Reciclaje de masa negra: lixiviación, purificación y separación paso a paso

La masa negra —material de cátodo y ánodo triturado— contiene níquel, cobalto, manganeso, litio, cobre, aluminio y grafito. La ruta siguiente es el núcleo hidrometalúrgico; el pretratamiento mecánico (descarga, trituración, separación por densidad) está aguas arriba y determina la limpieza de la alimentación.

Ruta por etapas

Etapa Objetivo Equipo Parámetro clave
1. Pretratamiento Quitar Al, Cu y grafito Criba, magnética, flotación, calcinación < 2 % Al, < 1 % Cu
2. Lixiviación reductora Disolver NCM/NCA Reactor de vidrio o PP, H₂SO₄ + H₂O₂ 60–80 °C, 2–4 h, pH < 1,5, ORP controlado
3. Separación sólido-líquido Quitar grafito y residuo Filtro prensa, cartucho de 1 µm < 20 ppm de sólidos a SX
4. Eliminación de Cu y Al Bajar impurezas antes de Ni y Co Cementación o intercambio iónico Cu < 5 mg/L
5. Separación Ni/Co/Mn Dividir el trío SX (D2EHPA / Cyanex 272) o IX Pureza > 99,5 % por corriente
6. Recuperación de Li Concentrar y carbonatar Evaporador-cristalizador Li₂CO₃ > 99,5 %

Tres decisiones que fijan todo el tren

Flúor y aluminio. Los residuos de electrolito aportan flúor, que ataca el vidrio y el titanio. Confirme F y Al antes de elegir materiales; ese solo análisis cambia a menudo la especificación del reactor.

Secuencia de separación. Quitar el cobre antes del níquel y el cobalto protege al extractante; quitar el manganeso temprano simplifica la extracción de cobalto. Cada opción cambia el número de etapas de SX y el consumo de reactivos.

Momento del litio. Recuperar el litio al final concentra las impurezas con él. Si el objetivo es carbonato de grado batería, prevea un pulido por intercambio iónico antes de la carbonatación.

Escala piloto y límite económico

Un piloto de 50–100 kg por lote con reactor de 200 L, filtro prensa, dos bancos de SX y un cristalizador pequeño basta para producir sales de muestra para calificación del cliente. Un tren completo hasta sales de níquel, cobalto y litio solo se paga por encima de unas 500 toneladas al año de alimentación, porque la purificación y la cristalización arrastran costos fijos. Por debajo de ese umbral conviene lixiviar y clarificar, o bien lixiviar, precipitar un hidróxido mixto y añadir un circuito de carbonato de litio: captura los dos productos de mayor valor con cerca del 60 % del equipo de un tren completo y deja la separación Ni–Co a quien tenga experiencia en extracción por solventes.

Envíenos el ensayo de la masa negra con F, Al, Cu y grafito, y propondremos la secuencia de separación y la lista de equipos.