锂离子电池热解粉尘中技术级碳酸锂(Li2 CO3 )的回收工艺优化与选择性分离研究

本研究针对锂离子电池(LIBs)热解粉尘中锂资源回收难题，开发了基于硫酸浸出-碳酸钠沉淀的工艺路线，实现了锂(Li)与氟(F)的选择性分离(锂浸出率60% vs 氟0.8%)，获得纯度99%的技术级Li2 CO3 ，为满足欧盟《电池法规》(EU)2023/1542的锂回收率目标(2027年50%，2031年80%)提供了创新解决方案。

　　

随着电动汽车和可再生能源存储的爆发式增长，锂离子电池(LIBs)的报废处理已成为全球性挑战。欧盟最新《电池法规》(EU)2023/1542设定了严苛的锂回收目标：2027年达到50%，2031年提升至80%。然而传统湿法冶金工艺存在化学试剂消耗大、废水处理难等问题，而高温热解法虽能富集镍钴铜合金，但锂因高温挥发性会流失到粉尘和炉渣中。更棘手的是，电池废料中的氟元素会干扰后续锂提取过程。如何从热解副产物中高效回收锂，同时实现锂氟选择性分离，成为制约电池循环经济的关键瓶颈。

针对这一难题，来自波兰?ukasiewicz非铁金属研究所的研究团队创新性地将目光投向热解过程中产生的袋滤粉尘——这种传统上被忽视的废弃物含有10wt%的锂和9.5wt%的氟。通过设计"硫酸浸出-压力过滤-碳酸钠沉淀-CO₂
纯化"的四步工艺，在1/4工业规模试验中取得突破：采用137.2g/L H₂
SO₄
在50°C下浸出2小时，成功实现锂(60%)与氟(0.8%)的选择性分离；后续用20%过量Na₂
CO₃
沉淀获得含锂19%的粗产品，经三级CO₂
纯化后最终得到纯度99%的技术级Li₂
CO₃
。该研究发表于《Waste Management》，为满足欧盟回收法规提供了切实可行的技术路径。

关键技术方法包括：1) 电弧电阻炉热解LIBs获得含锂粉尘；2) 优化硫酸浸出参数实现锂氟选择性分离；3) 室膜压力过滤处理悬浮液；4) 碳酸钠沉淀结合CO₂
纯化获得高纯Li₂
CO₃
。研究材料来自半工业规模试验产生的42.5kg袋滤粉尘。

3. 结果与讨论
3.1 酸浸过程
单次浸出获得160L溶液(pH≈7)，锂浓度达15.8g/L而氟仅0.2g/L，质量平衡显示锂总回收率60%而氟残留率99.2%。气体排放检测发现主要释放CO₂
(7kg)和微量NO_x
，无爆炸性氢气产生。

3.2 压力过滤
采用630mm×630mm室膜压滤机，4个过滤室(总容积25.8L)时过滤时间仅10分钟，滤饼呈块状易剥离，适合工业化应用。需预先筛除>2.5mm颗粒防止泵堵塞。

3.3 碳酸锂沉淀
20%过量Na₂
CO₃
(280g/L)在95°C下沉淀2.5小时，锂沉淀效率86.5%，获得含锂19%的粗产品。沉淀后溶液中残留锂2.35g/L，钠47g/L。

3.4 产品纯化
三级CO₂
纯化后Li₂
CO₃
纯度达99%，但镁(0.19wt%)、氯(0.03wt%)和硫酸根(0.10wt%)仍略超商业标准，建议补充膜分离或离子交换工艺。

4. 结论
该研究首次系统论证了从LIBs热解粉尘回收技术级Li₂
CO₃
的可行性，其创新价值体现在：1) 开发了锂氟选择性分离的酸性浸出体系；2) 验证了1/4工业规模工艺参数；3) 粉尘中锂回收效率较传统湿法工艺提升20%。尽管最终产品微量杂质需进一步纯化，但该工艺已显著优于当前行业平均水平(锂回收率约35%)，为动力电池回收产业提供了新的利润增长点。随着钠离子/锌离子电池的兴起，这种模块化回收方案可快速适配未来多元电池废料处理需求。