「电子产品回收利润」,三元锂离子电池正极材料浸出回收工艺进展

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「电子产品回收利润」,三元锂离子电池正极材料浸出回收工艺进展

「电子产品回收利润」,三元锂离子电池正极材料浸出回收工艺进展
第28卷第6期中国环境管理干部学院学报。28。6
三元锂离子电池正极材料浸出回收工艺进展
董仲珍1,冯强2,李本盛3*
1。日照市机动车排气监测中心,山东日照;2。日照市环境监测站,山东日照;
3。江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州
摘要:对从锂离子电池阴极材料中浸出回收有价金属的研究进行综述。从浸出试剂、浸出条件及机理方面分析了酸浸法、氨浸法和生物浸出等浸出方法对废旧锂离子电池阴极材回收废旧电子产品的价格料中金属的浸出效果。在还原剂存在条件下,无机酸能高效浸出阴极材料中有价金属;氨浸能选择性浸出金属。总结了各分离纯化工艺的优缺点,萃取能专一性地回收目标金属,沉淀法因工艺简单而广泛应用。综上,只有充分考虑各工艺优缺点,才能实现废旧锂离子电池的无害化回收。
1,2,3*
浸出是湿法冶金工艺中至关重要的一步,受到了学者的广泛关注。本研究参考了大量文献,总结了浸出回收工艺的研究进程,对常用分离纯化技术的优缺点进行分析。
1废旧锂离子电池浸出回收工艺
2+和2+,从而提高其浸出效率。
1.1无机酸浸出
无机酸具有来源广、成本低等优势,广泛用于废旧有价金属浸出。常用的无机酸包括
、24、3。浸出机理如下式:
102/51/22/52+4010+
42+22+42+52+
2021121/31/31/32+1824624+
44+44+4+「电子产品回收利润」182
+322陆修远等[8]通过正交实验证明了该实验条件下24适宜浓度为2/。等[9]用1/24加1%22作为浸出剂,、、和浸出率达到99.7%以上。[10]用1/的3和22在75℃处理2阴极,在没有22的情况下,和的浸出效率分别仅为75%和40%;当22含量为1.7%时,和的浸出率超过99%。é等[11]以锂镍钴铂氧化物阴极为材料,4/,浸出18,阴极材料中的有价值金属几乎100%浸出。当选择作为浸出剂而不添加其他还原剂时,氯离子促进了金属溶解而提高了浸出效率。该过程主要反应如下[12]:
22+8→2+22+42+23
1.2有机酸浸出
有机酸浸出具有时间短、温度低、可以避免部分不利的环境影响等特点,近年来受到众多学者
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关注。柠檬酸、乳酸、苹果酸、天冬氨酸,和酒石酸等可用作回收的浸出剂,为了提高浸出效率,常使用221%~6%作还原剂。等[13]在柠檬酸/22系统中,还原剂用量0.6/,70℃下浸出80,和浸出率达到约98%和99%。等[14]通过乳酸浸出1/31/31/32基有价金属,乳酸浓度为1.5/,22浓度为0.5%,反应20时、、和的浸出效率分别达到97.7%,98.2%,98.9%和98.4%。对于单元的2电池在加入或者不加还原剂的条件下,各种有机酸均能有效地浸出目标金属和。但是对于多元的1/31/31/32基电池,有机酸在浸出目标金属的同时,非目标金属、、也进入浸出液,同样带来了分离纯化难的问题。
1.3氨浸出
氨浸在目标金属、、和非目标金属、、和之间具有选择性浸出的特性引起了人们的极大关注。鉴于-图,氨浸出在热力学上对于过渡金属如和是可行的,其具有与氨的高络合能力。其反应方程如下:
2++3圮32+
2++3圮32+
94.57%。等[18]在最优条件下,89.8%、
95.3%、80.7%浸出的同时只有4.3%被浸出。氨作为选择性浸出剂可蒸发回收再利用,从而降低成本,是浸出回收工业化的潜在浸出剂。
1.4生物冶金
生物冶金工艺「电子产品回收利润」成本低,设备要求低,在生物冶金过程中,微生物活动产生的无机和有机酸促进了废中金属的浸出。等[19]引入了和氧化细菌,嗜酸氧化亚银硫杆菌,用于从废中浸出和,发现的浸出速率快于,但在优化条件下和的浸出率仍然较低。等[20]使用不同能源的硫氧化和银氧化细菌的混合培养物研究了废的生物浸出机制,发现释放是由于酸溶解,与能源类型无关;然而,的浸出机制根据能源的类型而不同:在系统中,酸溶解作为的浸出机理;在2或2+体系中,的浸出受酸溶解和
2+及催化还原共同作用的影响。
与酸浸和氨浸相比,生物冶金工艺的浸出动力学更为缓慢。为了提高生物浸出过程中的金属溶解速率,等[21]提出了一种金催化浸出工艺从废中回收和,当2+浓度为0.75/时,浸出6,的浸出率为99%。然而,在没有2+的情况下,10内的浸出率仅为43.1%。生物冶金工艺具有成本效益、操作简便、反应条件温和的优点。它的缺点是用于浸出的细菌难以培养驯化,浸出时间长,浸出效率低。
2锂电池浸出金属分离纯化技术
锂电池浸出液包含多种金属,需通过适宜的方法才能纯化并循环利用。纯化可分为分离纯化和合成纯化:分离纯化通过萃取、沉淀电子产品回收利润、吸附、电化学等技术手段将各个金属逐一分离;合成纯化则是将金属混合物再次合成某一种物质,从而实现多种金属同时回收,避免了金属分离。
2.1萃取分离纯化
萃取是根据某一物质在两相介质中溶解性不同来达到分离纯化的目的,从浸出液中提取有价金属。常用的萃取剂有磷酸三丁酯、2-羟基-5-壬基苯甲醛肟和三辛胺等。根据浸出液中金属种类和含量的不同,常使用一种或者多种萃取剂联用。等[22]用邻苯二甲酸二辛酯和磷酸三丁酯协同体系萃取锂,锂萃取率达到了99.5%。等[23]以二2,4,4-三甲基戊基次磷酸为萃取剂,锂电池浸出液中99.9%的可被萃取分离。然而,萃取分离需要使用大量有机试剂,会对环境造成一定污染,且萃取剂的价格较高,阻碍了其在金属回收方面的运用。
2.2沉淀分离纯化
沉淀法因其成本低。操作「电子产品回收利润」简便而广泛用于液体中金属离子分离回收,常用的沉淀剂有碱性钠盐氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠等、铵盐氯化铵、草酸铵、碳酸氢铵,以及草酸、磷酸、高锰酸钾、硫酸盐、硫化物和试剂[24]等。值是影响金属离子沉淀的重要因素,某一值时金属具有相似的化学形态,容易造成共沉淀现象,造成目标金属分离困难和金属损失,所以在具体操作时,应谨慎选择沉淀剂。
2.3吸附分离纯化
具有尖晶石结构的锰基锂分子筛、钛基锂分子筛常用来从浸出液和盐湖卤水中提取锂。两种分子筛因其特殊的孔隙结构和对锂离子的记忆效应,对锂离子具有选择吸附性。但锰基锂分子筛由于其晶体结构比较松散,在使用过程中容易溶解,从而造成吸附剂损失。等[25]通过溶胶-凝胶法制备钛基锂分子筛,锂的吸附率达到78.9%,而分子筛损失率只有0.07%。等[26]以银掺杂的锂离子筛为吸附剂吸附24,最大吸附率达到53.3/。虽然分子筛能够选择性分电子产品回收的价值离回收锂,但其制备过程繁琐,能耗高,且需要使用大量盐酸处理分子筛前体,会产生大量酸性废水,不利于环境保护。
除上述方法外,湿法冶金工艺还可通过电化学沉积法、离子交换法、盐析法等分离提纯金属。考虑金属离子的特性及分离工艺的优缺点,选择合适的分离方法,可实现废旧锂离子电池有价金属的高效回收。
3结论与展望
通过对废旧中有价金属各种浸出工艺的分析可知,无机酸具有浸出效率高、成本低等优点,但使用过程中易产生大量不利于人体健康和环境保护的废气、废水。有机酸浸出效率优良,环保安全,但生产成本高,难以工业化运用。氨浸能选择性浸出目标金属,氨水能蒸发回收二次使用,大大降低了成本。然而氨沸点低,使用过程易挥发,浸出时对设备密封性有一定要求。此外,生物冶金工艺成本低,设备要求低,环境友好,但较低的反应动力学,适宜菌种筛选困难,驯化周期长,阻碍了该工艺的运用。
目前废旧锂电池浸出液中有价金属分离纯化工艺各有其优缺点,萃取能高效地得到目标金属,但高昂有机试剂的使用不利于环境保护和人体健康。沉淀的关键「电子产品回收利润」在于选择适合的沉淀剂,氢氧化钠仍然是最佳选择。电解过程因为不引入其他杂质而得到很纯的钴化合物,但会消耗大量电能,从而阻碍了其应用。
各种浸出工艺一定程度上促进了废旧的回收,缓解了环境压力,但基于各自的优缺点和研究现状,一些不足的方面仍然值得探究。
1废旧电极含有多种金属,能否根据各金属物化性质找到专一性的、高效的、低成本、无害化的浸出剂,在解决多金属浸出液难以分离纯电子产品回收电话化的问题的同时,有利于环境保护。
2生物冶金用于矿物冶炼方面研究较多,而用于废旧回收方面较少。根据所含金属性质筛选出高效、易培养、驯化周期短的菌种是此工艺工业化运用的关键。
3目前对浸出工艺研究较多,应加强对各浸出过程机理研究,找到反应的控制步骤,从而加速反应进程,降低成本。且目前主要研究如何直接浸出电极材料中的金属,而电极材料中还包含大量的石墨和电解质,是否可以先回收石墨和电解质,使有价金属富集再浸出,提高浸出效率,是今后研究的新方向。

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