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.