锂离子电池废料中关键金属的选择性分离与回收：一种室温湿法冶金新工艺

本研究针对废旧锂离子电池(LIBs)回收中存在的分选成本高、能耗大等问题，开发了一种室温湿法冶金一体化流程。通过H2 SO4 +H2 O2 浸出-溶剂萃取(D2EHPA/Cyanex 272)联用技术，实现了阴极-阳极混合物料中Cu(85%)、Mn(92%)、Co(91%)、Ni(88%)等金属的高效回收，为LIBs绿色回收提供了低能耗、低成本的解决方案。

　　

随着电动汽车和便携式电子设备的普及，锂离子电池(LIBs)的报废量正以每年20%的速度激增。这些"城市矿山"富含铜、钴、镍等战略金属，但传统回收方法面临严峻挑战：火法冶金能耗高且锂损失大，湿法冶金需预先分选阴阳极材料，而直接回收又受制于严格的监管要求。更棘手的是，现有工艺多针对单一电池组分设计，难以处理实际回收场景中混杂的电极材料。如何开发兼顾经济性和环境友好的一体化回收方案，成为制约LIBs循环利用的关键瓶颈。

意大利拉奎拉大学的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表创新成果，提出室温湿法冶金全流程解决方案。研究人员采用汽车废料中的NMC电池混合电极粉体为原料，通过H₂
SO₄
+H₂
O₂
浸出-阶梯式分离工艺，在25℃条件下实现7种金属的连续回收。该研究突破传统工艺的温度限制和物料分选要求，为工业化回收提供新范式。

关键技术包括：(1)采用Retsch切割磨制备混合电极粉末；(2)室温酸性浸出体系优化；(3)铁粉置换法(Cementation)除铜；(4)pH调控分步沉淀Fe/Al氢氧化物；(5)15%皂化D2EHPA萃取锰；(6)Cyanex 272分离钴镍。实验样本来自汽车报废电池经6mm筛网预处理的黑粉，金属含量经ICP-OES验证。

【材料】
研究采用实际报废的NMC电池混合物，经切割磨粉碎和筛分后，铝铜箔含量显著降低。XRF分析显示黑粉主要含Co(14%)、Ni(26%)、Mn(28%)等有价金属，印证了物料预处理的有效性。

【结果与讨论】
浸出实验表明，H₂
SO₄
+H₂
O₂
体系在25℃下可实现>80%的金属溶出率。通过Fe/Cu=1.2的化学计量比，铜的置换回收率达85%。pH=5.5时Fe/Al共沉淀完全，为后续溶剂萃取创造理想条件。15%皂化D2EHPA在pH=3时对锰的选择性高达92%，0.2M H₂
SO₄
反萃后获得高纯锰溶液。Cyanex 272在pH=4.5实现钴镍高效分离(Co 91%，Ni 88%)，锂则富集于萃余液便于后续回收。

【结论】
该研究构建的"浸出-置换-沉淀-萃取"四级分离系统，首次实现混合电极物料中所有关键金属的同步回收。相较于传统工艺，新流程具有三大突破：(1)取消高温焙烧环节，能耗降低60%以上；(2)省去电极分选步骤，设备投资减少40%；(3)采用单一硫酸体系，试剂成本下降35%。研究为LIBs回收提供兼具经济可行性和环境兼容性的解决方案，特别适合处理成分复杂的实际报废电池。

创新性体现在三方面：工艺设计上通过室温操作和混合进料打破传统限制；科学认知上阐明D2EHPA-Cyanex 272协同萃取机制；应用价值上提供可直接产业化的基准流程。正如通讯作者Francesco Vegliò强调的，该方法"从实验室到工厂的转化路径清晰"，有望推动全球LIBs回收行业向碳中和目标迈进。未来研究可进一步优化浸出动力学和萃取剂再生环节，持续提升工艺的经济性优势。