钜大LARGE | 点击量：978次 | 2023年09月21日
北京矿冶研究院王海北：智能化、精细化分离技术是动力锂电池回收的发展方向
北京矿冶科技集团有限公司、冶金研究设计所所长王海北
四月十七日，由电池联盟、我国电子节能技术协会电池专业委员会、我国高科技产业化研究会、清华大学、北京理工大学主办的第七届汽车动力蓄电池回收再生暨二次电池回收和再生技术研讨会在北京隆重召开，北京矿冶科技集团有限公司、冶金研究设计所所长王海北在会上做了题为《废动力锂电池回收技术及经济性分析》的演讲。以下为演讲全文。
(以下内容根据现场文字实录,未经发言人本人审阅,仅供参考)
各位上午好!非常高兴，电池联盟供应这么好的机会，也非常兴奋，看到一批民族公司取得这么好的成就。
动力锂电池和动力锂电池回收现在讨论都很热，对一些精准市场也有非常大影响，比如像镍，我们了解镍重要应用在不锈钢行业，在电池比例比较低，但是最近硫酸镍比例明显高于动力锂电池的价格。还有钴77%都是用在电池上，它的市场价格受影响比较大。根据预测，未来相当一段时间，估计会处在高价位，大家了解刚果金政策发生很多的变化，包括最近国际形势，像美英法打叙利亚等等，有可能发生一些战争，往往战争对钴的价格影响是比较大的。锂这块我不讲了，现在锂的价格也是比较高。
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第二部分，重点讲一下废动力锂电池回收的技术。分成三部分，第一部分，预处理，不管是用火法还是湿法，预处理是必不可少的。第二个就是火法冶炼技术，第三是湿法冶炼技术。我有一个小问题和大家交流一下，前段时间我看到物资再生协会牵头搞了一个团体标准，我也看了一下，虽然我没有参会，但是里面有一些概念在我们冶金行业，我们要探讨一下。有关湿法和火法的概念，比如说你的干燥，喷烧，焚烧，这在冶金都属于湿法的范畴，火法是熔池熔炼，所以有机会大家可以进一步探讨一下。
有关预处理，第一个就是机械的破碎和分选，现在也有一些技术，比如说通过切割破碎进行磁选，重选，涡电选矿等方式将铁、铜、铝、正极材料粉末、塑料等分离。像德国的弗劳恩霍夫应用研究协会采用脉冲的方式将正极粉末材料从铝片上剥离，取得了很好的效果。还有自动化切割和选择性分离的技术也在研究，把电池通过一些机械方式切割完以后，选择性把正负极材料选择出来，将来假如正极材料是不是可以通过直接的修复，不通过一系列的湿法，又萃取分离，再生产硫酸镍，硫酸钴，搞三元合成，这个过程是很复杂的，是不是有可能通过成分调控进行直接的修复。第三个就是焚烧，在一定的温度下，通常情况下不会超过900度，超过就会出现两个问题，一个是铝会发生一些变化，二就是镍氧化物会发生变化，使得镍在湿法冶金过程降低。第二类就是火法的熔炼技术，采用火法熔炼技术处理废旧电池可分为两种方法，一是采用电炉还原熔炼生产镍钴合金，然后合金再进行湿法精炼分离提纯镍钴，目前采用火法熔炼单纯处理电池材料还没有规模化生产。第二就是现在提倡协同冶炼，因为再生冶炼和原生矿冶炼不相同，面对的原料很复杂，包括种类和成分变化很大，这个时候就要进行协同冶炼技术方法，包括日本一些公司采用熔池熔炼炉，进行配料以后进行熔炼，再吹练，再进行湿法的精炼。比如说这是一个奥斯买特炉模型，把物料和溶剂进行搭配以后进入到炉子，通入氧气，产出一个铜基的合金，有铜、镍、钴等金属，烟气部分要有一些特殊的处理，收尘、骤冷等。这个流程相比较较简短，另外原料的适应性比较强，另外一个最重要的就是环保，现在公司面对的环保压力都非常大，经过高温的过程，它产出的渣是一般固废，不是危废。另外，在高温条件下，金属的捕收率是非常高的。不足的地方，一个是火法投资比较大，另外就是在这个过程中，锂的回收相对难度大一些。还有一个铝就损失掉了，因为都造渣了，利用不了了。我们对有毒有害的元素，因为在电池里，氟的走向分布比较复杂，我们做了一些研究，这是研究的结果和模型，在高温下超过600度的时候，我们特别研究了1000度到1300度，超过600度的时候，氟和硫酸铝很容易分解，起初是分解出几种氟化物，在这个过程中，当遇到水的时候，它会立即变成氟化氢，水的存在是氟化氢出现的很重要的条件，这个图是我们在含水0.5%情况下，我们发现出现氟化氢的趋势是非常明显的。这是一个炉子烟气重要成分，除了氟化氢，还有一氧化碳，二氧化碳，氮气，还有一些硫。这组试验反映了在不同水分的条件下，这组数据还是非常明显，随着水分的降低，氟化氢的产出量显著降低。在这个过程中，我们也提出了一些解决方法，防止氟化氢的出现，一个是在熔炼过程中加入少量石灰石，因为氟化钙相对稳定，在熔炼过程中会进入到渣里去。第二个就是在炉子的烟气洗涤过程中加入少量的水玻璃，腐蚀性就低了。第三就是尽可能降低入炉原料的含水量，刚才讲了氟化氢的出现和含水率是密切相关的。
第二个，有关磷的走向，在这个过程中，它取决于熔炼炉的气氛，假如是氧化的条件下，磷重要是以磷酸钙进入到熔炼渣里，这个没有问题，我们处理过程中，这个时候就会被还原成单质磷，假如含磷高会进入到金属，对后续的冶炼来讲新增了一定的困难。
第三个部分就是湿法冶金技术，可以分成预处理，浸出等。一个是预处理，重要是将金属铝选择性溶解。第二个是碱的预处理，加入一定的氢氧化钠，氯酸钠溶液可以生产氢氧化铝，作为炼铝的材料。第二就是浸出液镍、钴、锰的分离，这比较成熟，通常采用萃取方法，在这个过程中我要重点提的是有关锂这块，假如我们前面没有选择性分离锂的话，萃取过程中它会进入到镍的萃取里，目前在再生过程中，关于再生利用产出的硫酸镍中，锂的限制目前还没有标准，只是每个公司根据自己的情况掌握，比如说控制在200还是300ppm，假如说不进行特殊处理的话，镍和锂的分离在萃取过程中还是有一定的困难。
有关锂的回收也有两个方法，第一个比较传统，就是酸浸完以后进入到溶液里了，从最终的萃取后液中蒸发浓缩，采用过饱和碳酸钠溶液沉淀碳酸锂，这个成本还是比较高的。第二个就是锂的选择性分离，在前端是不是可以先把锂分离出来，再去回收镍、钴、锰，目前这个技术还是有的。这是有关技术方面目前的情况。
第四部分介绍一下技术发展的趋势。刚才都讲了梯次利用，是退役电池回收的方向，但是这里也存在一些不确定性。第一，我们我国人还是要在利旧的观念上还是要做一些普及，现在人们生活水平越来越高，包括个人，包括公司，可能宁可用新的东西，对二次的东西可能不太接受，这是一个。第二个，就是安全责任的归属问题，比如这个东西进行重组以后又用了，后续的安全问题谁来负责，这也是一个不确定性。第三个就是有关电池检测和重组技术，目前还要进一步完善。第四就是潜在的市场，虽然我们都说，比如说储能用在低速车上，包括我们和铁塔公司合作，目前还是处于预测和尝试阶段，还没有形成一个真正成熟的市场。第二个技术发展趋势，就是协同冶炼的过程，这个过程为我们公司供应了很大的空间，包括成长空间，实际上现在很多公司，包括在座的公司，你不管是用火法工艺还是湿法工艺，要达到公司的稳定生产，要想盈利，你不太可能仅仅处理电池的东西，可能搭配一些镍钴负极物，氢氧化物等等达到公司盈利的水平，这就是协同冶炼的过程，这是非常重要的。第三，就是智能化精细化的分离技术，这个是将来一个很重要的发展方向。还有一个非全萃的技术，目前开发的湿法冶金技术还都是从溶液中将镍提取出的。
第三大部分就是有关经济性这块，在深圳的会上我也介绍了一下，电池回收它的价值还是非常高的，我们大概算了一下，综合回收价值大概有4万块钱左右，比我们在山里挖矿价值多吧，现在从山里挖矿都处于盈利的边缘，有的甚至还亏损。这是火法熔炼的生产成本，刚才讲了采用熔池熔炼，整个处理下来，一吨镍的成本大概23000多左右，钴提纯有45000左右，这个重要是前面的预处理比火法复杂，萃取过程中，杂质的总量比经过火法以后要高不少，包括环保处理成本等等，应该说从道理上来讲比火法要高。另外就是和现在炼镍的公司相比，比如说从红土矿里冶炼，现在打算大概要8万块钱成本，假如不算红土矿，从镍钴附基物成本大概在2万5到3万之间。从上面的数据可以看得出来，废旧动力锂电池回收和从矿里提取镍相比，那是非常有优势的，另外也解决了环保的问题。从未来的发展趋势来讲，火法比湿法我个人认为应该是更具有优势。
这是我以上的报告，谢谢。有一些不对地方请批评指正。谢谢。
