本发明属于资源综合利用领域，具体涉及从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法。
背景技术：
锂离子电池自上世纪90年代初商用化以来，其使用越来越广泛。从笔记本电脑、移动电话到电动汽车、储能设备，锂离子电池几乎无处不在。随之而来的是废旧锂离子电池数量正以惊人的速度增加。锂离子电池中往往含有大量钴、铜、锂等有价金属，高效回收这些废旧锂离子电池不仅可以解决电池丢弃引起的环境污染问题，同时还能够缓解锂、钴、铜资源供需矛盾，实现可持续发展。
火法还原熔炼可实现废旧锂离子电池中有价金属的高效回收，同时废旧锂离子电池中的负极碳以及金属铝的高温还原特性能够替代传统类还原剂，实现高温熔炼过程钴、铜、铁氧化物金属化还原，避免了还原剂资源的额外输入，这无疑降低了废旧锂离子电池中有价金属的回收成本，易于实现规模化处理。但在回收过程中锂元素通常被固化在渣中，需要采用酸浸等方式对渣中锂元素进行回收，存在二次环境污染风险。
申请号为201610479966.7采用煤粉作为还原剂对废旧锂电池物料进行焙烧，后将焙烧产物通过co2碳化水浸的方式制备碳酸氢锂水溶液，最终再将碳酸氢锂水溶液进一步处理制备成碳酸锂，该工艺流程复杂，并不利于规模化生产。申请号为201910716016.5的专利公开了一种闪速还原从废旧锂电池中高效选择性提锂的方法，该方法将锂电池正极材料与还原气体通过喷射方式加入到闪速炉内，锂电池的正极材料呈悬浮状态从闪速炉内降落，并且在2-10秒内完全还原；而后通过水浸的方式将锂进行选择性分离，但该工艺需对浸出渣进行进一步处理才可实现镍、钴、锰的回收。
技术实现要素：
为了解决当前废旧锂离子电池火法处理过程中锂回收困难、操作工艺复杂的问题，本发明提供一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，具体步骤如下：
步骤一：将废旧锂离子电池进行预处理；
步骤二：将铜火法冶炼过程产出的高温铜熔渣转入贫化炉内；
步骤三：将预处理后的废旧锂离子电池及添加剂混合均匀后通过进料装置喷入熔渣进行还原熔炼；
步骤四：还原熔炼过程中锂元素与添加剂相互作用挥发进入气相，含锂烟气经冷凝后进行收集；
步骤五：待渣中铜、钴、铁元素还原至金属态，静置沉降后金属相与渣相分离，上层为熔渣，下层金属熔体从贫化炉底部排出获得铜钴铁合金。
优选的，所述步骤一中废旧锂离子电池材料的预处理工序依次为：物理放电、浸泡处理、电解液回收处理、干燥后拆解、破碎、预烧、研磨。
优选的，所述步骤二中铜熔渣中cu含量0.5％-5％，fe含量20.0-45.0％。
优选的，所述步骤二中贫化炉内温度控制在1300-1500℃。
优选的，所述步骤三中废旧锂离子电池用量为铜熔渣总质量的5-30％。
优选的，所述步骤三中添加剂用量为铜熔渣总质量的2-20％。
优选的，所述步骤四中锂元素以氯化锂的形式挥发进入气相。
优选的，所述步骤五中还原熔炼时间10-60min。
优选的，所述步骤五中所得的含铜钴铁合金相中cu含量10-20％，fe含量60-75％，co含量10-20％。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过高温还原熔炼的方式将铜渣和废旧电池中cu、co、fe元素还原成金属态，通过渣金分离的方式进行回收；
(2)本发明通过加入添加剂使渣中锂元素在还原熔炼过程中挥发进入气相，通过快速冷凝进行回收，工艺简单，操作方便；
(3)本发明充分利用了热态铜熔渣的热量，减少了废旧电池火法回收处理能耗，利用贫化炉生产，便于工业化实施，降低操作成本；
(4)本发明产生的熔炼渣，与原铜渣相比无显著的物性变化，属于一般工业固废，可作为水泥添加剂，或用于制备微晶玻璃等，实现废渣的无害化和资源化利用。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明使用的设备为贫化炉，以铜熔炼过程产生的含铜高温熔渣及废旧锂离子电池为原料，以n2为载气，采用喷料设备在熔渣中喷入处理后的废旧锂离子电池粉末和添加剂。
本发明实施例所用铜渣的成分如表1所示。
表1铜渣成分组成(质量百分比，％)
本发明实施例中所用废旧锂离子电池包括去壳并回收电解液成分后的其余成分，包括正极材料、负极、铝箔、铜箔等(表2)。
表2废旧锂离子电池成分组成(质量百分比，％)
实施例1
(1)对废旧锂离子电池进行预处理：物理放电、破阀后浸泡处理、电解液回收处理、干燥后拆解、破碎、300℃预烧、研磨至40-60目。
(2)将高温铜熔渣导入贫化炉内，通入n2，控制升温速率，将铜熔渣温度维持在1450℃。
(3)将预处理后的废旧锂离子电池粉末及添加剂混合均匀后以n2为载气通过喷料装置吹入熔渣中进行还原熔炼，其中废旧锂离子电池用量为铜熔渣总质量的50％，添加剂用量为铜熔渣总质量的20％。
(4)还原熔炼过程中锂元素挥发进入气相，对挥发的烟气进行快速冷凝回收含锂挥发物。
(5)喷吹结束后沉降50min，将金属液从炉底排出，得到含钴镍铁合金。
本实施例中熔渣与合金熔体分离效果良好，所得合金中fe含量63.8％，co含量14.8％，cu含量15.1％；铁回收率98.8％，钴回收率99.2％，铜回收率97.2％。锂挥发率为87.8％。
实施例2
(1)对废旧锂离子电池进行预处理：物理放电、破阀后浸泡处理、电解液回收处理、干燥后拆解、破碎、300℃预烧、研磨至40-60目。
(2)将高温铜融渣导入贫化炉内，通入n2，控制升温速率，将铜熔渣温度维持在1450℃。
(3)将预处理后的废旧锂离子电池粉末及添加剂混合均匀后以n2为载气通过喷料装置吹入熔渣中进行还原熔炼，其中废旧锂离子电池用量为铜冶炼渣总质量的35％，添加剂用量为铜冶炼渣总质量的15％。
(4)还原熔炼过程中锂元素挥发进入气相，对挥发的烟尘、烟气进行快速冷凝回收含锂挥发物。
(5)喷吹结束后沉降50min，将金属液从炉底排出，得到含钴镍铁合金。
本实施例中熔渣与合金熔体分离效果良好，所得合金中fe含量68.88％，co含量13.1％，cu含量13.6％；铁回收率65.3％，钴回收率97.9％，铜回收率92.8％；锂挥发率为76.3％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
1.一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将废旧锂离子电池进行预处理；
步骤二：将铜火法冶炼过程产出的高温铜熔渣转入贫化炉内；
步骤三：将预处理后的废旧锂离子电池及添加剂混合均匀后通过进料装置喷入熔渣进行还原熔炼；
步骤四：还原熔炼过程中锂元素与添加剂相互作用挥发进入气相，含锂烟气经冷凝后进行收集；
步骤五：待渣中铜、钴、铁元素还原至金属态，静置沉降后金属相与渣相分离，上层为熔渣，下层金属熔体从贫化炉底部排出获得铜钴铁合金。
2.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤一中废旧锂离子电池材料的预处理工序依次为：物理放电、浸泡处理、电解液回收处理、干燥后拆解、破碎、预烧、研磨。
3.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤二中铜熔渣中cu含量0.5％-5％，fe含量20.0-45.0％。
4.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤二中贫化炉内温度控制在1300-1500℃。
5.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤三中废旧锂离子电池用量为铜熔渣总质量的5-30％。
6.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤三中添加剂用量为铜熔渣总质量的2-20％。
7.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤四中锂元素以氯化锂的形式挥发进入气相。
8.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤五中还原熔炼时间10-60min。
9.根据权利要求1所述一种从废旧锂离子电池中火法回收锂的方法，其特征在于，所述步骤五中所得的含铜钴铁合金相中cu含量10-20％，fe含量60-75％，co含量10-20％。
技术总结