在锂电池的火法冶金回收中，添加焦炭和助熔剂是使贵金属与废物分离的基本机制。焦炭兼具作为产生所需高温的燃料和作为将金属氧化物化学转化为金属形态的还原剂的双重功能。加入助熔剂是为了调节熔池的性质，确保液态物质正确分离。
核心要点：这些添加剂之间的相互作用驱动电池元件的物理分离。焦炭为熔炉提供动力，并将过渡金属（钴、镍、铜）还原成独特的合金，而助熔剂则确保剩余物质（特别是锂）集中在炉渣中，以便后续处理。
焦炭的双重作用
焦炭是竖炉内反应的主要驱动力，具有两种截然不同但同时进行的目的。
提供热能
首先，焦炭充当燃料。焦炭的燃烧提供了高温熔炼所需的强烈热量。
这些能量熔化电池废料，并维持化学反应发生的熔炉温度。
作为还原剂
除了简单燃烧外，焦炭还充当还原剂。在熔炉的化学环境中，它会剥离电池废料中金属氧化物上的氧原子。
这种还原过程是将钴、镍和铜的化合物还原回其金属状态，使它们能够熔合在一起。
助熔剂的作用
虽然焦炭驱动热量和还原，但助熔剂对于管理熔炉内物质的物理状态至关重要。
调整熔池性能
添加助熔剂是为了调整熔池的性能。这通常是指改变液态物质的粘度和熔点。
通过优化熔池，助熔剂确保物质保持足够的流动性，以便根据密度进行物理分离。
分离结果
焦炭和助熔剂的联合应用实现了金属元素的明显“初步分类”。
合金形成（目标金属）
由于焦炭提供的还原作用，钴、镍和铜等金属会熔合在一起。
这些元素在熔体底部形成重金属合金，可供提取和进一步精炼。
炉渣集中（锂的去向）
与过渡金属不同，锂在此过程中不进入金属合金相。
相反，锂会集中在炉渣中——这是由助熔剂管理的非金属废物层。这有效地将锂与高价值合金金属分离。
理解权衡
虽然此过程可有效回收过渡金属，但它在锂回收方面存在特定限制。
锂不以金属形式回收
在此竖炉阶段的主要权衡是锂被隔离在炉渣中，而不是合金中。
这意味着，与钴或铜（以还原金属形式提取）不同，锂需要额外的、通常是复杂的步骤才能从炉渣材料中回收。该过程优先考虑钴、镍、铜的直接金属化，而不是锂的直接回收。
为您的目标做出正确选择
焦炭和助熔剂的使用决定了特定元素在您的回收流中的去向。
- 如果您的主要重点是钴、镍和铜：确保有足够的焦炭作为还原剂，以确保这些金属完全还原并熔合到合金层中。
- 如果您的主要重点是锂：请注意，在此特定的火法冶金设置中，您的锂将被锁定在炉渣中，这需要您优化助熔剂，以确保炉渣易于后续下游处理。
竖炉依靠这些投入来实现回收的关键第一步：将高价值过渡金属浓缩成合金，同时将锂分离到炉渣中。
总结表：
| 添加剂 | 主要功能 | 受影响的目标元素 |
|---|---|---|
| 焦炭 | 燃料（热能）和还原剂 | 钴、镍、铜（合金形成） |
| 助熔剂 | 调节熔池的熔点和粘度 | 锂（炉渣集中） |
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参考文献
- Vladimír Marcinov, Zita Takáčová. Overview of Recycling Techniques for Lithium-Ion Batteries. DOI: 10.15255/kui.2023.030
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
