【论文链接】
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.131236
【作者单位】
上海理工大学；北京理工大学
【论文摘要】
回收废旧锂离子电池 (LIB) 对可持续资源利用和环境保护至关重要，特别是考虑到从工业级废旧电池粉末（黑色粉末）中锂的回收率很低。该研究提出了一种使用硫磺焙烧技术从商业黑色粉末中提取锂的经济有效的方法。
热分析表明，在优化的反应条件下，废旧 LiNixCoyMnzO2 材料发生热分解，然后还原，形成 Li2SO4、MnS、MnO、Co9S8、Co3S4、NiS 和 Ni3S2。经过水浸出过程后，锂溶解在水中，而其他金属则留在残渣中，从而有效地将锂与其他金属分离。
因此，在 600℃ 下进行 30 分钟的硫磺焙烧工艺可实现约 97.0% 的锂浸出率，而 Mn、Ni 和 Co 的浸出率极低。锂回收的高选择性以及其成本效益和能源效率使硫磺焙烧法非常适合实际应用。
【实验方法】
在典型工艺中，将 5 g NCM 黑火药和一定质量的硫磺粉混合并在玛瑙砂浆中研磨。将混合物转移到管式炉（OTF-1200X，合肥科晶材料科技有限公司）进行硫磺还原焙烧。硫磺焙烧实验在加热速率为 10 °C·min-1 的氩气气氛中进行。为保证 NCM 黑火药的转化，对烘烤温度 （300-700 °C）、保温时间 （10-90 min） 和质量比 （0-3.75） 进行了详细研究。在此之后，对焙烧样品进行水浸出程序，将水溶性锂盐提取到水中，留下不溶于水的 MeSx 或 MnO （Me=Ni， Co， Mn） 的固体残留物。浸出实验中检查的变量包括固液比 （S/L， 10-100 g/L） 和浸出时间 （15-120 min）。根据以下公式计算不同金属元素（Li、Ni、Co、Mn）的浸出效率 （L）
其中 M0 表示浸出残渣的质量，Wi 是浸出残渣中金属 i （i= Li， Ni， Co， Mn） 的质量分数;V 和 Ci 分别表示过滤溶液的体积和溶液中的金属浓度。
【图文摘取】
【主要结论】
总之，展示了一种具有成本效益的技术，可以从商用NCM黑粉中有针对性地高效提取锂。
该方法主要包括硫焙烧，然后是水浸过程，其中废NCM材料转化为Li2SO4和MeSx/MeOx （Me=Ni, Co, Mn）。水浸后，可溶性的Li2SO4溶解在水中，MeSx/MeOx留在固体残留物中。优化了硫焙烧条件（焙烧温度、焙烧时间、硫用量）和水浸条件（S/L、浸出时间），以获得较高的锂浸出效率。结果表明，在优化后的工艺参数下，硫焙烧工艺的锂浸出率约为97.0%，镍、钴和锰的浸出率最低。
与其他优选的锂提取方法相比，该方法具有降低焙烧温度和时间、提高锂浸出率和选择性等优点。硫焙烧法的经济评估为从废NCM中选择性回收锂开辟了一条光明的新途径，预示着行业向更可持续的实践转变。
