RU2849165C2 - Способ обработки отработанной батареи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу обработки отработанной батареи и, в частности, к способу восстановления металла в виде соединения из батареи пакетного типа, которая достигла конца своего срока службы. Способ обработки отработанной батареи включает процесс разрядки для разрядки отработанной батареи, процесс разборки для разборки разряженной отработанной батареи на элементы батареи, процесс измельчения для измельчения разобранной отработанной батареи, процесс обжига для обжига измельченной отработанной батареи, процесс растирания для растирания обожженной отработанной батареи и гидрометаллургический процесс извлечения и восстановления металлов из растертой отработанной батареи. Техническим результатом является минимизирование уровня потерь металлических компонентов, присутствующих в батарее пакетного типа. 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[01] Настоящее изобретение относится к способу обработки отработанной батареи и, в частности, к способу восстановления металла в виде соединения из батареи пакетного типа, которая достигла конца своего срока службы.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[02] В последнее время спрос на вторичные батареи увеличивается из-за расширения рынка электрических транспортных средств (электрических транспортных средств на батареях, или BEV). Вторичные батареи не могут быть использованы постоянно и имеют определенный срок службы. Вторичные батареи, которые достигли конца своего срока службы, могут быть утилизированы, повторно использованы или переработаны. В последние годы непрерывно проводится исследование в отношении восстановления редких металлов, которые являются полезными ресурсами в батареях, путем переработки вторичных батарей.

[03] Из предшествующего уровня техники известны технологии, которые были разработаны в основном для обработки отработанных батарей в виде небольших батарей. Следовательно, были разработаны элементные процессы, а не интегрированные технологические процессы. Тем не менее, поскольку основная часть недавно увеличившегося спроса на батареи сосредоточена на батареях от средних до больших размеров в блоках пакета, используемых в качестве источника энергии для электрических транспортных средств, необходимы технологии обработки отработанных батарей, ориентированные на батареи от средних до больших размеров. Кроме того, вместо развития существующих элементных процессов требуется разработка интегрированных процессов переработки для целых батарей и конечных целевых металлических соединений.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[04] В различных вариантах осуществления настоящего изобретения предложен способ обработки отработанной батареи, выполненный с возможностью эффективного восстановления металлов в виде соединений из батареи пакетного типа, которая достигла конца своего срока службы, с помощью процесса разрядки, процесса разборки, процесса измельчения, процесса обжига, процесса растирания и гидрометаллургического процесса.

[05] Способ обработки отработанной батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения включает: процесс разрядки для разрядки отработанной батареи; процесс разборки для разборки разряженной отработанной батареи на элементы батареи; процесс измельчения для измельчения разобранной отработанной батареи; процесс обжига для обжига измельченной отработанной батареи; процесс растирания для растирания обожженной отработанной батареи; и гидрометаллургический процесс извлечения и восстановления металлов из растертой отработанной батареи, гидрометаллургический процесс включает: процесс предварительного отделения раствора лития и брикета путем добавления воды в растертую отработанную батарею, процесс выщелачивания слабой кислотой брикета, отделенного в процессе предварительного отделения, процесс последующего отделения раствора лития и брикета на основе никеля, кобальта и марганца путем нейтрализации выщелоченного фильтрата, образованного в процессе выщелачивания слабой кислотой, и процесс двустадийного выщелачивания брикета, выщелоченного в процессе выщелачивания слабой кислотой, и брикета на основе никеля, кобальта и марганца, отделенного в процессе последующего отделения.

[06] Отработанная батарея может быть батареей пакетного типа, которая достигла конца своего срока службы.

[07] Отработанная батарея может быть разряжена с помощью процесса разрядки с обеспечением напряжения отработанной батареи 30 В или менее.

[08] Элементы батареи могут быть измельчены до размера 20 см или менее с помощью процесса измельчения.

[09] Процесс отделения черной массы из растертой отработанной батареи может быть опущен.

[010] Процесс разрядки, процесс разборки, процесс измельчения, процесс обжига и процесс растирания могут быть выполнены непрерывно с помощью автоматизированного средства.

[011] Процесс разрядки, процесс разборки и процесс измельчения могут быть выполнены с помощью автоматизированного средства с применением робота.

[012] Металлические соединения могут быть восстановлены с помощью гидрометаллургического процесса.

[013] Металлические соединения могут содержать по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из гидроксида лития, карбоната лития и фосфата лития.

[014] Металлические соединения могут содержать один тип сульфата, содержащий одно, выбранное из группы, состоящей из никеля, кобальта и марганца.

[015] Металлические соединения могут содержать соединение на основе никеля, кобальта и марганца в состоянии раствора.

[016] Согласно настоящему изобретению в некоторых вариантах осуществления время, необходимое для восстановления металлов в виде соединений из отработанной батареи, может быть сокращено за счет разборки разряженной отработанной батареи на элементы батареи и последующего выполнения гидрометаллургического процесса, и скорость восстановления металла может быть увеличена за счет сокращения побочных продуктов, полученных в ходе технологической операции.

[017] В частности, согласно настоящему изобретению металлы восстанавливают с помощью гидрометаллургического процесса без подвергания процессу отделения черной массы сразу после растирания элементов батареи. Поэтому можно минимизировать уровень потерь металлических компонентов, присутствующих в батарее пакетного типа.

[018] Кроме того, согласно настоящему изобретению можно значительно сократить время, необходимое для восстановления металлов в виде соединений из батареи пакетного типа, за счет автоматического выполнения процесса разрядки, процесса разборки, процесса измельчения, процесса обжига и процесса растирания без выполнения при этом гидрометаллургического процесса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[019] Фиг. 1 представляет собой общую схему процесса способа обработки отработанной батареи согласно настоящему изобретению.

[020] Фиг. 2 представляет собой общую схему процесса, показывающую подробные процессы способа обработки отработанной батареи согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[021] Способ обработки отработанной батареи согласно настоящему изобретению включает процесс разрядки для разрядки отработанной батареи, процесс разборки для разборки разряженной отработанной батареи на элементы батареи, процесс измельчения для измельчения разобранной отработанной батареи, процесс обжига для обжига измельченной отработанной батареи, процесс растирания для растирания обожженной отработанной батареи, и гидрометаллургический процесс извлечения и восстановления металлов из растертой отработанной батареи.

[022] Далее в данном документе настоящее изобретение будет описано со ссылкой на графические материалы. Фиг. 1 представляет собой общую схему процесса способа обработки отработанной батареи согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1, способ обработки отработанной батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения включает процесс разрядки (S100), процесс разборки (S200), процесс измельчения (S300), процесс обжига (S400), процесс растирания (S500) и гидрометаллургический процесс (S600).

[023] Процесс разрядки (S100)

[024] Процесс разрядки (S100) представляет собой процесс разрядки энергии, накопленной в отработанной батарее, для предотвращения взрыва отработанной батареи, который может произойти в ходе последующего процесса. Например, в процессе разрядки (S100) отработанная батарея может быть соединена с разрядным устройством и может быть разряжена так, что напряжение отработанной батареи составляет 30 В или менее, предпочтительно 0,2 В или менее. За счет разрядки отработанной батареи до напряжения, входящего в вышеуказанный диапазон числовых значений, с помощью процесса разрядки (S100) можно предотвратить взрыв отработанной батареи в последующем процессе разборки (S200), что обеспечивает стабильность.

[025] Способ обработки отработанной батареи согласно настоящему изобретению может быть выполнен в отношении батарей от средних до больших размеров, используемых в электрических транспортных средствах. В этом случае отработанная батарея, разряженная с помощью процесса разрядки (S100), может быть батареей пакетного типа, которая достигла конца своего срока службы.

[026] Процесс разрядки (S100) может быть выполнен путем механической разрядки с помощью разрядного устройства или разрядки в соленой воде с помощью соленой воды. Предпочтительно процесс разрядки (S100) может быть выполнен путем механической разрядки. При применении механической разрядки может быть обеспечена безопасность в отношении огня и взрыва, проверено состояние разрядки и уменьшено время разрядки и побочные затраты.

[027] Процесс разборки (S200)

[028] Процесс разборки (S200) представляет собой процесс разборки отработанной батареи в блоках пакета на меньшие блоки. В процессе разборки (S200) согласно настоящему изобретению отработанную батарею в виде пакета разбирают на элементы батареи. Например, в процессе разборки (S200) отработанная батарея пакетного типа может быть разобрана на модульные блоки батареи и затем на элементы батареи.

[029] Хотя удобно непосредственно использовать отработанную батарею пакетного типа для переработки, существует проблема в том, что введение примесей увеличивается, поскольку также введены BMS (система управления батареей) и различные управляющие устройства. Поэтому для переработки отработанной батареи ее необходимо разобрать по меньшей мере на модульные блоки батареи. Настоящее изобретение характеризуется разборкой отработанной батареи пакетного типа на элементы батареи, а не на модульные блоки батареи. Согласно настоящему изобретению, в отличие от случая разборки отработанной батареи пакетного типа на модульные блоки батареи, отработанную батарею пакетного типа разбирают на элементы батареи, что позволяет значительно уменьшить введение примесей (например, Al и Fe) в восстановленных металлах. Кроме того, поскольку количество алюминия, введенного в восстановленные металлы, является довольно небольшим, существует преимущество в том, что дополнительный процесс для удаления алюминия может быть минимизирован при восстановлении металлов.

[030] В то же время, если отработанную батарею пакетного типа разбирают только на модульные блоки батареи, пирометаллургический процесс (процесс обжига) выполняют при высокой температуре в по меньшей мере 1200 ℃. Поэтому марганец (Mn) выгружают как шлак в виде оксида марганца (MnO), что затрудняет восстановление марганца. Литий испаряют до газообразного состояния, что может снижать скорость восстановления лития. С другой стороны, при разборке отработанной батареи пакетного типа на элементы батареи, как в настоящем изобретении, температура в пирометаллургическом процессе может быть установлена относительно низкой. Поэтому в отличие от случая, в котором отработанную батарею пакетного типа разбирают на модульные блоки батареи, можно восстанавливать марганец и значительно увеличивать скорость восстановления лития (Li).

[031] Согласно одному варианту осуществления, как показано на фиг. 1, процесс разборки (S200) может быть выполнен после процесса разрядки (S100). Однако настоящее изобретение не ограничено этим. В другом варианте осуществления в отличие от случая, показанного на фиг. 1, может быть сначала выполнен процесс разборки (S200), и затем может быть выполнен процесс разрядки (S100).

[032] Процесс измельчения (S300)

[033] Процесс измельчения (S300) представляет собой процесс измельчения разобранной отработанной батареи. В процессе измельчения (S300) элементы батареи можно измельчать до размера 20 см или менее, конкретно до 15 см или менее, и конкретнее до 10 см или менее. За счет измельчения отработанной батареи до размера в пределах вышеуказанного диапазона числовых значений с помощью процесса измельчения (S300) измельченная отработанная батарея может быть уменьшена и более равномерно обожжена в процессе обжига (S400).

[034] Процесс измельчения (S300) можно выполнять с одновременным распылением воды в атмосфере азота (N₂) для предотвращения искр и взрывов. После продвижения измельчения распыленная вода и электролит, вытекающий из отработанной батареи, могут быть удалены. Например, вода и электролит могут быть удалены путем центрифугирования с помощью вращающегося барабана.

[035] Процесс измельчения (S300) может включать процесс сушения (не показан) для сушения измельченной отработанной батареи.

[036] Согласно настоящему изобретению, процесс разрядки (S100), процесс разборки (S200) и процесс измельчения (S300) могут быть выполнены с помощью автоматизированного средства с применением робота, чем значительно сокращается время, необходимое для восстановления металлов из отработанной батареи.

[037] Процесс обжига (S400)

[038] Процесс обжига (S400) представляет собой процесс обработки сушением измельченной отработанной батареи. В частности, процесс обжига (S400) может быть процессом (в IAR, печи для обжига в инертной атмосфере) уменьшения и обжига измельченной отработанной батареи в атмосфере инертного газа. Например, в процессе обжига (S400) отработанную батарею, измельченную до размера от 5 см до 10 см, могут уменьшать и обжигать при температуре от 800 ℃ до 900 ℃ в атмосфере азота (N₂) в течение от 1 до 3 часов. За счет обжига измельченной отработанной батареи в атмосфере инертного газа литий (Li) может быть преобразован в водорастворимый Li₂CO₃. В процессе уменьшения и обжига измельченной отработанной батареи для предварительного отделения лития некоторые высшие оксиды (Me₂O₃, где Me представляет собой Ni, Co или Mn) уменьшаются до низших оксидов (MeO, где Me представляет собой Ni, Co или Mn), что может уменьшить количество вспомогательных сырьевых материалов (H₂O₂, перекиси водорода), добавляемых во время сернокислотного выщелачивания.

[039] Процесс растирания (S500)

[040] Процесс растирания (S500) представляет собой процесс растирания отработанной батареи, обработанной сушением с помощью процесса обжига (S400). Например, в процессе растирания (S500) уменьшенная и обожженная батарея может быть распределена по крупности с помощью шаровой дробилки, так что уменьшенная и обожженная батарея, которая имеет размер 200 меш или менее, составляет 80 % или более.

[041] Процесс растирания (S500) может быть выполнен с одновременным распылением воды в атмосфере азота (N₂) для предотвращения искр и взрывов. После процесса растирания распыленная вода и электролит, вытекающий из отработанной батареи, могут быть удалены. Например, вода и электролит могут быть удалены путем центрифугирования с помощью вращающегося барабана.

[042] В способе обработки отработанной батареи согласно настоящему изобретению дополнительный процесс отделения черной массы после измельчения и растирания элементов батареи опускается. Согласно настоящему изобретению, поскольку металлы восстанавливают с помощью гидрометаллургического процесса без подвергания процессу отделения черной массы, можно минимизировать уровень потерь металлических компонентов, присутствующих в батарее пакетного типа.

[043] Процесс разрядки (S100), процесс разборки (S200), процесс измельчения (S300), процесс обжига (S400) и процесс растирания (S500) согласно настоящему изобретению могут быть выполнены непрерывно с помощью автоматизированного средства. Поэтому можно реализовать технологию с интегрированным процессом переработки из отработанной батареи пакетного типа в конечные целевые металлические соединения, что позволяет значительно сократить время, необходимое для восстановления металлов из отработанной батареи.

[044] Гидрометаллургический процесс (S600)

[045] Гидрометаллургический процесс (S600) представляет собой процесс для восстановления металлов с применением растертой батареи. Металлы, восстановленные с помощью гидрометаллургического процесса (S600), могут быть в виде соединений. Например, гидрометаллургический процесс (S600) может восстанавливать металлы в соединении из растертой батареи после процесса растирания (S500).

[046] Металлические соединения, восстановленные с помощью гидрометаллургического процесса (S600), могут включать по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из гидроксида лития, карбоната лития и фосфата лития. С помощью гидрометаллургического процесса (S600) согласно настоящему изобретению можно получить обладающий высокой чистотой карбонат лития (Li₂CO₃) и обладающий высокой чистотой гидроксид лития (LiOH·H₂O), что говорит об отличной скорости восстановления лития. Как будет описано далее, гидроксид лития может быть получен с помощью процесса предварительного отделения (S610), процесса выщелачивания слабой кислотой (S612), процесса последующего отделения (S614), процесса получения фосфата лития (S616), процесса получения раствора сульфата лития (S618), процесса получения карбоната лития (S620), процесса получения раствора гидроксида лития (S622) и процесса с применением ионообменной смолы (S624).

[047] Кроме того, металлические соединения, восстановленные с помощью гидрометаллургического процесса (S600), могут включать сульфид (CuS) меди(II).

[048] В одном варианте осуществления настоящего изобретения металлические соединения, восстановленные с помощью гидрометаллургического процесса (S600), могут включать один тип сульфата, содержащего один металл, выбранный из группы, состоящей из никеля, кобальта и марганца. В другом варианте осуществления настоящего изобретения металлические соединения, восстановленные с помощью гидрометаллургического процесса (S600), могут включать соединение на основе никеля, кобальта и марганца в состоянии раствора, например раствор NCM (Ni, Co, Mn).

[049] Как будет описано далее, сульфат никеля может быть получен с помощью процесса предварительного отделения (S610), процесса выщелачивания слабой кислотой (S612), процесса последующего отделения (S614), процесса двустадийного выщелачивания (S626), первого процесса извлечения растворителем (S628) и первого процесса удаления примесей (S630).

[050] Как будет описано далее, сульфат кобальта может быть получен с помощью процесса предварительного отделения (S610), процесса выщелачивания слабой кислотой (S612), процесса последующего отделения (S614), процесса двустадийного выщелачивания (S626), первого процесса извлечения растворителем (S628), второго процесса извлечения растворителем (S632) и второго процесса удаления примесей (S634).

[051] Как будет описано далее, сульфат марганца может быть получен с помощью процесса предварительного отделения (S610), процесса выщелачивания слабой кислотой (S612), процесса последующего отделения (S614), процесса двустадийного выщелачивания (S626), первого процесса извлечения растворителем (S628), второго процесса извлечения растворителем (S632) и третьего процесса удаления примесей (S636).

[052] Далее каждый этап гидрометаллургического процесса (S600) будет описан более подробно со ссылкой на фиг. 2. Фиг. 2 представляет собой схему процесса гидрометаллургического процесса (S600) способа обработки отработанной батареи согласно настоящему изобретению.

[053] Процесс предварительного отделения (S610)

[054] Процесс предварительного отделения (S610) представляет собой процесс выщелачивания и отделения лития (Li) путем добавления воды в обожженную и растертую батарею. Например, в процессе предварительного отделения (S610) растертая батарея, подвергнутая процессу растирания (S500), может быть растворена в воде, и раствор лития (Li) может быть выщелочен при 10 ℃–30 ℃ в течение 1–3 часов с получением раствора карбоната лития (Li₂CO₃) и отделением брикета. За счет процесса предварительного отделения (S610) эксплуатационные расходы и расходы на вспомогательные материалы в процессе получения фосфата лития (S616), который будет описан далее, могут быть сокращены, смешивание примесей может быть минимизировано при получении обладающего высокой чистотой гидроксида лития, и расходы на обработку могут быть сокращены при получении гидроксида лития.

[055] После процесса предварительного отделения (S610) может быть выполнен первый процесс выпаривания и концентрирования (не показан). Первый процесс выпаривания и концентрирования представляет собой процесс получения кристаллов карбоната лития (Li₂CO₃) путем выпаривания и концентрирования раствора лития (Li) (фильтрата), образованного в процессе предварительного отделения (S610). За счет получения кристаллов карбоната лития с помощью процесса предварительного отделения (S610) и первого процесса выпаривания и концентрирования количество фосфорной кислоты (H₃PO₄) и гидроксида натрия (NaOH), использованных в процессе получения фосфата лития (S616), который будет описан далее, может быть сокращено на больше чем 50 %, и потеря лития (Li), распределенного в фильтрат в процессе получения фосфата лития (S616), может быть значительно уменьшена.

[056] Процесс выщелачивания слабой кислотой (S612)

[057] Процесс выщелачивания слабой кислотой (S612) представляет собой процесс, в котором брикет, отделенный в процессе предварительного отделения (S610), подвергают выщелачиванию с помощью серной кислоты (H₂SO₄). В частности, процесс выщелачивания слабой кислотой (S612) представляет собой процесс, в котором брикет, полученный после предварительного отделения лития в процессе предварительного отделения (S610), уменьшают и подвергают выщелачиванию с помощью серной кислоты и перекиси водорода (H₂O₂) при 80 ℃–85 ℃ в течение 1–4 часов. За счет растворения никеля (Ni), кобальта (Co) и марганца (Mn) из брикета, из которого литий (Li) предварительно отделяют с помощью процесса предварительного отделения (S610), используемое количество вспомогательных сырьевых материалов минимизировано, и может быть обеспечено стабильное управление процессами в непрерывных процессах.

[058] Процесс последующего отделения (S614)

[059] Процесс последующего отделения (S614) представляет собой процесс нейтрализации выщелоченного фильтрата, образованного в процессе выщелачивания слабой кислотой (S612), для отделения раствора лития (Li) и брикета на основе никеля, кобальта, марганца (далее называется брикетом NCM). В частности, в процессе последующего отделения (S614) выщелоченный фильтрат, полученный в процессе выщелачивания слабой кислотой (S612), нейтрализуют (до pH 10–pH 12) с помощью гидроксида натрия (NaOH) и подвергают реакции при 70 ℃–85 ℃ в течение 4–8 часов, так что никель (Ni), кобальт (Co) и марганец (Mn) могут быть восстановлены путем осаждения, и литий (Li) может быть отделен путем его распределения как фильтрата. В процессе последующего отделения (S614) интенсивность осаждения никеля (Ni), кобальта (Co) и марганца (Mn) может быть 99,9 % или более.

[060] Кроме того, в процессе последующего отделения (S614) фильтрованный брикет NCM может быть перетерт два или более раза для отделения остаточной соли натрия (соли Na). Например, содержание натрия (Na) в брикете NCM может быть удалено на 3,43 %–0,4 %. В этом описании процесс перетирания относится к процессу перетирания твердого брикета с применением воды для промывки компонентов фильтрата (например, остаточной соли натрия), присутствующих в брикете.

[061] Процесс получения фосфата лития (S616)

[062] Процесс получения фосфата лития (S616) представляет собой процесс образования брикета фосфата лития (Li₃PO₄) путем добавления фосфорной кислоты (H₃PO₄) и гидроксида натрия (NaOH) в раствор лития (Li), отделенный в процессе последующего отделения (S614). В частности, фосфорная кислота (H₃PO₄) может быть добавлена в раствор лития (Li), отделенный в процессе последующего отделения (S614), и подвергнут реакции при 70 ℃–85 ℃ в течение 1–4 часов для осаждения и восстановления лития (Li) в виде фосфата лития (Li₃PO₄). Кроме того, гидроксид натрия (NaOH) может быть добавлен для нейтрализации раствора лития (Li) до pH 10,0–pH 12,0.

[063] Процесс получения раствора сульфата лития (S618)

[064] Процесс получения раствора сульфата лития (S618) представляет собой процесс, в котором раствор сульфата лития (Li₂SO₄) получают путем растворения кристаллов карбоната лития (Li₂CO₃), восстановленных путем выпаривания и концентрирования раствора (раствора карбоната лития (Li₂CO₃)), полученного в процессе предварительного отделения (S610), и брикета фосфата лития (Li₃PO₄), полученного в процессе получения фосфата лития (S616), с помощью серной кислоты. Например, в процессе получения раствора сульфата лития (S618) температура составляет 60 ℃–80 ℃, время реакции составляет 0,5–3 часа, и pH составляет 2,0 или менее.

[065] После процесса получения раствора сульфата лития (S618) может быть выполнен второй процесс выпаривания и концентрирования (не показан). Второй процесс выпаривания и концентрирования представляет собой процесс выпаривания и концентрирования раствора сульфата лития, полученного в процессе получения раствора сульфата лития (S618), для отделения кристаллов сульфата лития (Li₂SO₄) и фильтрата фосфорной кислоты (H₃PO₄). Фильтрат фосфорной кислоты (H₃PO₄) может быть возвращен в процессе получения фосфата лития (S616) и использован как вспомогательный материал для осаждения лития. Конденсат от выпаривания, образованный во втором процессе выпаривания и концентрирования, может быть возвращен как технологический раствор в процессе предварительного отделения лития (Li) (S610). Таким образом, можно уменьшить количество отработанной воды, выпущенной наружу из системы, и количество свежей воды, введенной в систему.

[066] Первый процесс удаления фосфора (не показан) представляет собой процесс, в котором кристаллы сульфата лития (Li₂SO₄), полученные во втором процессе выпаривания и концентрирования, растворяют в чистой воде и затем фосфор (P) удаляют с помощью сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃) и каустической соды (NaOH). Например, сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃) может быть добавлен в раствор, полученный в процессе получения раствора сульфата лития (S618), для регулирования pH до 5,0–6,0, и реакция может быть проведена при 50 ℃–70 ℃ в течение 4–8 часов. Благодаря этому большая часть фосфора (P) может быть удалена путем осаждения, и железо (Fe) и другие примеси могут также быть соосаждены.

[067] Процесс получения карбоната лития (S620)

[068] Процесс получения карбоната лития (S620) представляет собой процесс осаждения карбоната лития (Li₂CO₃) путем добавления карбоната натрия (Na₂CO₃) в сульфат лития (Li₂SO₄), полученный в процессе получения раствора сульфата лития (S618). Например, в процессе получения карбоната лития (S620) карбонат натрия (Na₂CO₃) может быть добавлен в фильтрат, полученный в первом процессе удаления фосфора, и реакция может быть проведена при 80 ℃–85 ℃ в течение 1–6 часов для осаждения карбоната лития.

[069] Предпочтительно процесс перетирания может быть выполнен для удаления остаточной соли натрия (Na) в брикете, оставшемся в процессе получения карбоната лития (S620). В этом случае перетирание может быть выполнено при 80 ℃ для минимизации потерь лития (Li). Фильтрат, полученный в процессе получения карбоната лития (S620), может быть переработан в процессе получения фосфата лития (S616).

[070] Процесс получения раствора гидроксида лития (S622)

[071] Процесс получения раствора гидроксида лития (S622) представляет собой процесс, в котором раствор гидроксида лития (LiOH) получают путем растворения брикета карбоната лития, полученного в процессе получения карбоната лития в чистой воде, и последующего добавления оксида кальция (CaO). Например, оксид кальция (CaO) и вода могут быть добавлены в брикет карбоната лития, полученный в процессе получения карбоната лития (S620), и реакция может быть проведена при 80 ℃–100 ℃ в течение 3 часов или менее, и затем при 80 ℃–100 ℃ в течение 2 часов или менее для получения раствора гидроксида лития (LiOH). Предпочтительно процесс перетирания может быть выполнен для восстановления лития, содержащегося в остатке карбоната кальция (CaCO₃), полученном в процессе получения раствора гидроксида лития (S622).

[072] Процесс с применением ионообменной смолы (S624)

[073] Процесс с применением ионообменной смолы (S624) представляет собой процесс удаления кальция (Ca) и магния (Mg), которые представляют собой примеси, содержащиеся в растворе гидроксида лития (LiOH), полученном, как описано выше.

[074] Третий процесс выпаривания и концентрирования (не показан) представляет собой процесс, в котором кристаллы гидроксида лития (LiOH) получают путем выпаривания и концентрирования раствора гидроксида лития (LiOH), полученного в процессе получения раствора гидроксида лития (S622), и/или рабочего раствора ионообменной смолы, из которого примеси удаляют с помощью процесса с применением ионообменной смолы (S624). В частности, в третьем процессе выпаривания и концентрирования продукт LiOH·H₂O может быть получен путем выпаривания и концентрирования раствора гидроксида лития (LiOH) и/или рабочего раствора ионообменной смолы.

[075] Процесс двустадийного выщелачивания (S626)

[076] Процесс двустадийного выщелачивания (S626) представляет собой процесс, в котором брикет процесса выщелачивания слабой кислотой, полученный в процессе выщелачивания слабой кислотой (S612), и брикет NCM, полученный в процессе последующего отделения (S614), подвергают выщелачиванию с помощью серной кислоты и перекиси водорода (H₂O₂). Например, в процессе двустадийного выщелачивания (S626) брикет процесса выщелачивания слабой кислотой и брикет NCM, из которых отделяют литий, могут быть растворены (до pH 1,5–2,5) с помощью серной кислоты (H₂SO₄) при 60 ℃–80 ℃ в течение 2–4 часов. Для повышения скорости растворения брикета NCM может быть добавлено небольшое количество восстанавливающего средства. В этом случае перекись водорода (H₂O₂) может быть использована как восстанавливающее средство.

[077] Предпочтительно процесс удаления примесей может быть выполнен для удаления примесей из фильтрата, полученного в процессе двустадийного выщелачивания (S626). В этом случае процесс удаления примесей может включать первый процесс удаления меди и первый процесс удаления алюминия и фосфора. Первый процесс удаления меди (не показан) представляет собой процесс добавления NaSH для удаления меди (Cu) как примеси из фильтрата, полученного в процессе двустадийного выщелачивания (S626). Первый процесс удаления алюминия и фосфора (не показан) представляет собой процесс добавления каустической соды (NaOH) и газообразного кислорода (O₂) для удаления дополнительных примесей, алюминия (Al) и фосфора (P), из фильтрата, полученного в первом процессе удаления меди.

[078] Первый процесс извлечения растворителем (S628)

[079] Первый процесс извлечения растворителем (S628) представляет собой процесс извлечения кобальта с помощью экстрагента из фильтрата, полученного в процессе двустадийного выщелачивания (S626), и/или фильтрата, полученного в описанном выше процессе удаления примесей.

[080] Предпочтительно процесс получения гидроксида никеля и процесс выщелачивания никеля слабой кислотой могут быть выполнены в отношении фильтрата, полученного в первом процессе извлечения растворителем (S628). Например, процесс получения гидроксида никеля (не показан) может быть процессом получения гидроксида никеля (Ni(OH)₂) путем добавления каустической соды (NaOH) в фильтрат, полученный в первом процессе извлечения растворителем (S628). Процесс выщелачивания никеля слабой кислотой (не показан) может быть процессом, в котором воду, серную кислоту (H₂SO₄) и перекись водорода (H₂O₂) добавляют в брикет, полученный в процессе получения гидроксида никеля, для растворения брикета.

[081] Первый процесс удаления примесей (S630)

[082] Первый процесс удаления примесей (S630) представляет собой процесс удаления примесей из фильтрата, полученного в первом процессе извлечения растворителем (S628), и/или фильтратов, полученных в процессе получения гидроксида никеля и процессе выщелачивания никеля слабой кислотой. В частности, первый процесс удаления примесей (S630) может включать второй процесс удаления меди и первый процесс удаления алюминия. Например, второй процесс удаления меди может быть процессом добавления гидросульфида натрия (NaSH) для удаления меди (Cu) как примеси из фильтрата, полученного в процессе выщелачивания никеля слабой кислотой. Первый процесс удаления алюминия представляет собой процесс добавления каустической соды (NaOH) и газообразного кислорода (O₂) в фильтрат, полученный во втором процессе удаления меди, для удаления алюминия (Al) как дополнительной примеси.

[083] Четвертый процесс выпаривания и концентрирования (не показан) представляет собой процесс получения кристаллов сульфата никеля (NiSO₄) путем выпаривания и концентрирования раствора, полученного в первом процессе удаления примесей (S630).

[084] Второй процесс извлечения растворителем (S632)

[085] Второй процесс извлечения растворителем (S632) представляет собой процесс извлечения марганца с помощью экстрагента из поглотительной жидкости, полученной в первом процессе извлечения растворителем (S628).

[086] Предпочтительно первый процесс извлечения кобальта (не показан) может быть выполнен в отношении фильтрата, полученного во втором процессе извлечения растворителем (S632). Первый процесс извлечения кобальта представляет собой процесс извлечения кобальта с помощью экстрагента из фильтрата, полученного во втором процессе извлечения растворителем (S632).

[087] Второй процесс удаления примесей (S634)

[088] Второй процесс удаления примесей (S634) представляет собой процесс удаления примесей из фильтрата, полученного во втором процессе извлечения растворителем (S632), и/или фильтрата, полученного в первом процессе извлечения кобальта. В частности, второй процесс удаления примесей (S634) может включать третий процесс удаления меди (не показан) и второй процесс удаления алюминия (не показан). Например, третий процесс удаления меди представляет собой процесс добавления гидросульфида натрия (NaSH) для удаления меди (Cu) как примеси из поглотительной жидкости, полученной в первом процессе извлечения кобальта. Второй процесс удаления алюминия представляет собой процесс добавления каустической соды (NaOH) и газообразного кислорода (O₂) для удаления алюминия (Al) как дополнительной примеси из фильтрата, полученного в третьем процессе удаления меди.

[089] Пятый процесс выпаривания и концентрирования (не показан) представляет собой процесс получения кристаллов сульфата кобальта (CoSO₄) путем выпаривания и концентрирования фильтрата, образованного во втором процессе удаления примесей (S634).

[090] Третий процесс удаления примесей (S636)

[091] Третий процесс удаления примесей (S636) представляет собой процесс удаления примесей из поглотительной жидкости, полученной во втором процессе извлечения растворителем (S632). В частности, третий процесс удаления примесей (S636) может включать четвертый процесс удаления меди (не показан) и третий процесс удаления алюминия (не показан). Четвертый процесс удаления меди представляет собой процесс добавления гидросульфида натрия (NaSH) для удаления меди (Cu) из поглотительной жидкости, полученной во втором процессе извлечения растворителем (S632). Третий процесс удаления алюминия представляет собой процесс добавления каустической соды (NaOH) и газообразного кислорода (O₂) для удаления алюминия (Al) как дополнительной примеси из фильтрата, полученного в четвертом процессе удаления меди.

[092] Шестой процесс выпаривания и концентрирования (не показан) представляет собой процесс получения кристаллов сульфата марганца (MnSO₄) путем выпаривания и концентрирования фильтрата, полученного в третьем процессе удаления примесей (S636).

[093] Далее настоящее изобретение будет описано подробно путем сравнения примера со сравнительным примером. В примере ценные металлы восстанавливали из отработанной батареи с помощью описанных выше процессов. В то же время в сравнительном примере ценные металлы восстанавливали так же, как в примере, за исключением того, что в процессе разборки (S200) отработанную батарею пакетного типа разбирали на модульные блоки батареи.

[094] Введенные количества примесей в материалах, восстановленных в примере и сравнительном примере, показаны в таблице 1 ниже. Введенное количество примесей вычисляют следующим способом. В частности, количество отработанных батарей NCM622, обработанных в день, составляло 285,7 тонн на основе пакетов, 205,5 тонн на основе модулей, исключая другие части после разборки пакетов, и 168,2 тонн на основе элементов, исключая другие части после разборки модулей. В то же время введенные количества примесей вычисляли путем получения соотношения алюминия (Al) и железа (Fe) среди материалов, восстановленных из модулей отработанных батарей.

[095] [Таблица 1]

		Сравнительный пример	Пример
		Разобранный на модульные блоки	Разобранный на элементы
Al	Соотношение компонентов (%)	12,20	2,63
	Введенное количество (тонн/день)	25,10	4,42
Fe	Соотношение компонентов (%)	3,00	0,00
	Введенное количество (тонн/день)	6,17	0,00

[096] Как показано в таблице 1, можно понять, что в примере, в котором пакеты отработанной батареи разбирают на элементы батареи, введенное количество алюминия (Al) и железа (Fe) значительно сокращено по сравнению со сравнительным примером. В частности, введенное количество алюминия (Al) в примере сокращали на 82,4 % и введенное количество железа (Fe) сокращали на 100 % по сравнению со сравнительным примером.

[097] В то же время скорости восстановления отдельных ценных металлов среди материалов, восстановленных в примере и сравнительном примере, показаны в таблице 2 ниже. Скорости восстановления отдельных ценных металлов относятся к значениям, вычисленным путем исключения потерь в процессе восстановления целевых металлов (например, Li) в рыночных сортах (например, LiOH). В то же время веса сырьевых материалов (и шлака), содержащих целевые металлы, измеряли с помощью шкалы и концентрации выщелоченных металлов в виде соединений измеряли с помощью спектроскопического анализа ICP-AES, на основании чего вычисляли скорости восстановления отдельных металлов.

[098] [Таблица 2]

	Сравнительный пример		Пример
	Разобранный на модульные блоки		Разобранный на элементы
Скорость восстановления (%)	Li	88,4	Li	98,3
	Ni	96,5	Ni	95,1
	Co	96,5	Co	94,7
	Mn	-	Mn	95,1
	Cu	97,9	Cu	99,9

[099] Как показано в таблице 2, можно понять, что скорость восстановления лития (Li) в примере была значительно увеличена по сравнению со сравнительным примером. Кроме того, можно заметить, что в примере, в отличие от сравнительного примера, восстановление марганца (Mn) является возможным.

[0100] Несмотря на то что были описаны некоторые варианты осуществления, эти варианты осуществления были представлены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Действительно, варианты осуществления, описанные в этом документе, могут быть осуществлены в большом количестве других форм. Кроме того, различные исключения, замены и изменения в форме вариантов осуществления, описанных в этом документе, могут быть выполнены без отступления от идеи настоящего изобретения. Предполагается, что прилагаемая формула изобретения и ее эквиваленты покрывают такие формы или модификации, которые бы входили в объем и идею настоящего изобретения.

Claims (22)

1. Способ обработки отработанной батареи, включающий:

процесс разрядки для разрядки отработанной батареи;

процесс разборки для разборки разряженной отработанной батареи на элементы батареи;

процесс измельчения для измельчения разобранной отработанной батареи;

процесс обжига для обжига измельченной отработанной батареи;

процесс растирания для растирания обожженной отработанной батареи; и

гидрометаллургический процесс извлечения и восстановления металлов из растертой отработанной батареи,

при этом гидрометаллургический процесс включает:

процесс предварительного отделения раствора лития и брикета путем добавления воды в растертую отработанную батарею,

процесс выщелачивания слабой кислотой брикета, отделенного в процессе предварительного отделения,

процесс последующего отделения раствора лития и брикета на основе никеля, кобальта и марганца путем нейтрализации выщелоченного фильтрата, образованного в процессе выщелачивания слабой кислотой, и

процесс двустадийного выщелачивания брикета, выщелоченного в процессе выщелачивания слабой кислотой, и брикета на основе никеля, кобальта и марганца, отделенного в процессе последующего отделения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанная батарея представляет собой батарею пакетного типа, которая достигла конца своего срока службы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанную батарею разряжают с помощью процесса разрядки с обеспечением напряжения отработанной батареи 30 В или менее.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что элементы батареи измельчают до размера 20 см или менее с помощью процесса измельчения.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опускают процесс отделения черной массы из растертой отработанной батареи.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс разрядки, процесс разборки, процесс измельчения, процесс обжига и процесс растирания выполняют непрерывно с помощью автоматизированного средства.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс разрядки, процесс разборки и процесс измельчения выполняют с помощью автоматизированного средства с применением робота.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлические соединения восстанавливают с помощью гидрометаллургического процесса.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что металлические соединения содержат по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из гидроксида лития, карбоната лития и фосфата лития.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что металлические соединения содержат один тип сульфата, содержащий одно, выбранное из группы, состоящей из никеля, кобальта и марганца.

11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что металлические соединения содержат соединение на основе никеля, кобальта и марганца в состоянии раствора.