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用硫酸從廢鋰電池中浸出鈷的試驗(yàn)研究

文檔作者：陳少斌1，程來(lái)星1，鄒燕飛2，康立武1’2 文檔來(lái)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(shí)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(yàn)研究
陳少斌1，程來(lái)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(yàn)與單因素試驗(yàn)法研究了用硫酸從廢鋰電池中浸出鈷，考察了浸出時(shí)間、浸出溫度、硫酸濃
度及葡萄糖添加劑用量對(duì)鈷浸出率的影響，確定了4個(gè)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(shí)間45 rain條件下，鈷浸出率達(dá)94．31％；4因素對(duì)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(shí)間。
關(guān)鍵詞：廢鋰電池；鉆；硫酸；浸出
中圖分類號(hào)：TF803．21；TFSl6； 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jià)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(jià)金屬時(shí)，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(guò)程是回收金屬的關(guān)鍵。針
對(duì)從廢鋰離子電池中浸出有價(jià)金屬，國(guó)內(nèi)外學(xué)者
開(kāi)展了大量工作，開(kāi)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(guò)氧化氫混合體
系口0‘”]等。其中，鹽酸體系在浸出過(guò)程中會(huì)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(guò)氧化氫極易分解，實(shí)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(bào)道的較少。
試驗(yàn)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(yàn)部分
1．1試驗(yàn)原料
試驗(yàn)原料取自國(guó)內(nèi)某廢鋰電池拆解廠。對(duì)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(jiàn)表1。
表1廢鋰電池粉料主要金屬成分％
1．2試驗(yàn)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(shí)加入10 g廢鋰電池粉料
(前期大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液固體積質(zhì)量比以50 g：1 L
效果最好)，開(kāi)始記時(shí)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，真空抽
濾，濾液參照文獻(xiàn)[12]用UV-lOOO型紫外可見(jiàn)分
光光度計(jì)測(cè)定鈷質(zhì)量濃度，計(jì)算鈷浸出率。
2試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1正交試驗(yàn)結(jié)果與分析
乙(34)正交試驗(yàn)方案浸出試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
可以看出，RA一3．067，RB—1．714，Rc=1．67，RD=
3．796。可推測(cè)，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(shí)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(shí)間45 min。
收稿日期：2014 04—15
基金項(xiàng)目：湖北省高等學(xué)校青年教師深入企業(yè)行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目(XD2012604)。
作者簡(jiǎn)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(wàn)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(yàn)研究·33·
表2正交試驗(yàn)結(jié)果
2．2單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析
2．2．1 葡萄糖添加量對(duì)鈷浸出率的影響
試驗(yàn)條件：浸出時(shí)間45 min，浸出溫度60
℃，硫酸濃度3 mol／L。葡萄糖添加量對(duì)鈷浸出
率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
圖1葡萄糖添加量對(duì)鈷浸出率的影響
由圖1看出：在不添加葡萄糖時(shí)，鈷浸出率為
86．92％；當(dāng)添加葡萄糖10％時(shí)，鈷浸出率有明顯
升高。因?yàn)槠咸烟欠肿又械娜┗哂羞€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(guò)10％后，鈷浸出率反
而有下降趨勢(shì)，推測(cè)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(yàn)結(jié)果相符。
2．2．2硫酸濃度對(duì)鈷浸出率的影響
試驗(yàn)條件：浸出時(shí)間45 rain，浸出溫度60
℃，葡萄糖添加量10％。硫酸濃度對(duì)鉆浸出率的
影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
圖2硫酸濃度對(duì)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。可以認(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(shí)
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(guò)高時(shí)，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(shí)，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(duì)鈷浸出率的影響
圖3為溫度對(duì)鈷浸出率的影響曲線，其中，浸
出時(shí)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(duì)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?yàn)殡S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(shí)，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(wàn)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(shí)間對(duì)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(shí)間對(duì)鈷
浸出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
葶＼
得
||
魁
據(jù)
浸出時(shí)間／rain
圖4浸出時(shí)間對(duì)鈷浸出率的影響
由圖4看出：浸出時(shí)間為45 rain時(shí)，鈷浸出
率為94．31％，且基本達(dá)到峰值；再延長(zhǎng)浸出時(shí)
間，鈷浸出率變化不大。文獻(xiàn)[12]推測(cè)，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(shí)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(yàn)結(jié)果表明，葡萄糖添加量、硫酸濃度、浸
出溫度、浸出時(shí)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(shí)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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