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用硫酸從廢鋰電池中浸出鈷的試驗研究

文檔作者：陳少斌1，程來星1，鄒燕飛2，康立武1’2 文檔來源： 1．湖北工程職業(yè)學(xué)院 2．方大特鋼科技股份有限公司，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月13日
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第34卷第1趣(總箏139期) 濕法冶金V01．34 No．1(sum．139)
ZOi$年2月Hydrometallurgy of China Feb．2015
用硫酸從廢鋰電池中浸出鈷的試驗研究
陳少斌1，程來星1，鄒燕飛2，康立武1’2
(1．湖北工程職業(yè)學(xué)院，湖北黃石435000；
2．方大特鋼科技股份有限公司，江西南昌330012)
摘要：采用正交試驗與單因素試驗法研究了用硫酸從廢鋰電池中浸出鈷，考察了浸出時間、浸出溫度、硫酸濃
度及葡萄糖添加劑用量對鈷浸出率的影響，確定了4個影響因素的主次關(guān)系。結(jié)果表明：在葡萄糖添加量
10％、硫酸濃度3 mol／L、浸出溫度60℃、浸出時間45 rain條件下，鈷浸出率達(dá)94．31％；4因素對鈷浸出率的
影響程度為葡萄糖添加量>硫酸濃度>浸出溫度>浸出時間。
關(guān)鍵詞：廢鋰電池；鉆；硫酸；浸出
中圖分類號：TF803．21；TFSl6； 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009—2617(2015)01—0032—03
DOI：10．13355／j．cnki．sfyj．2015．01．09
廢鋰離子電池中含有大量有價金屬，其中鈷
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～30％，銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～
15％[1。2]，可作為鈷的二次資源加以回收。
從廢鋰電池中回收有價金屬時，普遍采用酸
溶一沉淀法口]、酸溶一有機(jī)萃取法口’53和酸溶一電
沉積法[6。7]等。酸浸過程是回收金屬的關(guān)鍵。針
對從廢鋰離子電池中浸出有價金屬，國內(nèi)外學(xué)者
開展了大量工作，開發(fā)了多種浸出體系，如鹽酸體
系口。、檸檬酸體系[9]、硫酸與過氧化氫混合體
系口0‘”]等。其中，鹽酸體系在浸出過程中會釋放
出有毒的氯氣，工作條件惡劣；有機(jī)檸檬酸體系收
率低，成本偏高；過氧化氫極易分解，實際生產(chǎn)中
安全隱患大，工業(yè)化難度大。而以葡萄糖為還原
劑的酸浸體系報道的較少。
試驗采用硫酸與葡萄糖混合體系研究從廢鋰
電池中浸出鈷，旨在為回收廢鋰電池中的鈷、充分
利用二次資源提供一種可供選擇的方法。
1 試驗部分
1．1試驗原料
試驗原料取自國內(nèi)某廢鋰電池拆解廠。對廢
鋰電池進(jìn)行短路放電后，剝除外殼，粉碎篩分得含
鈷料粉，其成分見表1。
表1廢鋰電池粉料主要金屬成分％
1．2試驗方法
取配制好的硫酸溶液200 mL倒人l L燒瓶
中，將燒瓶固定在DF-1集熱式恒溫磁力攪拌器上，
水浴加熱至預(yù)定溫度后，添加所需量葡萄糖(與粉
料的質(zhì)量百分比)，同時加入10 g廢鋰電池粉料
(前期大量試驗發(fā)現(xiàn)，液固體積質(zhì)量比以50 g：1 L
效果最好)，開始記時。經(jīng)過一定時間后，真空抽
濾，濾液參照文獻(xiàn)[12]用UV-lOOO型紫外可見分
光光度計測定鈷質(zhì)量濃度，計算鈷浸出率。
2試驗結(jié)果與討論
2．1正交試驗結(jié)果與分析
乙(34)正交試驗方案浸出試驗結(jié)果見表2。
可以看出，RA一3．067，RB—1．714，Rc=1．67，RD=
3．796?？赏茰y，4因素影響程度為葡萄糖添加
量>硫酸濃度>浸出溫度>浸出時間，最優(yōu)條件為
AzB3 C3耽。綜合考慮能耗及回收率，確定較適宜
的浸出條件為A2 B2巴D2，即葡萄糖添加量10％，硫
酸濃度3 mol／L，浸出溫度60℃，浸出時間45 min。
收稿日期：2014 04—15
基金項目：湖北省高等學(xué)校青年教師深入企業(yè)行動計劃項目(XD2012604)。
作者簡介：陳少斌(1956一)，男，湖北黃岡人，教授，主要從事冶金資源綜合利用的研究。
萬方數(shù)據(jù)
第34卷第1期陳少斌等：用硫酸從廢鋰電池中浸出鈷的試驗研究·33·
表2正交試驗結(jié)果
2．2單因素試驗結(jié)果與分析
2．2．1 葡萄糖添加量對鈷浸出率的影響
試驗條件：浸出時間45 min，浸出溫度60
℃，硫酸濃度3 mol／L。葡萄糖添加量對鈷浸出
率的影響試驗結(jié)果如圖1所示。
圖1葡萄糖添加量對鈷浸出率的影響
由圖1看出：在不添加葡萄糖時，鈷浸出率為
86．92％；當(dāng)添加葡萄糖10％時，鈷浸出率有明顯
升高。因為葡萄糖分子中的醛基具有還原作用，
可以將LiC00。中的C03+還原為C02十而進(jìn)入溶
液；但當(dāng)葡萄糖添加量超過10％后，鈷浸出率反
而有下降趨勢，推測其原因，可能是高濃度葡萄糖
溶液中存在葡萄糖分子間和分子內(nèi)脫水形成的醚
鍵(一O一)，醚鍵是供電子基，使葡萄糖分子還原
基團(tuán)醛基(一CHO)中一H鍵難以斷裂，因而減弱
了葡萄糖分子的還原性。綜合考慮，葡萄糖添加
量以10％較為合理，與正交試驗結(jié)果相符。
2．2．2硫酸濃度對鈷浸出率的影響
試驗條件：浸出時間45 rain，浸出溫度60
℃，葡萄糖添加量10％。硫酸濃度對鉆浸出率的
影響試驗結(jié)果如圖2所示。
圖2硫酸濃度對鈷浸出率的影響
由圖2看出，C02+浸出率隨硫酸濃度增大先
升高而后趨于穩(wěn)定?？梢哉J(rèn)為：在固一液界面多相
反應(yīng)中，液相反應(yīng)物硫酸濃度越大，界面上形成的
濃度梯度越大，越有利于液相反應(yīng)物的擴(kuò)散，此時
增大硫酸濃度有利于反應(yīng)的進(jìn)行；當(dāng)液相反應(yīng)物
濃度過高時，高濃度液相覆蓋在固相反應(yīng)物表面，
阻礙了反應(yīng)界面上產(chǎn)物的擴(kuò)散，因而不利于固一液
反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)硫酸濃度為3 mol／L時，鈷浸出
率已達(dá)94．31％；再提高硫酸濃度，鈷浸出提高幅
度不大。綜合考慮鈷回收率與酸耗成本等因素，
確定硫酸濃度以3 mol／L較為合理。
2．2．3浸出溫度對鈷浸出率的影響
圖3為溫度對鈷浸出率的影響曲線，其中，浸
出時間45 min，葡萄糖添加量10％，硫酸濃度為3
mol／L。
圖3浸出溫度對鈷浸出率的影響
從圖3看出：低溫下，鈷浸出率隨浸出溫度升
高而提高，這是因為隨溫度升高，溶液黏度減小，
擴(kuò)散系數(shù)增大，化學(xué)反應(yīng)速率和擴(kuò)散速率增大，因
而C02+浸出率提高；溫度為60℃時，鈷浸出率達(dá)
最高，為94．31％；溫度高于60℃后，鉆浸出率曲
線平緩，變化不大。這可能是，在高溫溶液中，有
萬方數(shù)據(jù)
’34’ 濕法冶金2015年2月
部分葡萄糖分子失效，降低了C03十還原轉(zhuǎn)化率。
因此，確定浸出溫度以60℃為宜。
2．2．4浸出時間對鈷浸出率的影響
在浸出溫度為60℃、硫酸濃度為3 mol／L、
葡萄糖添加量為10％條件下，考察浸出時間對鈷
浸出率的影響，試驗結(jié)果如圖4所示。
葶＼
得
||
魁
據(jù)
浸出時間／rain
圖4浸出時間對鈷浸出率的影響
由圖4看出：浸出時間為45 rain時，鈷浸出
率為94．31％，且基本達(dá)到峰值；再延長浸出時
間，鈷浸出率變化不大。文獻(xiàn)[12]推測，浸出45
min以后，固一液表面處的氫離子濃度迅速降低，
氫離子從本體溶液向固體表面的擴(kuò)散速度低于化
學(xué)反應(yīng)速度，浸出反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓴U(kuò)散步驟控制。
隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)界面愈合后，內(nèi)擴(kuò)散速度緩慢，且
浸出劑濃度下降，從而導(dǎo)致后期浸出率變化不明
顯。綜合考慮，浸出時間以45 min較為適宜。
3 結(jié)論
用硫酸從廢鋰離子電池材料中浸出鈷是可行
的，添加葡萄糖做還原劑可明顯提高鈷浸出率。
正交試驗結(jié)果表明，葡萄糖添加量、硫酸濃度、浸
出溫度、浸出時間是影響鉆浸出率的主要因素。
優(yōu)化條件為：葡萄糖添加量10％，硫酸濃度3
mol／L，浸出溫度60。C，浸出時間45 min。優(yōu)化
條件下，鈷浸出率為94．31％。
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Leaching of Cobalt From Spent Lithium—ion Batteries Using Sulfuric Acid
CHEN Shaobinl，CHENG Laixin91，ZOU Yanfei2，KANG Liwul’2
(1．Hubei Engineering Institute，Huangshi 435000，China；
2．Fangda Special Steel Technology Co．，Ltd．，Nanchang 330012，China)
Abstract：The influence of leaching time，leaching temperature，concentration of sulfuric acid，addition
of glucose on leaching of cobalt from spent lithium——ion batteries by orthogonal experiments and mono。。
factor experiments were investigate The results show that the optimal conditions for leaching cobalt
are addition of glucose of 1 0 Z，sulfuric acid concentration of 6 mol／L，leaching temperature of 60℃，
1eaching time of 60 min．Under the conditions，the leaching rate of cobah iS 94．31％．
Key words：spent lithium—ion batteries；cobalt；sulfuric acid；leaching

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