含重金屬?gòu)U水離子交換吸附法
來(lái)源：科海思科技有限公司 閱讀：5688 更新時(shí)間：2025-10-10 16:27鋰離子電池是一種充電電池，依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，廣泛應(yīng)用在便攜式設(shè)備、衛(wèi)星、儲(chǔ)備電源、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，具有替代各種二次電源的潛力。
近年來(lái)國(guó)家大力提倡和發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)，鋰離子電池的需求量的不斷攀升，其產(chǎn)生的廢水也是我們不得不面對(duì)的一個(gè)難題。
科海思作為“環(huán)保治理價(jià)值化”的倡導(dǎo)者，已形成相當(dāng)成熟的鋰離子電池廢水處理工藝，并產(chǎn)生了明顯的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。下面是科海思整理的鋰電池廢水行業(yè)一些基礎(chǔ)但很重要的知識(shí)，看看是不是有你需要的~~
鋰電池廢水來(lái)源
鋰電廢水來(lái)源主要為生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水和清洗設(shè)備水、冷卻水等。
鋰電池廢水的特點(diǎn)
鋰電池廢水主要成分有鎳鈷錳酸鋰、NMP、PVDF 粘結(jié)劑、SP、SBR 粘結(jié)劑、石墨及有小分子有機(jī)物質(zhì)酯類(lèi)等。
其廢水特點(diǎn)為水量較小、廢水成分復(fù)雜、可生化性較差、且有一定毒性。
其中三元前驅(qū)體廢水鹽組分復(fù)雜、易結(jié)垢、難處理，是鋰電環(huán)保的重點(diǎn)領(lǐng)域。
三元前軀體廢水特點(diǎn)
三元前軀體廢水主要有母液和洗水，主要成分是硫酸鈉和游離氨，以及少量的Ni、Co、Mn等金屬。
這類(lèi)廢水的鋰電池生產(chǎn)廢水處理方案就是回收重金屬離子-脫氨-蒸發(fā)回收鈉鹽，實(shí)現(xiàn)全組分綜合利用與零排放。
鋰電廢水處理工藝流程
鋰電廢水處理工藝流程一般包括以下幾個(gè)步驟：
- 初級(jí)處理:將廢水通過(guò)化學(xué)沉淀、生化處理等方式，去除廢水中的懸浮顆粒物、生物有機(jī)物等，使廢水濁度和有機(jī)質(zhì)含量降低。
- 中級(jí)處理:采用離子交換、膜分離等方法，去除廢水中的重金屬離子和其他有毒有害物質(zhì)，使廢水中的重金屬含量達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
- 高級(jí)處理:采用高級(jí)氧化、生物降解等方式，進(jìn)一步去除廢水中的難降解有機(jī)物質(zhì)，使廢水達(dá)到更高的處理要求，以便于回收利用。
- 消毒處理:通過(guò)紫外線(xiàn)滅菌、臭氧消毒等方式，去除廢水中的細(xì)菌、病毒等微生物，使廢水達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
鋰電池廢水處理工藝
對(duì)于鋰電池廢水處理的工藝方法有很多，比如沉淀法。其優(yōu)點(diǎn)是處理量大，工藝門(mén)檻不高，但是處理精度有限，往往沉淀池后產(chǎn)水要接離子交換樹(shù)脂工藝做末端精度處理，確保穩(wěn)定出水達(dá)標(biāo)排放。
反滲透法使用和操作簡(jiǎn)單。但是膜受限于本身的工藝缺陷，無(wú)法做到分離提純回用等功能，例如鋰回收，而且能耗高，使用成本較高。
離子交換處理鋰電池廢水處理精度高，產(chǎn)水穩(wěn)定，能耗不高，并且可以做到分離提純。
但是由于工廠剛產(chǎn)出的廢水往往濃度較高以及樹(shù)脂交換能力強(qiáng)，選擇交換的特點(diǎn)，所以直接使用樹(shù)脂成本相對(duì)高。
所以目前三元鋰電池項(xiàng)目廢水大都采用沉淀池+過(guò)濾裝置+離子交換樹(shù)脂裝置的工藝來(lái)解決廢水處理問(wèn)題，同時(shí)考慮氯化銨的回收經(jīng)濟(jì)性，所以工藝可改進(jìn)為電池廢水→沉淀池+過(guò)濾裝置+離子交換樹(shù)脂裝置選擇性出鈷等金屬+蒸發(fā)器，樹(shù)脂的再生液廢水直接回前端工藝，蒸發(fā)器蒸發(fā)得到的結(jié)晶體就是價(jià)值很高的氯化銨固體。
CH-90Na除重金屬螯合樹(shù)脂
CH-90Na螯合樹(shù)脂可以針對(duì)特定重金屬離子的特點(diǎn)，利用螯合樹(shù)脂的特種功能基團(tuán)與重金屬離子形成絡(luò)合物的特性，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的回收利用及深度去除。
CH-90Na適用于從一價(jià)金屬離子中選擇性的去除或回收二價(jià)金屬離子，二價(jià)金屬離子可以很容易的與單價(jià)金屬離子分離。其選擇性的順序如下：Cu>Pb>Ni>Zn >Co>Cd>Fe+3 >Mn>Mg>Ca>>Na
三元前驅(qū)體廢水處理工藝
三元前驅(qū)體廢水處理主要采用的是共沉淀法，即鎳鹽、鈷鹽、錳鹽按照一定的比例配成溶液，在氫氧化鈉、氨存在的條件下形成氫氧化鎳鈷錳沉淀，再通過(guò)離心洗滌、漿化、干燥等步驟得到合格的產(chǎn)品，在離心洗滌的過(guò)程中伴隨著大含有氨氮、重金屬、硫酸鈉等的廢水產(chǎn)生，并且需要回收利用。
離心洗滌產(chǎn)生的廢水分為兩部分，一是離心分離出來(lái)的濃母液，二是清水洗滌后產(chǎn)生的低濃度洗水。
三元前驅(qū)體低濃度洗水處理工藝
低濃度洗水通過(guò)沉淀再經(jīng)過(guò)樹(shù)脂工藝過(guò)濾，樹(shù)脂產(chǎn)生的高濃度廢水與濃母液混合進(jìn)行下一步處理，處理這些廢水主要分為三個(gè)部分：
一是除去重金屬，二是除去氨氮，三是蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸鈉和冷凝蒸餾水。
除重金屬是利用加藥、調(diào)堿等方法使鎳、鈷、錳離子生成沉淀再通過(guò)除重金屬樹(shù)脂達(dá)標(biāo)，然后經(jīng)汽提脫氨等高濃度除氨氮工藝后，再進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)除去硫酸鈉和脫氨，后再經(jīng)過(guò)除氨氮樹(shù)脂進(jìn)行深度處理。
鋰電池回收處理
鋰電池回收處理，指的是將報(bào)廢的鋰電池集中回收，通過(guò)物理、化學(xué)等回收處理工藝循環(huán)利用電池或?qū)㈦姵刂芯邆淅脙r(jià)值的金屬元素如鋰、鈷、鎳等提取出來(lái)。
鋰電池回收過(guò)程
鋰電池回收過(guò)程包括預(yù)處理和后續(xù)處理兩個(gè)階段。
預(yù)處理過(guò)程首先需要采用物理方法對(duì)廢舊電池徹底放電，然后對(duì)電池進(jìn)行拆解以分離出正極、負(fù)極、電解液和隔膜等各組成部分。
后續(xù)處理環(huán)節(jié)是對(duì)拆解后的各類(lèi)廢料中的高價(jià)值組分進(jìn)行回收，其中回收難度和回收價(jià)值最高且被研究最多的部分應(yīng)屬電池正極活性材料中能源金屬的回收。
鋰電池濕法回收工藝
濕法回收技術(shù)，是采用酸堿溶液等媒介對(duì)電極材料中的金屬離子進(jìn)行提取，浸出到溶液中，再通過(guò)離子交換、沉淀、萃取、結(jié)晶等方法將溶液中的金屬離子以金屬化合物等形式提取出來(lái)。
鋰電池濕法回收工藝大致流程
采用濕法工藝，廢料經(jīng)過(guò)破碎分選，除去金屬碎片， 通過(guò)酸浸、凈化除雜、萃取、分離得到各種目標(biāo)金屬鹽溶液，然后通過(guò)共沉淀制備三元前驅(qū)體產(chǎn)品或由氯化鈷制備碳酸鈷，煅燒后制備四氧化三鈷，含鋰萃余液則用來(lái)制備鋰鹽產(chǎn)品。
在凈化除雜工序中，其關(guān)鍵在于去除浸出液中的鈣、鎂雜質(zhì)。
氟化物沉淀處理鈣鎂離子
鋰、鈷、鎳、錳的氟化物的屬于微溶性物質(zhì)，在除鈣鎂的同時(shí)勢(shì)必會(huì)有大量的鎳鈷錳金屬以氟化物的形式沉淀出來(lái)，所以需要一種能源金屬損失少的方法來(lái)進(jìn)行處理。
螯合樹(shù)脂去除鈣鎂離子
Tulsimer®CH-93鹽水除鈣鎂螯合樹(shù)脂是包含氨甲膦酸基連接到聚苯乙烯共聚物的一種極耐用的大孔樹(shù)脂，可以從含有一價(jià)陽(yáng)離子的廢水處理中選擇性的除去二價(jià)金屬陽(yáng)離子。使二價(jià)金屬陽(yáng)離子以及由其他二價(jià)陽(yáng)離子可以像鈣一樣容易地從一價(jià)陽(yáng)離子中分離出來(lái)。
CH-93樹(shù)脂耐高鹽，可以在高鹽條件下有良好的吸附效果，最大交換容量可以達(dá)到2.0 meq/ml(H+)，同時(shí)可以將廢水中重金屬離子去除到0.2ppm。
廢水回收鋰處理流程
- 初步處理:將廢水進(jìn)行預(yù)處理，去除其中的懸浮物、沉淀物和有機(jī)物等雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)廢水 pH 值。
- 離子交換:采用離子交換樹(shù)脂對(duì)廢水進(jìn)行處理，通過(guò)樹(shù)脂上的陰離子和陽(yáng)離子交換，將廢水中的鋰離子吸附并固定在樹(shù)脂上。
- 再生處理:將吸附有鋰離子的樹(shù)脂進(jìn)行再生處理，使其重新成為可用的吸附樹(shù)脂。
- 濃縮凈化:將再生后的吸附樹(shù)脂進(jìn)行濃縮處理，使其中的離子得以更加純化和提高濃度。
- 提取分離:采用化學(xué)方法對(duì)濃縮后的樹(shù)脂進(jìn)行提取分離，從中分離出鋰離子，并對(duì)其進(jìn)行提純和加工處理。
- 回收利用:將提純后的鋰離子用于生產(chǎn)鋰電池、玻璃和陶瓷等工業(yè)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)資源的回收與利用。
物理法在鋰回收中的應(yīng)用
物理法回收是指將廢舊動(dòng)力電池內(nèi)部成分，如電極活性物質(zhì)、集流體和電池外殼等 組分經(jīng)過(guò)破碎、過(guò)篩、磁選分離、精細(xì)粉碎和分類(lèi)等一系列手段，得到有價(jià)值產(chǎn)物，然后再進(jìn)行修復(fù)等進(jìn)一步過(guò)程。
物理法回收雖然比較環(huán)保，但是物理拆解回收的處理效率較低。
生物法在鋰回收中的應(yīng)用
生物法是以微生物作為媒介，通過(guò)微生物代謝作用將將體系的有用組分轉(zhuǎn)化為可溶化合物并選擇性地溶解出來(lái)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分與雜質(zhì)組分分離，最終回收鋰、鈷、鎳等有價(jià)金屬。
生物法具備成本低、能耗小，有價(jià)金屬回收率高等特點(diǎn)，然而該工藝的研究尚處于起步階段，微生物菌類(lèi)培育困難，浸出環(huán)境要求高。
超臨界CO2萃取法在鋰回收中的應(yīng)用
超臨界CO2流體萃取的原理是壓力和溫度的差異影響超臨界CO2的溶解力，將廢舊電池置于超臨界反應(yīng)釜中，使待分離的電池與超臨界 CO2 充分接觸，根據(jù)電池成分極性、熔沸點(diǎn)和分子量的差異，將電解液選擇性地萃取出來(lái)。
此方法適用于收集廢舊電池的電解液，但工作環(huán)境要求高，處理費(fèi)用高。
離子交換法在鋰回收中的應(yīng)用
離子交換樹(shù)脂對(duì)不同金屬離子絡(luò)合物具有不同的吸附系數(shù)，呈現(xiàn)出對(duì)金屬的選擇性。電池破碎初步分選后，通過(guò)離子交換作用，從含多種有價(jià)金屬的溶液中吸附 一種，最終實(shí)現(xiàn)電池不同金屬的分離提純。
離子交換法工藝簡(jiǎn)單，易于操作。
鋰電池氯化鋰除雜工藝
通過(guò)對(duì)含鋰溶液進(jìn)行初步除雜操作后，調(diào)節(jié)pH值至10～12，再流經(jīng)螯合陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱，從而將含鋰溶液中的二價(jià)以上的金屬陽(yáng)離子進(jìn)行吸附，得到含鋰凈完液，再蒸發(fā)結(jié)晶和干燥后，得到電池級(jí)氯化鋰；然后采用去離子水對(duì)螯合陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱進(jìn)行置換，再依次用鹽酸溶液進(jìn)行酸洗，用去離子水進(jìn)行殘酸清洗，用氫氧化鈉溶液進(jìn)行堿洗，用去離子水進(jìn)行殘堿清洗操作，得到可循環(huán)使用的螯合陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱。
此種工藝能夠一次性完成氯化鋰的深度除雜，達(dá)到電池級(jí)別，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生沉淀，降低了除雜成本和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，提高了鋰元素的回收率，且螯合陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱能夠循環(huán)使用，節(jié)約了除雜成本。
