1.3 Separación, recuperación y utilización de metales valiosos

La recuperación y utilización de metales valiosos en baterías de iones de litio de desecho es principalmente la recuperación de materiales activos positivos. Los métodos de reciclaje y procesamiento de cátodos incluyen principalmente el método biológico, el método de combustión a alta temperatura, el método de disolución ácida y el método de disolución electroquímica.

1.3.1 Ley biológica

El método biológico utiliza la función metabólica de los microorganismos para convertir los elementos metálicos del electrodo positivo en compuestos solubles y disolverlos selectivamente. Después de obtener la solución de metal, los componentes del material del electrodo positivo se separan mediante ácidos inorgánicos y, finalmente, se realiza la separación y recuperación de metales valiosos. . Jia Zhizhi et al. utilizó ferrooxidanos y tiooxidanos para tratar baterías de iones de litio de desecho. Este método tiene un bajo costo de recuperación y es fácil de lograr a temperatura y presión ambiente. Sin embargo, la desventaja de este método es que la cepa no es fácil de cultivar y la solución de lixiviación es difícil de separar. Zeng et al. utilizó bacterias acidófilas para usar azufre e iones ferrosos como fuentes de energía para metabolizar productos como el ácido sulfúrico y los iones de hierro para disolver elementos metálicos en baterías de iones de litio de desecho. Sin embargo, la coprecipitación de Fe(III) con otros elementos metálicos en un contenido mayor reducirá la solubilidad de los metales, afectará la tasa de crecimiento de las células biológicas y reducirá la tasa de disolución del metal. El método biológico tiene las características de bajo costo, baja contaminación y reutilización, y se ha convertido en una importante dirección de desarrollo de la tecnología de recuperación de metales valiosos de iones de litio residuales. Sin embargo, también tiene problemas por resolver, como la selección y cultivo de cepas microbianas, las condiciones óptimas de lixiviación y el mecanismo de biolixiviación de metales. la coprecipitación de Fe(III) con otros elementos metálicos en un contenido más alto reducirá la solubilidad de los metales, afectará la tasa de crecimiento de las células biológicas y reducirá la tasa de disolución del metal. El método biológico tiene las características de bajo costo, baja contaminación y reutilización, y se ha convertido en una importante dirección de desarrollo de la tecnología de recuperación de metales valiosos de iones de litio residuales. Sin embargo, también tiene problemas por resolver, como la selección y cultivo de cepas microbianas, las condiciones óptimas de lixiviación y el mecanismo de biolixiviación de metales. la coprecipitación de Fe(III) con otros elementos metálicos en un contenido más alto reducirá la solubilidad de los metales, afectará la tasa de crecimiento de las células biológicas y reducirá la tasa de disolución del metal. El método biológico tiene las características de bajo costo, baja contaminación y reutilización, y se ha convertido en una importante dirección de desarrollo de la tecnología de recuperación de metales valiosos de iones de litio residuales. Sin embargo, también tiene problemas por resolver, como la selección y cultivo de cepas microbianas, las condiciones óptimas de lixiviación y el mecanismo de biolixiviación de metales. y se ha convertido en una importante dirección de desarrollo de la tecnología de recuperación de metales valiosos de iones de litio residuales. Sin embargo, también tiene problemas por resolver, como la selección y cultivo de cepas microbianas, las condiciones óptimas de lixiviación y el mecanismo de biolixiviación de metales. y se ha convertido en una importante dirección de desarrollo de la tecnología de recuperación de metales valiosos de iones de litio residuales. Sin embargo, también tiene problemas por resolver, como la selección y cultivo de cepas microbianas, las condiciones óptimas de lixiviación y el mecanismo de biolixiviación de metales.

1.3.2 Método de combustión a alta temperatura

El método de combustión a alta temperatura se refiere a remojar el material del cátodo eliminado en un solvente orgánico y luego quemarlo a alta temperatura para obtener metales valiosos. Sony y Sumitomo Corporation de Japón sumergieron baterías de iones de litio de desecho en ácido oxálico y las incineraron a 1 000 ℃ para eliminar el electrolito y el separador, y se dieron cuenta del agrietamiento de la batería. El material residual después de la incineración se tamizó y se separó magnéticamente. Para separar Fe, Cu, Al y otros metales. Los resultados muestran que cuando la concentración de ácido oxálico es de 1,00 mol·L-1, la relación sólido-líquido es de 40-45 g·L-1, y la solubilidad es óptima bajo agitación durante 15-20 min a 80°C. Matsuda Guangming de Japón et al. empapó el material del electrodo positivo y luego usó el método de rotura mecánica para romperlo, y luego usó el tratamiento térmico de alta temperatura del horno de mufla, la flotación y otros métodos para separar el metal después de la rotura mecánica. Sin embargo, este método tiene un alto consumo de energía y alta temperatura, y producirá gases residuales para contaminar el medio ambiente, y el metal obtenido tiene un alto contenido de impurezas, lo que requiere una mayor purificación para obtener materiales metálicos de alta pureza.

1.3.3 Método de disolución ácida

Este método se refiere al uso de ácido para disolver el material del electrodo positivo y luego extraer el metal en la solución con un extractor orgánico para lograr la separación de iones metálicos y obtener metales valiosos después del tratamiento. A 80 °C, Halliper et al. óxido de cobalto y litio disuelto en el material del cátodo de las baterías de iones de litio a 1,5 mol/L y 0,9 mol/L H2SO4 y H2O2, respectivamente. Zhou Tao et al. utilice la solución de iones de cobalto obtenida anteriormente, extraiga cobre con el agente de extracción AcorgaM5640, extraiga cobalto con Cyanex 272, la tasa de recuperación de cobre alcanza el 98 %, la tasa de recuperación de cobalto es del 97 % y el litio restante se puede precipitar con carbonato de sodio. salga. Wang et al. usó ácido clorhídrico para disolver el material del cátodo, PC-88A se usó como extractante para extraer iones de cobalto, y se obtuvo sulfato de cobalto después del tratamiento posterior. La ventaja de este método es que el metal obtenido es de gran pureza. La desventaja es que el extractante es costoso, tóxico, dañino para el cuerpo humano y el proceso de procesamiento es más complicado.

1.3.4 Método de disolución electroquímica

En este método, el material del electrodo positivo se usa como cátodo, el plomo se usa como ánodo y la solución mixta de ácido inorgánico (ácido sulfúrico o ácido clorhídrico) y ácido cítrico o peróxido de hidrógeno se usa como electrolito, y el El experimento de electrólisis se lleva a cabo para precipitar el plasma de cobalto y luego se usa el agente de extracción para extraer el metal. Chang Wei et al. utilizó 0,4 mol/L de ácido sulfúrico y 36 g/L de ácido cítrico como electrolito, y se electrolizó a 25 °C durante 120 min, la tasa de lixiviación del cobalto alcanzó el 90,85 % y la tasa de disolución del aluminio fue del 5,8 %. Lu Xiuyuan[18] adoptó el método de experimento ortogonal, utilizando 3 mol/L de ácido sulfúrico y 2,4 mol/L de peróxido de hidrógeno, el tiempo de reacción fue de 20 min y la tasa de lixiviación de cobalto llegó al 99,6 %. El método de disolución electroquímica es relativamente simple y factible, y la tasa de lixiviación de metales valiosos es alta, pero el consumo de energía durante el proceso de electrólisis es relativamente grande, por lo que aún es necesario continuar mejorando el método electroquímico para que sea adecuado para grandes -producción a escala. Durante el proceso de electrólisis, la ecuación de reacción de electrólisis que ocurre es:

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

ánodo:
2H2O-4e-=O2(g)+4H+

2 Reciclaje y utilización de baterías de iones de litio usadas

(1 ) En el proceso de desmantelamiento y trituración de baterías de iones de litio de desecho, el efecto de separación aún no es ideal. Por lo tanto, el desmontaje y trituración seguros y efectivos de las baterías de iones de litio de desecho es un requisito previo para el reciclaje de las baterías de desecho.

(2) En la actualidad, en el proceso de investigación de metales valiosos en baterías de iones de litio de desecho, el proceso de recuperación de metales valiosos se basa principalmente en el método húmedo. Este método utiliza sustancias químicas como ácidos y álcalis, que producirán gases residuales nocivos y líquidos residuales, que causarán cierto daño a las personas y al medio ambiente. Por lo tanto, la contaminación secundaria en el proceso también es un problema importante a resolver.

(3) En el proceso de recuperación de metales valiosos de baterías de iones de litio de desecho, la mayoría de ellos se enfocan en la recuperación de metales valiosos en materiales catódicos. Desprecie el electrodo negativo y el electrolito. En particular, el electrolito se compone principalmente de solventes orgánicos de alta concentración, sales de litio de electrolitos, aditivos y otras materias primas. Estas sustancias son tóxicas y contaminan el medio ambiente. Por lo tanto, es necesario encontrar alternativas a estos materiales para reducir el daño del electrolito al medio ambiente.

(4) La mayor parte de la investigación actual es principalmente sobre baterías de fosfato de hierro y litio en baterías de iones de litio de desecho, y hay menos investigación sobre manganato de litio de níquel-cobalto y baterías de fosfato de hierro y litio. Por lo tanto, se debe ampliar el alcance de la investigación y se debe desarrollar el proceso de reciclaje de diferentes tipos de baterías de iones de litio, de modo que los metales valiosos de varios tipos de baterías de iones de litio de desecho se puedan reciclar de manera eficiente.

3 Conclusión

En resumen, el reciclaje de baterías de iones de litio de desecho aún se encuentra en la etapa de laboratorio y el proceso de industrialización es relativamente lento. En el reciclaje y procesamiento de baterías de iones de litio de desecho, todavía existen algunos problemas sobre cómo desmantelar de manera segura, cómo mejorar la tasa de recuperación de metales valiosos en los materiales del cátodo mientras se evita la contaminación secundaria, cómo tratar el electrolito en las baterías de desecho en una forma ecológica y cómo mejorar eficazmente el proceso de reciclaje. beneficios económicos y mejores efectos ambientales. Por lo tanto, es urgente fortalecer la investigación sobre la recuperación, el tratamiento y la utilización de las baterías de iones de litio en el futuro, para lograr realmente la recuperación y el reciclaje ecológicos de las baterías usadas. "