一种通过铝酸钠溶液制备氢氧化铝的方法、锂电池正极材料回收方法以及预测方法

本发明涉及一种通过铝酸钠溶液制备氢氧化铝的方法、锂电池正极材料回收方法以及性能预测方法。

背景技术：

1、锂离子电池的正极主要由涂覆在铝箔上的正极材料组成。在锂电池正极材料的回收过程中，铝不可避免地以金属状态进入正极废物。通常需要使用强碱性naoh溶液将铝溶解在正极废物中，使两性金属铝以naalo2的形式进入溶液。传统上，这是通过使用酸将铝酸钠溶液的ph调节到9.0以下，使铝以氢氧化铝的形式沉淀来实现的。这种反应很快，会产生细小颗粒，难以满足铝冶金行业对铝电解的要求。此外，在从lifepo4中提取锂的过程中，通常需要优先进行铝浸出，以减少铝杂质对磷酸铁和碳酸锂产品的影响。

2、铝酸钠溶液分解制备氢氧化铝已开展了大量研究。然而，这一过程仍存在一些问题，包括低分解率(45-52％)、高晶种添加量(200-700g/l)和较长分解时间(35-50小时)。为了应对这些挑战，研究人员提出了多种方法来提高铝酸钠溶液的分解率。这些策略包括磁场或超声波强化分解(非专利文献1-2)，添加合适的添加剂(非专利文献3-5)和活性晶种强化(非专利文献6-9)。在这些方法中，使用活性晶种来强化铝酸钠溶液分解已经引起了越来越多的关注，因为它具有添加更少晶种的同时提高分解率的特性。

3、另外，针对活性晶种强化铝酸钠溶解液分解动力学的研究很少，缺少对于添加活性晶种条件下的分解动力学的预测方法。

4、参考文献：

5、非专利文献1：zhao,j.effect of ultrasound on aluminium trihydroxidecrystallzation from sodium aluminate solution.acta.chim.sinica.2002,1,12-18.

6、非专利文献2：li,x.；wang,d.；zhou,q.；liu,g.；peng,z.influence of magneticfield on the seeded precipitation of gibbsite from sodium aluminatesolution.miner.eng.2012,32,12-18.非专利文献3：zhao,s.；bi,s.；ding,x.；tong,z.influences of novel surfactants on the physicochemical properties of sodiumaluminate solution relevant to the aluminium hydroxide precipitation process.miner.process.extr.metall.2013,114(1),53-56.

7、非专利文献4：zhang,y.；zheng,s.；du,h.；xu,h.；wang,s.；zhang,y.improvedprecipitation of gibbsite from sodium aluminate solution by addingmethanol.hydrometallurgy.2009,98(1-2),38-44.

8、非专利文献5：okuizumi,t.；horiguchi,g.；kamiya,h.；okada,y.role of al-based additives in controlling ash adhesion.energy fuels 2024,38,3,2319–2326.

9、非专利文献6：zheng,s.preparation of highly active seed of al(oh)3.light metal.1995,8,12-14.

10、非专利文献7：andrei,s.；dmitry,v.；konstantin,a.；irina,l.enhancedprecipitation of gibbsite from sodium aluminate solution by addingagglomerated active al(oh)3seed.metals.2023,13(2),193-193.

11、非专利文献8：yin,j.；chen.q.；yin z.influence of mechanically activatedseeds on precipitation process of supersaturated sodium aluminate liquors.jrare earth.2006,24(s1),73-77.

12、非专利文献9：zeng,j.；yin,z.；chen,q.intensification of precipitation ofgibbsite from seeded caustic sodium aluminate liquor by seed activation andaddition of crown ether.hydrometallurgy.2007,89,107-116.

13、非专利文献10：chen,b.；liu,g.；qi,t.；fu,z.；shen,l.；wang,y.；peng,z.；zhou,q.micelles and structural variation of the solution synergistically changingthe viscosity of sodium aluminate solutions.journal of molecularliquids.2024,400,124557.

14、非专利文献11：zhou,q.；li,x.；peng,z.；liu,g.；zhao,q.；wu,j.kinetics ofseeded precipitation from sodium aluminate solution with highconcentration.j.cent.south univ.2004,4,557-561.

技术实现思路

1、本发明提供了一种活性晶种辅助条件下的从过饱和铝酸钠溶液中沉淀氢氧化铝的过程，添加微量活性晶种诱导铝酸钠溶液分解，在最大限度地减少循环晶种的用量并提高生产效率。将瞬时晶种质量比纳入动力学方程中，产生了由活性晶种诱导的铝酸钠溶液分解的合适模型。

2、一种通过含有铝酸钠溶液制备氢氧化铝的方法，包括如下步骤：

3、步骤1，在含有铝酸钠的溶液中加入活性晶种，晶种在溶液中的浓度是0.5-2g/l；

4、步骤2，在45-75℃的条件下进行反应2-70h，获得氢氧化铝沉淀。

5、所述的步骤1中，晶种粒径范围是0.8至30μm之间，中值粒径4.5-5.5μm。

6、活性晶种的制备方法包括如下步骤：

7、将铝酸钠溶液加入至碳酸氢钠溶液中，并加热处理，将获得的固体物滤出后，采用80-100℃水洗涤，干燥后得到。

8、铝酸钠溶液与碳酸氢钠溶液的体积比是2-4：1；碳酸氢钠溶液的浓度是80-120g/l。

9、加热处理的条件是：30-50℃下20-40min。

10、铝酸钠在溶液中折算为na2ok浓度是150-190g/l，并且αk＝1.41，na2ok是铝酸钠溶液中与氧化铝反应生成铝酸钠的na2o和以游离的naoh形态存在的na2o；αk是铝酸钠溶液中所含苛性碱与氧化铝的摩尔比称为铝酸钠溶液的苛性比值，以符号αk表示。

11、还包括：对沉淀反应速率的预测方法，是通过下式进行拟合而得到：

12、

13、其中，a表示溶液中氧化铝的浓度，a0是初始氧化铝浓度，a*表示溶液中铝的平衡浓度，k表示沉淀速率常数；

14、

15、krt是瞬时晶种质量比，at是时间t时的氧化铝浓度。

16、还包括对沉淀反应过程氧化铝浓度的计算，是通过下式计算得到：

17、

18、一种锂电池正极材料中锂的回收方法，步骤包括：

19、将带有铝箔的锂电池正极材料采用碱溶液溶解后，作为含有铝酸钠溶液，再通过上述的含有铝酸钠溶液制备氢氧化铝的方法进行处理。

20、有益效果

21、本发明研究了在不同温度下，添加极少量的活性晶种诱导过饱和铝酸钠溶液分解制备氢氧化铝的过程。xrd分析鉴定了活性晶种相中的三水铝石和拜耳石晶相。使用功率谱密度评估产品粒度分布，表明温度升高有利于产品粒度的增长。此外，为了阐明分解机理，引入瞬时种子系数对动力学方程进行了扩充。