙燒處理，使廢舊鋰電池正極材料中單質(zhì)鐵充分轉(zhuǎn)化成四氧化三鐵，而后在通過將焙燒后的物料在水中分散并進行磁選，最終得到去除磁性雜質(zhì)的具有可再生使用的正極材料。本發(fā)明由于在對正極材料進行磁選前進行了焙燒步驟，使得正極材料可以將未脫除的少量單質(zhì)鐵進行氧化；同時還可以使電池正極材料結(jié)構(gòu)更加致密，可以提高后續(xù)再生修復(fù)的電化學(xué)性能，提高后續(xù)修復(fù)電極材料的使用安全性。
[0008]相比于常規(guī)的對正極材料的焙燒處理方式，本發(fā)明先進行了第一段焙燒，使廢舊鋰電池正極材料中包含的可揮發(fā)的其它雜質(zhì)被去除，同時使部分單質(zhì)鐵生成四氧化三鐵，而后再進行第二段的焙燒，使單質(zhì)鐵能夠在較為溫和的反應(yīng)狀態(tài)下盡可能的轉(zhuǎn)化為具有較高磁性的四氧化三鐵，避免了反應(yīng)劇烈而破壞正極材料的可利用性能。兩段式焙燒也避免了單一一段焙燒可能會造成部分單質(zhì)鐵無法生成四氧化三鐵的問題。
[0009]進一步優(yōu)選的，上述步驟（1）中，第一段焙燒的焙燒溫度為350～600℃，焙燒時間為1～3h。
[0010]進一步優(yōu)選的，上述步驟（1）中，第二段焙燒的焙燒溫度為500～1000℃，焙燒的時間為1～5h。溫度過低、過高、時間過短、過長會造成單質(zhì)鐵氧化不足或過度氧化，生成其他成分，最終磁性雜質(zhì)去除效果。
[0011]進一步優(yōu)選的，上述第一段焙燒的焙燒氣氛為空氣氣氛，所述第二段焙燒的焙燒氣氛為水蒸氣氣氛。第一段焙燒的焙燒氣氛為空氣氣氛，目的是使正極材料中的揮發(fā)性雜質(zhì)被排出，同時使少部分的鐵單質(zhì)先反應(yīng)生成四氧化三鐵，而第二段焙燒的焙燒氣氛為水蒸氣氣氛則是使正極材料中的鐵單質(zhì)先反應(yīng)生成四氧化三鐵的主反應(yīng)。
[0012]進一步優(yōu)選的，上述水蒸氣氣氛的調(diào)節(jié)方式為在二段焙燒過程中，從管式爐下部進氣口持續(xù)通入水蒸氣以完全置換空氣，使過量水蒸氣從氣氛爐上部出氣口排出。
[0013]進一步優(yōu)選的，上述分散劑為水玻璃、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素中的一種或幾種。選用這幾種的分散劑可以防止正極材料在分離出磁性物質(zhì)后不至于在正極材料中又引入影響材料性能發(fā)揮的物質(zhì)。
[0014]進一步優(yōu)選的，上述分散劑的用量為每噸焙燒后得到的物料中加入5～900克。分散劑是為了使正負(fù)極材料被充分分散到水體中；分散劑用量過低無法達到分散效果，影響后續(xù)磁選效果；用量過大一方面會增加成本和資源浪費，同時還會影響后續(xù)過濾，造成過濾困難，過濾時間過長。
[0015]進一步優(yōu)選的，上述混合料漿的質(zhì)量濃度為5%～55%。
[0016]進一步優(yōu)選的，上述步驟（2）中，攪拌調(diào)漿使用的攪拌設(shè)備為機械攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為100～3000r/min，攪拌調(diào)漿的攪拌時間為2～30min?？刂坪线m的攪拌轉(zhuǎn)速跟時間是為了是磁性雜質(zhì)跟正極材料充分分散，速度過低或時間過短會造成分散不均勻，影響后續(xù)磁選效果，速度過高或時間過長會造成浪費。
[0017]進一步優(yōu)選的，上述步驟（3）中，磁選選用設(shè)備為濕式強磁選機，磁場強度為0.1～1T。
[0018]本發(fā)明主要技術(shù)原理如下：
在步驟（1）中，單質(zhì)鐵通過焙燒處理生成磁性更強的四氧化三鐵，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明的優(yōu)點在于可以使單質(zhì)鐵生成磁性更強的四氧化三鐵，從而可以提高磁選分離效率，本發(fā)明將廢舊鋰電池正極材料通過焙燒處理以使單質(zhì)鐵生成磁性更強的四氧化三鐵，并向焙燒處理后的混合物料中加入分散劑得到相對均勻的混合料漿，提高細(xì)粒磁性雜質(zhì)的去除效率，最大程度脫除磁性雜質(zhì)。本發(fā)明主要針對細(xì)粒廢舊鋰電池正極材料因夾帶等原因造成的磁性雜質(zhì)脫除困難這一難題，具有脫除效率高，經(jīng)濟環(huán)保，操作簡單，容易大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。此外，由于在對正極材料進行磁選前進行了焙燒步驟，使得正極材料可以同時可以將未脫除的少量單質(zhì)鐵進行氧化，提高后續(xù)修復(fù)電極材料的安全性。
附圖說明
[0019]圖1為廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除工藝流程圖。
具體實施方式
[0020]為了便于理解本發(fā)明，下文將本發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體實施例。
[0021]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
[0022]除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。
[0023]實施例1
參照圖1，本發(fā)明實施例中，一種廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法，包括以下步驟：
（1）將200g回收得到的廢舊鋰電池正極材料通入反應(yīng)室進行焙燒處理，一段焙燒為空氣氣氛，焙燒溫度為480℃，焙燒時間為1.5h；二段焙燒為水蒸氣氣氛，焙燒溫度為600℃，時間為2h，以得到焙燒產(chǎn)物；
（2）將焙燒得到的物料置于燒杯中，并按照每噸焙燒后物料添加100克分散劑的方式添加羧甲基纖維素，加水定容至1000mL并使用電動機械攪拌器進行攪拌調(diào)漿，其中攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min，攪拌時間為20min，使磁性雜質(zhì)四氧化三鐵與正極材料充分分散；
（3）將攪拌后的混合料漿使用濕式強磁選機進行磁選處理，背景磁場強度為0.1T，以得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)（四氧化三鐵），非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0024]經(jīng)檢測，最終得到的正極材料產(chǎn)品中磁性雜質(zhì)Fe的去除率為99.35%。
[0025]實施例2
本發(fā)明實施例中，一種廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法，包括以下步驟：
（1）將200g回收得到的廢舊鋰電池正極材料通入反應(yīng)室進行焙燒處理，一段焙燒為空氣氣氛，焙燒溫度為500℃，焙燒時間為1.4h；二段焙燒為水蒸氣氣氛，焙燒溫度為650℃，時間為1.8h，以得到焙燒產(chǎn)物；
（2）將焙燒得到的物料置于燒杯中，并按照每噸焙燒后物料添加100克分散劑的方式添加六偏磷酸鈉，加水定容至1000mL并使用電動機械攪拌器進行攪拌調(diào)漿，其中攪拌轉(zhuǎn)速為600r/min，攪拌時間為18min，使磁性雜質(zhì)四氧化三鐵與正極材料充分分散；
（3）將攪拌后的混合料漿使用濕式強磁選機進行磁選處理，背景磁場強度為0.15T，以得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)（四氧化三鐵），非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0026]經(jīng)檢測，最終得到的正極材料產(chǎn)品中磁性雜質(zhì)Fe的去除率為99.41%。
[0027]實施例3
本發(fā)明實施例中，一種廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法，包括以下步驟：
（1）將200g回收得到的廢舊鋰電池正極材料通入反應(yīng)室進行焙燒處理，一段焙燒為空氣氣氛，焙燒溫度為520℃，焙燒時間為1.3h；二段焙燒為水蒸氣氣氛，焙燒溫度為680℃，時間為1.7h，以得到焙燒產(chǎn)物；
（2）將焙燒得到的物料置于燒杯中，并按照每噸焙燒后物料添加100克分散劑的方式添加聚丙烯酸鈉，加水定容至1000mL并使用電動機械攪拌器進行攪拌調(diào)漿，其中攪拌轉(zhuǎn)速為800r/min，攪拌時間為15min，使磁性雜質(zhì)四氧化三鐵與正極材料充分分散；
（3）將攪拌后的混合料漿使用濕式強磁選機進行磁選處理，背景磁場強度為0.13T，以得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)（四氧化三鐵），非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0028]經(jīng)檢測，最終得到的正極材料產(chǎn)品中磁性雜質(zhì)Fe的去除率為99.49%。
[0029]對比例1
（1）將200g回收得到的廢舊鋰電池正極材料通入反應(yīng)室進行焙燒處理，一段焙燒為空氣氣氛，焙燒溫度為800℃，焙燒時間為1.5h；二段焙燒為水蒸氣氣氛，焙燒溫度為1200℃，時間為2h，以得到焙燒產(chǎn)物；
（2）將焙燒得到的物料置于燒杯中，并按照每噸焙燒后物料添加100克分散劑的方式添加羧甲基纖維素，加水定容至1000mL并使用電動機械攪拌器進行攪拌調(diào)漿，其中攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min，攪拌時間為20min，使磁性雜質(zhì)四氧化三鐵與正極材料充分分散；
（3）將攪拌后的混合料漿使用濕式強磁選機進行磁選處理，背景磁場強度為0.1T，以得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)（四氧化三鐵），非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0030]經(jīng)檢測，最終得到的正極材料產(chǎn)品中磁性雜質(zhì)Fe的去除率為43.19%。
[0031]對比例2
（1）將200g回收得到的廢舊鋰電池正極材料通入反應(yīng)室進行焙燒處理，一段焙燒為空氣氣氛，焙燒溫度為500℃，焙燒時間為1.4h；二段焙燒為氮氣氣氛，焙燒溫度為650℃，時間為1.8h，以得到焙燒產(chǎn)物；
（2）將焙燒得到的物料置于燒杯中，并按照每噸焙燒后物料添加100克分散劑的方式添加六偏磷酸鈉，加水定容至1000mL并使用電動機械攪拌器進行攪拌調(diào)漿，其中攪拌轉(zhuǎn)速為600r/min，攪拌時間為18min，使磁性雜質(zhì)四氧化三鐵與正極材料充分分散；
（3）將攪拌后的混合料漿使用濕式強磁選機進行磁選處理，背景磁場強度為0.15T，以得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)（四氧化三鐵），非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0032]經(jīng)檢測，最終得到的正極材料產(chǎn)品中磁性雜質(zhì)Fe的去除率為63.78%。
[0033]對比例3
（1）將200g回收得到的廢舊鋰電池正極材料通入反應(yīng)室進行焙燒處理，一段焙燒為空氣氣氛，焙燒溫度為520℃，焙燒時間為1.3h；二段焙燒為水蒸氣氣氛，焙燒溫度為680℃，時間為1.7h，以得到焙燒產(chǎn)物；
（2）將焙燒得到的物料置于燒杯中，并按照每噸焙燒后物料添加100克分散劑的方式添加聚丙烯酸鈉，加水定容至1000mL并使用電動機械攪拌器進行攪拌調(diào)漿，其中攪拌轉(zhuǎn)速為800r/min，攪拌時間為15min，使磁性雜質(zhì)四氧化三鐵與正極材料充分分散；
（3）將攪拌后的混合料漿使用濕式強磁選機進行磁選處理，背景磁場強度為0.13T，以得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)（四氧化三鐵），非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0034]經(jīng)檢測，最終得到的正極材料產(chǎn)品中磁性雜質(zhì)Fe的去除率為84.18%。
[0035]對比例4
（1）將200g回收得到的廢舊鋰電池正極材料通入反應(yīng)室進行焙燒處理，采用一段式焙燒，焙燒為空氣氣氛，焙燒溫度為480℃，焙燒時間為1.5h以得到焙燒產(chǎn)物。
[0036]（2）將焙燒得到的物料置于燒杯中，并并按照每噸焙燒后物料添加100克分散劑的方式添加羧甲基纖維素，加水定容至1000mL并使用電動機械攪拌器進行攪拌調(diào)漿，其中攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min，攪拌時間為20min，使磁性雜質(zhì)四氧化三鐵與正極材料充分分散。
[0037]（3）將攪拌后的混合料漿使用濕式強磁選機進行磁選處理，背景磁場強度為0.1T，以得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，其中磁性產(chǎn)品為磁性雜質(zhì)（四氧化三鐵），非磁性產(chǎn)品為正極材料。
[0038]經(jīng)檢測，最終得到的正極材料產(chǎn)品中磁性雜質(zhì)Fe的去除率為75.88%。
[0039]上述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進和變換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
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聲明：
“廢舊鋰電池正極材料中磁性物質(zhì)的去除方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：湖南五創(chuàng)循環(huán)科技有限公司
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2025年03月25日 ~ 27日 
