Переработка чёрной массы: выщелачивание, очистка и разделение по стадиям
Чёрная масса — измельчённый материал катода и анода — содержит никель, кобальт, марганец, литий, медь, алюминий и графит. Приведённая схема представляет гидрометаллургическое ядро; механическая подготовка (разгрузка, измельчение, разделение по плотности) стоит выше по потоку и определяет чистоту сырья.
Схема по стадиям
| Стадия | Цель | Оборудование | Ключевой параметр |
|---|---|---|---|
| 1. Подготовка | Удалить Al, Cu, графит | Сито, магнитная сепарация, флотация, прокалка | < 2 % Al, < 1 % Cu |
| 2. Восстановительное выщелачивание | Растворить NCM/NCA | Реактор из стекла или PP, H₂SO₄ + H₂O₂ | 60–80 °C, 2–4 ч, pH < 1,5, контроль ORP |
| 3. Твёрдое–жидкое | Удалить графит и остаток | Фильтр-пресс, картридж 1 мкм | < 20 ppm твёрдого на SX |
| 4. Удаление Cu и Al | Снизить примеси до Ni и Co | Цементация или ионный обмен | Cu < 5 мг/л |
| 5. Разделение Ni/Co/Mn | Разделить тройку | SX (D2EHPA / Cyanex 272) или IX | Чистота > 99,5 % по потоку |
| 6. Извлечение Li | Концентрирование и карбонизация | Испаритель-кристаллизатор | Li₂CO₃ > 99,5 % |
Три решения, определяющие всю линию
Фтор и алюминий. Остатки электролита приносят фтор, который разрушает стекло и титан. Содержание F и Al проверяют до выбора материалов: один этот анализ часто меняет спецификацию реактора.
Последовательность разделения. Удаление меди до никеля и кобальта защищает экстрагент; раннее удаление марганца упрощает реэкстракцию кобальта. Каждый вариант меняет число ступеней SX и расход реагентов.
Момент извлечения лития. Извлечение лития в конце концентрирует вместе с ним примеси. Если целевой продукт — карбонат батарейного сорта, предусмотрите полировку на ионите до карбонизации.
Опытная установка и экономический предел
Установка на 50–100 кг загрузки с реактором 200 л, фильтр-прессом, двумя блоками SX и небольшим кристаллизатором достаточна для получения образцов солей для квалификации у заказчика. Полная линия до солей никеля, кобальта и лития окупается только при переработке свыше примерно 500 т/год: очистка и кристаллизация несут постоянные затраты, которые не снижаются с расходом. Ниже этого порога разумно ограничиться выщелачиванием и осветлением либо добавить осаждение смешанного гидроксида и участок карбоната лития: это даёт два наиболее ценных продукта при примерно 60 % оборудования полной линии и оставляет разделение Ni–Co тому, у кого есть опыт в экстракции.
Пришлите анализ чёрной массы с F, Al, Cu и графитом — мы предложим последовательность разделения и перечень оборудования.