本發(fā)明總體上涉及化學(xué)制造和回收，具體地涉及從電池制造和回收出口料流中生產(chǎn)堿金屬氫氧化物和硫酸。

背景技術(shù)：

1、氫氧化鈉(naoh)、氫氧化鋰(lioh)和硫酸(h2so4)是重要的商品化學(xué)品，廣泛用于化學(xué)、制藥、能源、造紙和紙漿以及水行業(yè)等。例如，naoh由于其堿性而廣泛用于制造其他化學(xué)品，lioh用于生產(chǎn)電池應(yīng)用的陰極活性材料，h2so4大量用于制造磷肥。

2、生產(chǎn)naoh、lioh和h2so4的現(xiàn)有技術(shù)要么工藝復(fù)雜，要么會(huì)產(chǎn)生具有危害性的其他化學(xué)品。例如，高純度naoh主要是使用產(chǎn)生危險(xiǎn)氯氣(cl2)的氯堿法從鹽水中生產(chǎn)的。在一些情況下，lioh的生產(chǎn)可能涉及從含氯化物的鋰礦物中提取和純化碳酸鋰(li2co3)。例如，可以使用碳酸鈉(na2co3)將氯化鋰(licl)轉(zhuǎn)化為li2co3，然后使用氫氧化鈣(ca(oh)2)將li2co3進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為lioh，所有這些都從咸鹽水開始。在其他情況下，可以通過(guò)使用naoh將從礦物中生成的硫酸鋰(li2so4)轉(zhuǎn)化為lioh來(lái)產(chǎn)生lioh。最后，h2so4的生產(chǎn)可以由多個(gè)步驟組成，包括通過(guò)精煉技術(shù)提取硫并將其轉(zhuǎn)化為二氧化硫(so2)，將so2高溫催化轉(zhuǎn)化為三氧化硫(so3)，隨后用水將so3轉(zhuǎn)化為h2so4。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案包括通過(guò)電化學(xué)鹽分解(electrochemical?salt-splitting)生成naoh、lioh或h2so4中的一種或多種的系統(tǒng)和方法。例如，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案包括利用來(lái)自鋰離子電池制造或回收過(guò)程中的出口料流來(lái)生成鈉陽(yáng)離子(na+)或鋰陽(yáng)離子(li+)以及硫酸根陰離子(so42-)。這種實(shí)施方案進(jìn)行電化學(xué)鹽分解以從鈉陽(yáng)離子(na+)或鋰陽(yáng)離子(li+)和硫酸根陰離子(so42-)中制備naoh、lioh或h2so4中的一種或多種。

2、例如，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，方法包括從電池制造過(guò)程中生成na2so4。該方法還涉及通過(guò)電化學(xué)鹽分解過(guò)程將生成的na2so4轉(zhuǎn)化為naoh和h2so4。例如，該方法涉及利用包括由一個(gè)或多個(gè)離子交換膜隔開的兩個(gè)或更多個(gè)隔室的電化學(xué)電池對(duì)na2so4進(jìn)行電化學(xué)鹽分解。此外，該方法任選地包括將生成的na2so4轉(zhuǎn)化為naoh和h2so4，而無(wú)需常規(guī)工業(yè)方法所需的一種或多種純化技術(shù)。

3、在另一個(gè)實(shí)施方案中，方法包括從電池回收過(guò)程中生成li2so4。該方法還涉及通過(guò)電化學(xué)鹽分解過(guò)程將生成的li2so4轉(zhuǎn)化為lioh和h2so4。例如，該方法涉及利用包括由一個(gè)或多個(gè)離子交換膜隔開的兩個(gè)或更多個(gè)隔室的電化學(xué)電池對(duì)li2so4進(jìn)行電化學(xué)鹽分解。此外，該方法任選地包括將生成的li2so4轉(zhuǎn)化為lioh和h2so4，而無(wú)需常規(guī)工業(yè)方法所需的一種或多種純化技術(shù)。

4、在下面的描述中概述了本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，并且部分可以從描述中確定，或者可以通過(guò)實(shí)施這些示例性實(shí)施方案來(lái)學(xué)習(xí)。

技術(shù)特征：

1.一種方法，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電化學(xué)鹽分解過(guò)程包括電解或雙極膜電滲析中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電化學(xué)鹽分解過(guò)程利用了膜電極設(shè)計(jì)，所述膜電極設(shè)計(jì)包括不銹鋼電極、鍍鎳鋼電極、鎳電極或混合金屬氧化物電極中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電化學(xué)鹽分解過(guò)程利用了改變產(chǎn)氧或產(chǎn)氫的電極半反應(yīng)的電極設(shè)計(jì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述電池制造過(guò)程中生成硫酸鈉(na2so4)包括生成硫酸鈉溶液，其中所述硫酸鈉溶液中的污染物濃度小于百萬(wàn)分之二十(20ppm)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述污染物包括鎳離子(ni2+)、鈷離子(co2+)、錳離子(mn2+)、鋁離子(al3+)、鉀離子(k+)、鈣離子(ca2+)、鎂離子(mg2+)、氯離子(cl-)或氟離子(f-)中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中將所述生成的硫酸鈉(na2so4)轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉(naoh)和硫酸(h2so4)包括利用單離子交換純化從硫酸鈉溶液中除去污染物。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將氫氧化鈉(naoh)或硫酸(h2so4)中的至少一種回收到電池制造過(guò)程中以形成封閉系統(tǒng)。

9.一種方法，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電化學(xué)鹽分解過(guò)程包括電解或雙極膜電滲析中的一種。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電化學(xué)鹽分解過(guò)程利用了電化學(xué)電極設(shè)計(jì)，所述電化學(xué)電極設(shè)計(jì)包括不銹鋼電極、鍍鎳鋼電極、鎳電極或混合金屬氧化物電極中的至少一種。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電化學(xué)鹽分解過(guò)程利用了改變產(chǎn)氧或產(chǎn)氫的電極半反應(yīng)的電極設(shè)計(jì)。

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中從所述電池回收過(guò)程中生成硫酸鋰(li2so4)包括用浸出溶液浸出回收的電池材料，所述浸出溶液包括硫酸(h2so4)、過(guò)氧化氫(h2o2)以及去離子水或反滲透水中的至少一種。

14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中從所述電池回收過(guò)程中生成硫酸鋰(li2so4)包括生成硫酸鋰溶液，其中所述硫酸鋰溶液中的污染物濃度小于百萬(wàn)分之二十(20ppm)。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述污染物包括鎳離子(ni2+)、鈷離子(co2+)、銅離子(cu2+)、鋁離子(al3+)、鐵離子(fe2+)、鈣離子(ca2+)、鎂離子(mg2+)、氯離子(cl-)或氟離子(f-)中的一種。

16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中生成所述硫酸鋰溶液包括將所述電池回收過(guò)程中的電池原料限制為不含電解質(zhì)的電池廢料或使用不含氟的電解質(zhì)的電池單元中的至少一種。

17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將所述生成的硫酸鋰(li2so4)轉(zhuǎn)化為氫氧化鋰(lioh)和硫酸(h2so4)包括利用單離子交換純化從硫酸鋰溶液中除去污染物。

18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中將所述生成的硫酸鋰(li2so4)轉(zhuǎn)化為氫氧化鋰(lioh)和硫酸(h2so4)包括利用單級(jí)結(jié)晶使氫氧化鋰(lioh)結(jié)晶。

19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中從所述電池回收過(guò)程中生成硫酸鋰(li2so4)并將生成的硫酸鋰(li2so4)轉(zhuǎn)化為氫氧化鋰(lioh)和硫酸(h2so4)是在封閉系統(tǒng)中通過(guò)將所述硫酸(h2so4)回收到電池回收過(guò)程中進(jìn)行的。

20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括將生成的氫氧化鋰(lioh)回收回到電池回收過(guò)程或電池制造過(guò)程中的至少一個(gè)。

技術(shù)總結(jié)
生產(chǎn)氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鋰(LiOH)和硫酸(H<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;)的方法，包括從電池制造和回收中生成硫酸鈉(Na<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;)或硫酸鋰(Li<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;)，并通過(guò)電化學(xué)鹽分解過(guò)程將生成的Na<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;或Li<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;轉(zhuǎn)化為NaOH、LiOH和H<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;。處理步驟可在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，使得生成的Na<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;或Li<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;可以在轉(zhuǎn)化過(guò)程中使用，并任選的進(jìn)行純化步驟。特別地，LiOH、NaOH和Na<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;被回收到電池回收或電池制造過(guò)程中。

技術(shù)研發(fā)人員：韋斯利·盧克,亨利·馮·施羅德,保羅·沃伊特
受保護(hù)的技術(shù)使用者：紅木材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15