权利要求
1.废三元
锂电池黑粉酸浸液锂与贵重金属分离膜法新工艺，废三元
锂电池回收再生，在硫酸及磷酸酸浸体系后(包括添加双氧水及叶酸体系)，PH在0-4范围内，采用压力渗透膜进行锂离子与其他金属分离工艺。
2.耐酸分离模的分离参数设定及公布的级数设计。
说明书
技术领域
[0001]本新工艺属于废旧
电池材料回收中材料再生领域，具体涉及废三元锂电池黑粉酸浸液锂与贵重金属分离膜法新工艺
背景技术
[0002]废旧电池回收后，一般经过梯次再利用，无法经过梯次再利用的电池进行拆解，然后打碎后形成黑粉。“黑粉”，也称为“黑料”，是通过对废旧三元锂离子电池进行机械破碎和处理后获得的一种有价值的、精细的深色粉末。这种材料是
关键金属的丰富混合物，包括锂、
钴、
镍和
锰，以及来自电池负极的石墨。这些材料的回收对于循环经济至关重要，可以减少对原生矿产的依赖，并最大限度地减少电池废料对环境的影响。材料再生核心新工艺：
湿法冶金、火法冶金、直接再生法。在湿法冶金再生中，传统直接湿法工艺(锂最后回收):
流程: 酸浸 → 除杂(除铁、
铜、
铝等)→ 逐级沉淀或萃取(先提取钴、镍、锰等高价值金属)→ 深度净化后的溶液富含锂 → 加入沉淀剂(如碳酸钠)沉淀出
碳酸锂。
[0003]核心逻辑: 利用不同金属离子在不同pH值下溶解度的差异或使用特定有机萃取剂进行分离。锂盐的溶解度非常高，因此它通常会一直留在溶液中，直到其他主要金属被分离出去后，最后才进行沉淀回收。
[0004]传统痛点一: 传统工艺为了逐一分离钴、镍、锰，需要进行多步骤的pH调节、沉淀或多级溶剂萃取。这个过程非常冗长，每一步都可能引入新的杂质，并且操作窗口(如pH控制)要求严格。
[0005]传统痛点二：传统湿法是“化学品消耗大户”，需要大量使用酸、碱(如烧碱NaOH用于调节pH)、沉淀剂(如碳酸钠Na2CO3)、以及昂贵且有毒的有机萃取剂。这些化学品的成本高昂，并且会产生大量含有高盐分和有机物的废水、废渣，后续处理成本极高，环境压力巨大。由于前面引入了大量的Na离子，导致最后锂溶液的浓缩，以及处理Na是一个大问题，不得不采用MVR高能耗工艺。
[0006]传统痛点三: 在漫长的多步分离过程中，锂离子会不可避免地在每次沉淀或萃取操作中发生“夹带损失”，即少量锂会随着钴渣、镍渣等一同被除去，导致总回收率降低。
目前针对硫酸或磷酸的酸浸液，进行锂与重金属分离，使用压力膜新工艺分离法，还没有看到公开。使用盐酸方法，不在本新工艺发明范围。大量的电池回收企业，都是由于经济效益问题，直接使用硫酸或部分混合酸，进行酸浸。本新工艺针对硫酸或磷酸混合酸浸。
发明内容
[0007]本新工艺提供废三元锂电池黑粉酸浸液锂与贵重金属分离膜法新工艺，适用于高含锂废三元锂电池黑粉和低含锂废三元锂电池黑粉，本新工艺是在湿法新工艺中酸浸后，进行锂与重金属的分离，分离后的液体分为两股水：一股水为重金属，进入原有的湿法新工艺继续提取重金属。一股水为硫酸锂溶液，直接进入提锂新工艺。本新工艺创新地将提锂新工艺大幅缩短，分离后的硫酸锂溶液除杂后，进入沉锂新工艺，得到
电池级碳酸锂或氢氧化锂。本新工艺在提锂端，流程缩短，提锂成本大幅降低。由于分离采用膜组，属于物理方法，所以减少了能源及大量化学药剂的使用，做到了节能、环保、安全、稳定连续运行。由于酸浸液PH值在0.5-2之间，所以分离的模组采用自产耐酸膜，其适应PH0-6，这是保证本新工艺长期稳定运行的前提。由于本新工艺分离的实现，为电池回收再生领域未来进行低成本、环境友好进行锂离子提取创造了大前提。
实现上述目的，本新工艺：废三元锂电池黑粉酸浸液锂与贵重金属分离膜法新工艺有以下模块组成。
附图说明
图1为本发明废三元锂电池黑粉酸浸液锂与贵重金属分离膜法新工艺的整体工艺流程图，其中：1-三元锂黑粉全浸液，2-耐酸分离膜组，3-锂溶液浓缩膜组，4-金属液浓缩膜组，5-补水部分。
三元锂电池粉酸浸后，进入2-分离膜组，进行逐级分离，达到分离的比例效果，原液会分为：锂溶液和金属溶液，锂溶液进入3-锂浓缩模组进行最大限度的浓缩，以实现后续的能耗最佳化。分离后金属液进入4-浓缩模组，进行最大限度浓缩，实现后续工艺的能耗最佳化。5-收集清水部分，作为补水循环，实现最小的耗水量。
[0008]步骤1：耐酸膜分离膜组，采用膜的范围MWCO150-300范围。采用公司自产的耐酸模。
[0009]步骤2：锂浓缩模组，将锂溶液浓缩到10g/L以上，锂分离回收率≥95%以上。后续进入除杂新工艺
步骤3：金属液浓缩模组，将贵重金属溶液进行高度浓缩，减少后续传统新工艺的其他溶剂耗材使用量，金属截留率≥98%，后续进入传统湿法新工艺
补水循环模组，浓缩后的清水形成循环补水。
[0010]PLC逻辑控制系统，进行在线各种参数监测。
[0011]LI回收率计算：锂回收率=【1-金浓流量×锂含量÷(原液流量×锂含量)】×100%
金属回收率计算：金属截留率=【1-锂浓流量×任意其他金属含量÷(原液×任意其他金属含量)】×100%
在本新工艺中，步骤1，采用4段模式，金属浓水4段，清水锂溶液4段。
[0012]在本新工艺中，步骤1，将金属溶液中的锂含量控制在300mg/L以下。锂溶液中的金属杂质控制在50mg/L以下
在本新工艺中，步骤1，由于物料发生粘稠，补水系统进行不同溶液数据的循环补水。
[0013]在本新工艺中，步骤1，PH值保持原液的PH值，由于补水导致一定变化，变化值在0.2-0.3左右
在本新工艺中，步骤1，如果铁的含量超过5g/L，注意PH值控制在2.3以下，防止形成氢氧化亚铁沉淀。
[0014]在本新工艺中，步骤1，采用8040标准模组结构，单支膜面积在35㎡，总进水流量1000m³/H。
[0015]在本新工艺中，步骤1，分离压力保持在35-40公斤
在本新工艺中，步骤1，泵的频率在25-42HZ左右。
[0016]在本新工艺中，步骤2，锂分离液进入浓缩阶段，采用自产BWRO初浓缩到5-7g/L.
在本新工艺中，步骤2，锂分离液进入浓缩阶段，采用自产SWRO初浓缩到10g/L左右.
在本新工艺中，步骤2，锂分离液进入浓缩阶段,锂离子在浓水端作为截留体，清水进行循坏回用。
[0017]在本新工艺中，步骤2，压力在65kg左右
在本新工艺中，步骤2，泵的频率在25HZ左右
在本新工艺中，步骤3，重金属分离液进入浓缩阶段，采用自产SWRO浓缩1倍以上。
[0018]在本新工艺中，步骤3，重金属分离液进入浓缩阶段,重金属在浓水端作为截留体，清水进行循环回用。
[0019]在本新工艺中，步骤3，压力在70kg左右
在本新工艺中，步骤3，泵的频率在30HZ左右
新工艺的好处：
流程: 酸浸后利用耐酸分离膜直接从复杂的混合离子溶液中选择性分离锂离子，分离出锂的溶液再进入后续流程回收钴、镍、锰等。
[0020]核心逻辑: 利用耐酸分离膜材料对(这里是Li⁺)的选择性通透能力，在外加驱动力(如压力、浓度梯度)下，将锂离子“筛”出来，实现与其他金属离子的初步分离。
[0021]膜分离优势: 将锂离子“抄近道”提前取出后，剩余的溶液成分变得简单(主要是钴、镍、锰的混合溶液)。这使得后续对这些高价值金属的分离和提纯变得更加容易，可以采用更简单、更高效的方法，甚至可以共沉淀直接制备前驱体。整个工艺路线被缩短，生产效率显著提高。
[0022]膜分离优势: 膜分离主要是一种物理分离过程，驱动力来源于压力。它能取代或大量减少pH调节剂、沉淀剂和有机萃取剂的使用。
[0023]减少碱耗: 无需为了沉淀其他金属而反复、大量地添加烧碱。
[0024]减少萃取剂: 避免了溶剂萃取过程，从而根除了有机溶剂的消耗、损失和对环境的危害。
[0025]减少沉淀剂: 早期分离出的富锂溶液浓度更高、更纯净，后续沉淀为碳酸锂时，所需的碳酸钠用量也可能减少，且产品纯度更高。
[0026]提高锂的回收率和产品纯度
通过专业的耐酸分离膜，在流程的最前端就把锂“保护性”地分离出来。这有效避免了其在后续复杂工序中的损失，因此锂的直收率(一次性回收的比例)和总回收率都能得到显著提升。由于分离的选择性强，得到的富锂溶液背景干净，杂质离子含量低，更容易制备出高纯度的电池级碳酸锂或氢氧化锂。
[0027]环境友好: 如上所述，通过减少化学品消耗，从源头上减少了废水、废渣和挥发性有机物(VOCs)的产生，完美契合了“绿色化学”和可持续发展的理念。
[0028]过程连续化与智能化: 膜分离系统易于实现连续化、自动化操作和控制，相比批次式、操作繁琐的沉淀法，生产过程更稳定，也更易于实现智能化管理。
[0029]模块化与灵活性: 膜系统具有良好的模块化特性，可以根据处理量的需求，方便地通过增减膜组件来进行扩容或调整，建设周期和投资灵活性优于传统的大型反应釜和萃取箱。
[0030]对电池黑粉酸浸液采用膜分离技术将锂离子优先分离出来，是对传统湿法冶金路线的一次颠覆性创新。它从根本上改变了“锂留在最后”的思路，通过将物理分离方法前置，实现了工艺流程的简化、化学品消耗的锐减、资源回收率的提升和环境影响的降低。
分离中试案例：
原液的成分分析, PH=0.5，硫酸浸出液
[0031]金属截留后成分分析：
[0032]锂离子回收成分分析：
[0033]计算基础流量：
原液流量：150L/H
锂浓流量：126L/H
金属流量：270L/H
根据锂回收率计算公式：
锂回收率=【1-金浓流量×锂含量÷(原液流量×锂含量)】×100%=[1-270*0.14969/(150*6.59)]*100%=95.91%
金属截留率，以镍为计算基础，因为镍的含量比较高
金属截留率=【1-锂浓流量×任意其他金属含量÷(原液×任意其他金属含量)】×100%=[1-126*15.02/(150*21.86)]=99.42%
通过数据分析，达到分离预期。锂离子如果增加级数还可以提高回收率。膜分离最大特点，在参数稳定的情况下，同一批物料，或者物料差距在20-50%，对整个工艺运行效果影响不大。
分离中试案例:
原液成分分析：高含锂，PH=0.5-0.8.
[0034]金属截留后成分分析：
[0035]锂离子回收成分分析：
[0036]计算基础流量：
原液流量：150L/H
锂浓流量：180L/H
金属流量：220L/H
根据锂回收率计算公式：
锂回收率=【1-金浓流量×锂含量÷(原液流量×锂含量)】×100%=[1-220*0.437/(150*14.48)]*100%=95.57%
金属截留率，以镍为计算基础，因为镍的含量比较高
金属截留率=【1-锂浓流量×任意其他金属含量÷(原液×任意其他金属含量)】×100%=[1-180*0.16758/(150*50.04)]=99.60%
通过数据分析，达到分离预期。锂离子如果增加级数还可以提高回收率。膜分离最大特点，在参数稳定的情况下，同一批物料，或者物料差距在20-50%，对整个工艺运行效果影响不大。
说明书附图(1)
声明：
“废三元锂电池黑粉酸浸液锂与贵重金属分离膜法新工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：上海捷努机电科技有限公司
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