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废弃锂电池湿法回收过程产生的含锂高盐废水中锂的选择性回收

文章出处:人气: 发表时间:2020-11-15 00:00

  在退役锂离子动力电池的湿法回收中,将电池黑粉经过酸浸和分步萃取后,钴、镍、锰等高价值金属依次被分离。最后的萃余液,是一股含有高浓度硫酸钠、残余锂(通常1-3g/L)、少量铝、氟等杂质的废水。锂是战略性关键金属,直接从这股复杂高盐废水中将其经济地、高选择性地回收出来,是全球电池回收行业共同攻关的技术高地。由于锂浓度相对低、而钠浓度极高(可达50-100g/L),且两者化学性质相似(都是碱金属),其分离回收难度极大。

  目前技术路线主要有三。第一条是经典的铝盐沉淀/吸附法。在碱性条件下,向废水中投加铝酸钠或氯化铝,控制温度、pH和反应时间,会生成一种对锂离子具有高度专一性的固体产物——铝锂水滑石或锂铝复合氢氧化物沉淀。这个沉淀过程可以有效地将锂离子从高浓度钠盐溶液中选择性地“抓取”出来,而将大部分钠和硫酸根留在溶液中。过滤得到的锂铝沉淀物,再用酸进行溶解,即可得到相对纯净的氯化锂或硫酸锂溶液。锂的浓度被大幅提高,随后再通过添加碳酸钠,将锂以高纯度碳酸锂(Li₂CO₃)的形式沉淀出来,作为电池正极材料的前驱体。这条技术路线成熟度较高,是当前工程化的主流。

  第二条路线是锂离子筛吸附法。这是一类对锂离子有形状记忆效应的尖晶石型锰氧化物或钛氧化物吸附剂。其内部的晶格空位,尺寸和电荷正好嵌合Li⁺,而排斥尺寸更大的Na⁺和K⁺。将离子筛粉末或颗粒填入吸附塔,通入含锂废水,即可实现超高选择性的锂吸附。吸附饱和后,用少量稀酸进行解吸,便能得到高纯、高浓度的富锂液。此法的优点在于对锂的选择性近乎绝对,回收率高,非常适合处理低锂浓度废水。第三条路线是新兴的膜电解法。利用只允许锂离子等一价阳离子透过的单选择性阳离子交换膜,在电场力驱动下,将萃余液中的Li⁺从高钠背景中迁移到阴极室浓缩,实现分离和富集。比较三种工艺,铝盐法药剂成本可控、操作简单,但产渣量较大;离子筛法产品纯度高,但吸附剂的溶损和寿命是关键;膜电解法流程简洁,但对原水预处理要求极高。工业实践中,正趋向于将离子筛吸附作为精处理,与铝盐粗沉淀法组合,以实现回收率与纯度的最优解。

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