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。随后用酸溶解沉淀,得到相对纯净的氯化锂或硫酸锂溶液,再通过添加碳酸钠沉淀出高纯度碳酸锂。这条技术路线成熟度较高,是当前工程化的主流,但产渣量较大。
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⁺。将离子筛粉末填入吸附塔,通入含锂废水,即可实现超高选择性的锂吸附。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磷酸铁电化学提锂法,利用磷酸铁(FePO₄)对锂离子的特异性嵌插与脱出反应,在低电压下从高浓度钠背景中选择性提取并富集锂。电极在还原电位下嵌入Li⁺,在氧化电位下释放Li⁺至回收液中。该技术选择性极高,回收液中锂的浓度可浓缩至10g/L以上,且电极可循环使用,不产生废渣。目前该技术正处于从实验室迈向工程化的关键阶段,是未来最具潜力的锂回收技术之一。
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