溶剂萃取法从废旧锂离子电池浸出液中回收镍钴锰的战略意义与技术进展

针对我国镍钴锰(NCM)战略金属资源对外依存度高、回收工艺效率不足等问题，研究人员系统综述了溶剂萃取技术在废旧锂离子电池(LIB)浸出液中的金属回收应用。通过分析典型浸出液组分特征，对比沉淀法与萃取法的杂质去除效果，深入探讨磷基/胺类等萃取剂的协同作用机制，并评估工艺环境效益。该研究为NCM资源高效回收提供了理论指导与技术参考，对保障国家战略资源安全具有重要意义。

　　

随着新能源产业爆发式增长，全球对镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)等战略金属的需求激增。这些被称为"NCM金属"的关键材料，不仅是锂离子电池(LIB)正极的核心组分，更广泛应用于航空航天、国防军工等高精尖领域。然而数据显示，中国NCM金属的对外依存度分别高达92.3%、97%和96.8%，主要依赖政治局势动荡的非洲、南美等地区进口。与此同时，废旧LIB中NCM金属含量(5-20%)远超原生矿石(0.3-0.82%)，使其成为"城市矿山"的重要资源。如何高效回收这些战略金属，成为破解资源卡脖子难题的关键。

北京某研究团队在《Separation and Purification Technology》发表综述，系统梳理了溶剂萃取技术在废旧LIB浸出液回收NCM金属的研究进展。研究通过分析典型浸出液的二价金属离子(M²⁺)特征，对比沉淀法与萃取法的杂质去除效率，重点阐释了磷基(如D2EHPA)、胺类(如Aliquat 336)等萃取剂的选择性机制，特别指出协同萃取体系在分离系数上的突破性优势。

关键技术方法包括：(1)构建典型LIB浸出液多金属离子数据库；(2)对比分析沉淀法与溶剂萃取法的杂质去除效率；(3)系统评价磷基、胺类等4类萃取剂的分配比与选择性；(4)建立萃取过程环境与经济评估模型。

【Characteristics of typical spent LIB leachates】
研究汇总数据显示，LIB浸出液中NCM主要以M²⁺形态存在，同时含有Fe、Al等杂质离子。不同破损程度的电池会产生组分差异，需针对性设计分离流程。

【Removal of impurities in complex solution systems】
相比传统沉淀法，溶剂萃取在铝铁去除方面展现更高选择性，但成本增加约15-20%。新型螯合萃取剂可实现pH 1.5条件下Fe³⁺/Co²⁺分离系数达10³量级。

【Research progress on the extraction of NCM】
磷基萃取剂对Ni/Co分离效果优异，胺类更适于Mn提取。创新的Cyanex272-P507协同体系使Co/Mn分离系数提升至246，较单一萃取剂提高8倍。非水溶剂萃取可避免相转移污染，但工业化仍受限于溶剂损耗。

【Environmental and economic Assessment】
生命周期评估显示，优化后的协同萃取工艺可降低30%酸碱消耗，减少19%有机废物产生。每吨金属回收成本较传统工艺降低12-18%，但新型萃取剂的规模化合成仍是经济性瓶颈。

【Conclusion and outlook】
该研究证实溶剂萃取技术在NCM回收领域具有高效、低耗的优势，特别强调协同萃取体系的工业化应用前景。未来需重点开发低成本合成工艺、智能分离系统及绿色溶剂体系，以应对复杂组分浸出液的分离挑战。研究由Yusheng Tang领衔完成，获北京市科协青年人才计划(BYESS2023070)支持，为破解战略金属资源困境提供了关键技术路线。