1.3 Separacja, odzysk i utylizacja cennych metali

Odzysk i utylizacja cennych metali w zużytych akumulatorach litowo-jonowych to głównie odzysk dodatnich materiałów aktywnych. Metody recyklingu i przetwarzania katod obejmują głównie metodę biologiczną, metodę spalania w wysokiej temperaturze, metodę rozpuszczania kwasu i metodę rozpuszczania elektrochemicznego.

1.3.1 Prawo biologiczne

Metoda biologiczna wykorzystuje metaboliczną funkcję mikroorganizmów do przekształcania pierwiastków metalowych w elektrodzie dodatniej w związki rozpuszczalne i selektywnego ich rozpuszczania. Po uzyskaniu roztworu metalu składniki materiału elektrody dodatniej są rozdzielane kwasami nieorganicznymi, a na końcu następuje separacja i odzysk cennych metali. . Jia Zhizhi i in. używał ferrooksydantów i tiooksydantów do przetwarzania zużytych akumulatorów litowo-jonowych. Ta metoda ma niski koszt odzysku i jest łatwa do osiągnięcia w temperaturze i ciśnieniu pokojowym. Jednak wadą tej metody jest to, że odmiana nie jest łatwa w uprawie, a roztwór ługujący jest trudny do oddzielenia. Zeng i in. wykorzystał bakterie acidofilne do wykorzystania jonów siarki i żelaza jako źródeł energii do metabolizowania produktów, takich jak kwas siarkowy i jony żelaza, do rozpuszczania pierwiastków metalowych w zużytych akumulatorach litowo-jonowych. Jednak współstrącanie Fe(III) z innymi pierwiastkami metalowymi o wyższej zawartości zmniejszy rozpuszczalność metali, wpłynie na szybkość wzrostu komórek biologicznych i zmniejszy szybkość rozpuszczania metali. Metoda biologiczna charakteryzuje się niskim kosztem, niskim zanieczyszczeniem i możliwością ponownego wykorzystania i stała się ważnym kierunkiem rozwoju technologii odzyskiwania odpadowych cennych metali litowo-jonowych. Jednak ma również problemy do rozwiązania, takie jak selekcja i hodowla szczepów drobnoustrojów, optymalne warunki ługowania i mechanizm bioługowania metali. współstrącanie Fe(III) z innymi pierwiastkami metalowymi o wyższej zawartości zmniejszy rozpuszczalność metali, wpłynie na szybkość wzrostu komórek biologicznych i zmniejszy szybkość rozpuszczania metali. Metoda biologiczna charakteryzuje się niskim kosztem, niskim zanieczyszczeniem i możliwością ponownego wykorzystania i stała się ważnym kierunkiem rozwoju technologii odzyskiwania odpadowych cennych metali litowo-jonowych. Jednak ma również problemy do rozwiązania, takie jak selekcja i hodowla szczepów drobnoustrojów, optymalne warunki ługowania i mechanizm bioługowania metali. współstrącanie Fe(III) z innymi pierwiastkami metalowymi o wyższej zawartości zmniejszy rozpuszczalność metali, wpłynie na szybkość wzrostu komórek biologicznych i zmniejszy szybkość rozpuszczania metali. Metoda biologiczna charakteryzuje się niskim kosztem, niskim zanieczyszczeniem i możliwością ponownego wykorzystania i stała się ważnym kierunkiem rozwoju technologii odzyskiwania odpadowych cennych metali litowo-jonowych. Jednak ma również problemy do rozwiązania, takie jak selekcja i hodowla szczepów drobnoustrojów, optymalne warunki ługowania i mechanizm bioługowania metali. i stał się ważnym kierunkiem rozwoju technologii odzyskiwania odpadowych cennych metali litowo-jonowych. Jednak ma również problemy do rozwiązania, takie jak selekcja i hodowla szczepów drobnoustrojów, optymalne warunki ługowania i mechanizm bioługowania metali. i stał się ważnym kierunkiem rozwoju technologii odzyskiwania odpadowych cennych metali litowo-jonowych. Jednak ma również problemy do rozwiązania, takie jak selekcja i hodowla szczepów drobnoustrojów, optymalne warunki ługowania i mechanizm bioługowania metali.

1.3.2 Metoda spalania w wysokiej temperaturze

Metoda spalania wysokotemperaturowego polega na nasączeniu usuniętego materiału katodowego w rozpuszczalniku organicznym, a następnie spaleniu go w wysokiej temperaturze w celu uzyskania cennych metali. Japońskie firmy Sony i Sumitomo Corporation zanurzyły zużyte akumulatory litowo-jonowe w kwasie szczawiowym i spopielały je w temperaturze 1000 ℃ w celu usunięcia elektrolitu i separatora, i zdały sobie sprawę z pękania akumulatora. Pozostały materiał po spaleniu przesiano i oddzielono magnetycznie. Do oddzielania Fe, Cu, Al i innych metali. Wyniki pokazują, że gdy stężenie kwasu szczawiowego wynosi 1,00 mol·L-1, stosunek ciało stałe-ciecz wynosi 40-45 g·L-1, a rozpuszczalność jest optymalna przy mieszaniu przez 15-20 min w 80°C. Matsuda Guangming z Japonii i in. namoczył materiał elektrody dodatniej, a następnie użył mechanicznej metody łamania, aby go złamać, a następnie zastosował obróbkę cieplną w wysokiej temperaturze pieca muflowego, flotację i inne metody w celu oddzielenia metalu po pęknięciu mechanicznym. Jednak ten sposób charakteryzuje się wysokim zużyciem energii i wysoką temperaturą oraz powoduje powstawanie gazów odlotowych zanieczyszczających środowisko, a otrzymany metal ma wysoką zawartość zanieczyszczeń, co wymaga dalszego oczyszczania w celu uzyskania materiałów metalowych o wysokiej czystości.

1.3.3 Metoda rozpuszczania w kwasie

Metoda ta dotyczy użycia kwasu do rozpuszczenia materiału elektrody dodatniej, a następnie ekstrakcji metalu z roztworu za pomocą organicznego ekstrahenta w celu uzyskania separacji jonów metali i uzyskania cennych metali po obróbce. W temperaturze 80 °C Halliper i in. rozpuszczony tlenek litowo-kobaltowy w materiale katodowym akumulatorów litowo-jonowych w stężeniu odpowiednio 1,5 mol/l i 0,9 mol/l H2SO4 i H2O2. Zhou Tao i in. wykorzystać otrzymany powyżej roztwór jonów kobaltu, ekstrahować miedź za pomocą środka ekstrakcyjnego AcorgaM5640, ekstrahować kobalt za pomocą Cyanex 272, stopień odzysku miedzi osiąga 98%, stopień odzysku kobaltu wynosi 97%, a pozostały lit można wytrącić węglanem sodu. schodzić. Wang i in. zastosowano kwas solny do rozpuszczenia materiału katodowego, PC-88A zastosowano jako ekstrahent do ekstrakcji jonów kobaltu, a po dalszej obróbce otrzymano siarczan kobaltu. Zaletą tej metody jest to, że otrzymany metal ma wysoką czystość. Wadą jest to, że ekstrahent jest drogi, toksyczny, szkodliwy dla organizmu ludzkiego, a proces przetwarzania jest bardziej skomplikowany.

1.3.4 Metoda rozpuszczania elektrochemicznego

W tej metodzie materiał elektrody dodatniej jest używany jako katoda, ołów jest używany jako anoda, a mieszany roztwór kwasu nieorganicznego (kwasu siarkowego lub kwasu solnego) i kwasu cytrynowego lub nadtlenku wodoru jest używany jako elektrolit, a Eksperyment elektrolizy przeprowadza się w celu wytrącenia plazmy kobaltowej, a następnie środek ekstrakcyjny jest używany do ekstrakcji metalu. Chang Wei i in. użyto 0,4 mol/l kwasu siarkowego i 36 g/l kwasu cytrynowego jako elektrolitu i poddano elektrolizie w 25°C przez 120 min, szybkość ługowania kobaltu osiągnęła 90,85%, a szybkość rozpuszczania aluminium wynosiła 5,8%. Lu Xiuyuan[18] przyjął ortogonalną metodę eksperymentu, używając 3 mol/L kwasu siarkowego i 2,4 mol/L nadtlenku wodoru, czas reakcji wyniósł 20 min, a szybkość wymywania kobaltu wyniosła aż 99,6%. Metoda rozpuszczania elektrochemicznego jest stosunkowo prosta i wykonalna, a szybkość ługowania cennych metali jest wysoka, ale zużycie energii podczas procesu elektrolizy jest stosunkowo duże, dlatego nadal konieczne jest dalsze ulepszanie metody elektrochemicznej, aby była odpowiednia dla dużych produkcja na dużą skalę. Podczas procesu elektrolizy zachodzi równanie reakcji elektrolizy:

katoda:
LiCoO2+4H++e-=Li++Co2++2H2O2H++2e=H2(g)

anoda:
2H2O-4e-=O2(g)+4H+

2 Recykling i utylizacja zużytych akumulatorów litowo-jonowych

(1 ) W procesie demontażu i kruszenia zużytych akumulatorów litowo-jonowych efekt separacji nadal nie jest idealny. Dlatego bezpieczny i skuteczny demontaż i rozdrabnianie zużytych akumulatorów litowo-jonowych jest warunkiem koniecznym dla recyklingu zużytych akumulatorów.

(2) Obecnie w procesie badawczym cennych metali w zużytych akumulatorach litowo-jonowych proces odzyskiwania cennych metali opiera się głównie na metodzie mokrej. W tej metodzie wykorzystuje się substancje chemiczne, takie jak kwas i zasady, które wytwarzają szkodliwe gazy odpadowe i płyny odpadowe, co powoduje pewne szkody dla ludzi i środowiska. Dlatego też zanieczyszczenie wtórne w procesie jest również ważnym problemem do rozwiązania.

(3) W procesie odzyskiwania cennych metali ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych większość z nich koncentruje się na odzyskiwaniu cennych metali z materiałów katodowych. Zaniedbać elektrodę ujemną i elektrolit. W szczególności elektrolit składa się głównie z rozpuszczalników organicznych o wysokim stężeniu, soli litu elektrolitu, dodatków i innych surowców. Substancje te są toksyczne i zanieczyszczają środowisko. Dlatego konieczne jest znalezienie alternatyw dla tych materiałów, aby zmniejszyć szkodliwość elektrolitu dla środowiska.

(4) Większość obecnych badań dotyczy głównie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych w zużytych akumulatorach litowo-jonowych, a mniej badań dotyczy akumulatorów niklowo-kobaltowo-manganianowych i litowo-żelazowo-fosforanowych. Dlatego należy poszerzyć zakres badań i rozwinąć proces recyklingu różnych typów baterii litowo-jonowych, tak aby wartościowe metale z różnego rodzaju zużytych baterii litowo-jonowych mogły być efektywnie poddane recyklingowi.

3 Wniosek

Podsumowując, recykling zużytych akumulatorów litowo-jonowych jest wciąż na etapie laboratoryjnym, a proces industrializacji przebiega stosunkowo wolno. W recyklingu i przetwarzaniu zużytych akumulatorów litowo-jonowych nadal istnieją pewne problemy związane z bezpiecznym demontażem, jak poprawić współczynnik odzysku cennych metali w materiałach katodowych przy jednoczesnym uniknięciu wtórnego zanieczyszczenia, jak radzić sobie z elektrolitem w zużytych akumulatorach w zielony sposób i jak skutecznie usprawnić proces recyklingu. korzyści ekonomiczne i lepsze efekty środowiskowe. Dlatego pilnie należy wzmocnić badania nad odzyskiem, przetwarzaniem i utylizacją akumulatorów litowo-jonowych w przyszłości, aby naprawdę zrealizować ekologiczny odzysk i recykling zużytych akumulatorów. "