電極材料的溶解浸出

溶解浸出過程是對預處理后得到的電極材料進行溶解浸出，使電極材料中的金屬元素以離子的形式進入到溶液中，然后通過各種分離技術選擇性分離回收其中的主要有價金屬Co、Li等。溶解浸出的方法主要包括化學浸出和生物浸出法。

化學浸出

傳統的化學浸出方法是通過酸浸或堿浸的方式實現電極材料的溶解浸出，主要包括一步浸出法和兩步浸出法。一步浸出法通常采用無機酸HCl、HNO3、H2SO4等作為浸出劑對電極材料直接溶解浸出，但這種方法會產生Cl2、SO2等有害氣體，故需要進行尾氣處理。研究發現，在浸出劑中加入H2O2、Na2S2O3等還原劑，可有效解決這一問題，同時Co3+被還原成更易于溶解到浸出液中的Co2+，從而提高浸出率。潘曉勇等采用H2SO4-Na2S2O3體系浸出電極材料，分離回收Co、Li。結果表明，H+濃度3mol/L、Na2S2O3濃度0.25mol/L、液固比15:1，90℃下反應2.5h，Co、Li的浸出率高于97%;陳亮等采用H2SO4+H2O2為浸出劑對活性物質進行浸出。結果表明：液固比10:1、H2SO4濃度2.5mol/L、H2O2加入量2.0mL/g(粉料)、溫度85℃、浸出時間120min，Co、Ni和Mn的浸出率分別達到97%、98%和96%;陸修遠等采用H2SO4+還原劑體系浸出廢舊高鎳型鋰離子電池正極材料(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)，研究了不同還原劑(H2O2、葡萄糖及Na2SO3)對金屬浸出效果的影響。結果表明：在最適宜條件下，采用H2O2作為還原劑，主要金屬的浸出效果最好，Li、Co、Ni、Mn的浸出率分別為100%、96.79%、98.62%、97%。

綜合看來，采用酸-還原劑作為浸出體系，相較于直接酸浸，因浸出率更高、反應速率更快等優點成為目前工業上處理廢舊鋰離子電池的主流浸出工藝。兩步浸出法是將廢舊鋰電池經過簡單預處理后先進行堿浸出，使Al以NaAlO2的形式進入到溶液中，之后加入浸出酸，并在其中加入還原劑H2O2或Na2S2O3做為浸出液，得到的浸出液通過調節pH值，選擇性沉降Al、Fe并分別回收，將所獲得的母液進一步進行Co、Li元素的提取和分離。鄧朝勇等采用10%NaOH溶液進行堿浸，Al浸出率為96.5%，2mol/L的H2SO4和30%H2O2進行酸浸，Co浸出率為98.8%。浸出原理如下：

2LiCoO2+3H2SO4+H2O2→Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2

將所獲得的浸出液，經多級萃取等工藝，最終Co的回收率達到98%以上。該方法流程簡單，易于操作，對設備腐蝕小，污染少。

生物浸出法

隨著技術的發展，生物冶金技術因其高效環保、成本低等優勢有著更好的發展趨勢及應用前景。生物浸出法是通過細菌的氧化作用，使金屬以離子的形式進入到溶液。近年來，有研究者研究了采用生物浸出法浸出廢舊鋰離子電池中的有價金屬。Mishra等采用無機酸和嗜酸菌酸氧化亞鐵硫桿菌對廢舊鋰電池進行浸出，利用元素S和Fe2+作為能源，在浸出介質中產生H2SO4和Fe3+等代謝產物，利用這些代謝物溶解廢舊鋰離子電池中的金屬。

研究發現，Co的生物溶解速度比Li快。Fe2+可以促進生物菌生長繁殖，Fe3+與殘留物中的金屬共沉淀。較高的液固比，即金屬濃度的增加，會抑制細菌的生長，不利于金屬的溶解;Marcináková等在兩種不同介質下采用嗜酸細菌的聚生體對Li和Co進行生物浸出。富含營養的培養基由細菌生長所需的所有礦物質構成，低營養培養基以H2SO4和元素S作為能源。研究發現，在富營養環境中，Li和Co的生物浸出率分別為80%和67%;而在低營養環境中，僅溶解35%的Li和10.5%的Co。生物浸出法相較于傳統的酸-還原劑浸出體系，具有成本低、綠色環保等優勢，但主要金屬(Co、Li等)的浸出率相對較低，工業化大規模處理具有一定的局限性。