中国科学院过程工程研究所成果推介（第十期）

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退役磷酸铁锂黑粉短程清洁循环利用技术

项目成熟度:工业放大

项目简介

我国由汽车运行造成的碳排放在全社会中占比约8%,相比较传统汽油车,纯电动车碳排放减少39.4%,因此,发展新能源汽车是国家战略,是节能降碳的有效途径。在双碳目标下,国内新能源汽车呈现爆发式增长。锂电池是新能源汽车、储能系统等的核心器件,电池原料需求持续增长。我国能源金属对外依存度大,以碳酸锂为例,目前国内以矿石生产碳酸锂为主,但锂矿90%依靠进口,回收的碳酸锂仅占总产量的14%。退役磷酸铁锂电池中的锂含量约1%-4%,2023年退役动力电池超过40多万吨,预计2026年达到230万吨,回收价值超过500亿元。因此,退役电池高效回收和利用可有效缓解产业发展需求旺盛导致的战略金属短缺难题,避免含有重金属和含氟有机物的二次资源造成的环境风险,具有非常重要的经济和环境效益。本项目针对现有电池回收工艺中原料含量波动碳含量不稳定、锂回收率偏低、提锂后渣堆存处置风险高等问题,开发了退役磷铁黑粉高效分选-优先提锂-尾渣全利用技术,锂回收率>90%,磷/铁>90%;工艺流程短,夹带锂损失少,锂综合回收率高;工艺能耗低,原辅料用量少,加工成本低;,解决渣料堆存难题,磷酸铁和碳酸锂产品达到电池级标准,工艺废水循环利用,为退役磷酸铁锂的全元素、高价值、规模化利用提供一条经济可行的产业化路径。

知识产权情况

拥有自主知识产权。

工艺/装备/产品

(1)通过揭示活性氧浸出过程中锂的释放驱动力和铁价态变化的微观过程,阐明锂的选择性溶出机制,有效抑制了提锂过程中铁磷进入液相,减少了后续的分离难度和资源损失,实现了锂浸出率>98%,回收率>95%,并得到了电池级碳酸锂(纯度>99.5%);

(2)面对提锂渣难处理问题,开发了混酸高效浸出和浸出液复杂体系杂质离子的定向脱除及产品化工艺,缩短了工艺流程,铁磷的浸出率>98%,回收率>90%,合成了满足行业标准的电池级磷酸铁产品。

经济可行性

采用退役磷酸铁锂制备电池级磷酸锂,锂回收率高,回收成本低,比现有成本降低约10%。

安全环保和工程化可行性

工艺过程废水循环利用,提锂渣制备电池级磷酸铁,具有良好的生态和环保效益。

市场和产业化前景

锂是重要的能源和战略性矿产资源,电池回收有助于全面提高资源利用效率、保障资源供给、防控环境风险,有强大的政策层面支持,本项目为废旧磷酸铁锂回收和循环利用提供应用工艺与参数,为工程设计提供基础参数和调控依据。从基础理论、技术、管理上保障废旧磷酸铁锂高效提取和产品制备。在“双碳”目标下,政府将在宏观政策和产业扶持方面给予支持,符合我国资源回收利用重点发展方向。同时,本技术拥有整体优化技术方案和自主知识产权的专利,通过突破关键工艺过程实现废旧磷酸铁锂的高价值回收和循环利用,降低环境生态风险,提高企业的经济效益。研究成果可应用于电池回收相关企业,产品可返回电池产业链进行利用,国内碳酸锂和磷酸铁的需求量大,具有良好的市场化前景。

产业化条件

完成了废旧磷酸铁锂电池废料浸出制备碳酸锂的千吨级中试技术验证,回收率大于93%;碳酸锂纯度>99.2%。拟建设年处理4000吨磷酸铁锂黑粉产业线,估算费用4500万元;通过降低成本提升效益,获得盈利。预计年营收6500万元,年利润1800万元

合作方式

技术授权或者技术转让。

附图

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高性能二氧化碳分离膜组件及装备

项目成熟度:中试

项目简介

针对传统工业排放废气中二氧化碳浓度低、C0,捕集和提纯成本高、经济效益低等问题,开发了先进的高性能CO,分离膜材料、组件和分离装备技术。其中开发的CO,分离膜材料具有高C0,渗透率和高CO,/N,或CO,/CH4分离选择性两种规格,可应用与不同工况下的C0,分离。开发的气体分离膜在CO,/N,(15/85)、CO,/CH,(20/80)混合气体分离中C0,渗透率分别是>2000GPU和350GPU,分离因子分别>60和50。开发了基于CO,分离的中空纤维气体分离膜组件,并实现了膜组件的规模化制备。其中膜组件具有优异的耐高低温性能,膜组件最大面积为12.5m?/根,膜组件完成了超过3000小时的稳定性评价,建成了稳定运行10Nm3/h的小试装置。

应用领域

可以提供膜面积分别是2m2.4.5m?和12.5m?三种规格的C0,分离的气体分离膜组件;适用于不同应用场景中的CO,捕集和分离,例如烟道气中CO,的捕集和天然气(包括生物天然气和天然气田)纯化等:满足不同温度、不同CO,含量的气体分离。

产业化条件

500-1000万(不含)。

合作方式

技术转让或技术入股。

附图

3

离子液体补集分离二氧化碳新工艺

项目成熟度:中试

项目简介

针对目前全球所面临的温室效应问题,本项目开发了用于工艺气体和尾气中二氧化碳捕集和吸收新工艺。采用新型低挥发性的吸收剂,较之现有的胺法更为绿色和环保。开发了吸收-解吸节能新工艺及新型设备,整个吸收和解吸过程的能耗远低于现有溶液法。

知识产权情况

已申请10项国内发明专利，1项国际发明专利。

技术特点

1.CO,净化效率大于85%,解吸得到的 CO,纯度可大于99.5%;

2.开发新型低挥发性二氧化碳吸收剂;

3.低能耗的吸收一解吸二氧化碳捕集新工艺,能耗低于常规的縉渗胺法。

市场和产业化前景

现阶段离子液体已可以进行大规模制备，离子液体价格比以往下降1/5~1/10,离子液体价格昂贵问题已得到解决;离子液体的应用可以取代各厂矿和企业生产中所用的大量挥发性有机溶剂，改善生产条件,降低环境污染。

CO,原料来源比较广泛,大部分存在于工艺气体和尾气中以及烟道气中,而且C0,的治理完全顺应国家科技发展的战略目标,具有十分广阔的应用前景。

产业化条件

根据企业的要求,需要针对性的进行工艺参数的优化,进行工程放大实验和设计等工作。

合作方式

技术开发和转让。

附图

4

高效除甲醛催化剂的研发与中试

项目成熟度:中试

项目主要内容

甲醛是室内装修产生的主要空气污染物,有致癌致畸作用,受到人们的广泛关注。实验室前期开发了室温除甲醛催化剂材料,可以高效分解甲醛,产物为二氧化碳和水,无二次污染问题。此催化剂已实现了规模化生产,并应用于某空气净化器产品中。目前正在研发升级新一代的超高效甲醛催化分解材料,有望能进一步提高催化分解甲醛的性能,乃至具有催化分解其他有机污染物的活性,并应用于空气净化行业。

产业化条件

需要资金1000万元,完成催化剂配方优化以及产线建设。

附图

5

高效除异味材料的研发与中试

项目成熟度:中试

项目主要内容

异味是密闭空间影响空气质量以及人类舒适度的重要因素,例如汽车座舱异味、家庭宠物异味等。实验室前期开发了高效吸附醛类及苯系物的吸附剂,可以有效地去除典型室内装修产生的有机污染异味,具有吸附容量高、寿命长等优点,已应用于部分企业产品中。目前正在研发其他针对特异性气味分子的高效吸附材料,例如氨/胺、吲哚、酸性气体、臭氧等的吸附去除,有望应用于家庭、工业厂房等密闭空间。

产业化条件

需要资金1000万元,完成吸附材料配方设计、优化以及产线建设。

附图

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