การวิจัยและความก้าวหน้าการกู้คืนโลหะในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Muuzaji wa Kituo cha Umeme kinachobebeka

พลังงานและสิ่งแวดล้อมเป็น 2 ประเด็นสำคัญที่เผชิญในศตวรรษที่ 21 การพัฒนาทรัพยากรและพลังงานใหม่ถือเป็นพื้นฐานและทิศทางของการพัฒนาที่ยั่งยืนของมนุษย์ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากคุณภาพน้ำหนักเบา ปริมาตรเล็ก การคายประจุเอง ไม่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำ ช่วงอุณหภูมิการทำงานกว้าง ชาร์จและคายประจุได้เร็ว อายุการใช้งานยาวนาน ปกป้องสิ่งแวดล้อม และข้อดีอื่นๆ Whittingham เป็นผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นแรกที่ใช้ระบบ Li-TIS ในปีพ.ศ. 2533 และได้พัฒนามาเป็นเวลา 40 ปีนับตั้งแต่ปีพ.ศ. 2533 นับว่ามีความก้าวหน้าอย่างมาก

ตามสถิติ ปริมาณแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรวมในประเทศของฉันในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2560 อยู่ที่ 8.99 พันล้านก้อน โดยมีอัตราการเพิ่มขึ้นสะสมอยู่ที่ 34.6%

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในสาขาพลังงานการบินและอวกาศระดับสากลได้เข้าสู่ขั้นตอนการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรม และบริษัทและหน่วยงานทหารบางแห่งในโลกได้พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอวกาศ เช่น สหรัฐอเมริกา องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) บริษัทแบตเตอรี่ EAGLE-Picher บริษัท SAFT ของฝรั่งเศส และบริษัท JAXA ของญี่ปุ่น เป็นต้น จากการประยุกต์ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างแพร่หลาย ทำให้มีแบตเตอรี่เหลือทิ้งเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ คาดว่าก่อนและหลังปี 2020 แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับยานยนต์โดยสารและรถยนต์ไฮบริดแบบไฟฟ้าล้วน (รวมปลั๊กอิน) เพียงรุ่นเดียวของประเทศฉันจะมีกำลัง 12-77 ล้านตัน

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเรียกว่าแบตเตอรี่สีเขียว แต่ก็ไม่มีธาตุที่เป็นอันตรายเช่น Hg, PB แต่มีวัสดุบวก สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ฯลฯ ซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก และยังทำให้เกิดการสิ้นเปลืองทรัพยากรอีกด้วย ดังนั้น ควรตรวจสอบสถานะกระบวนการของการกู้คืนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียในและต่างประเทศ และสรุปทิศทางการพัฒนากระบวนการกู้คืนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย ซึ่งมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง

ส่วนประกอบที่สำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ได้แก่ ตัวเรือน อิเล็กโทรไลต์ วัสดุขั้วบวก วัสดุขั้วลบ กาว แผ่นทองแดง แผ่นอลูมิเนียม และอื่นๆ ในจำนวนนี้ เศษส่วนมวลของ CO, Li, Ni อยู่ที่ 5% ถึง 15%, 2% ถึง 7%, 0.5% ถึง 2% เช่นเดียวกับธาตุโลหะเช่น Al, Cu, Fe และค่าของส่วนประกอบที่สำคัญ โดยวัสดุของขั้วบวกและขั้วลบมีสัดส่วนประมาณ 33% และ 10% ตามลำดับ และอิเล็กโทรไลต์และไดอะแฟรมมีสัดส่วน 12% และ 30% ตามลำดับ

โลหะที่กู้คืนที่สำคัญในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย ได้แก่ โคบอลต์และลิเธียม ซึ่งเป็นฟิล์มลิเธียมโคบอลต์เข้มข้นที่สำคัญบนวัสดุขั้วบวก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศของฉัน ทรัพยากรโคบอลต์ค่อนข้างยากจน การพัฒนาและการใช้ทำได้ยาก และสัดส่วนมวลของโคบอลต์ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประมาณ 15% ซึ่งมากกว่าเหมืองโคบอลต์ที่เกี่ยวข้องถึง 850 เท่า ปัจจุบันการประยุกต์ใช้ LiCoO2 คือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบมีวัสดุบวก ซึ่งประกอบด้วยลิเธียมโคบอลต์ออร์แกนต์ ลิเธียมเฮกซะฟลูออโรฟอสเฟต คาร์บอเนตอินทรีย์ วัสดุคาร์บอน ทองแดง อลูมิเนียม เป็นต้น

ปริมาณโลหะที่สำคัญแสดงอยู่ในตารางที่ 1 ในปัจจุบัน การใช้กระบวนการแบบเปียกในการบำบัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะได้รับการศึกษาเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ โดยขั้นตอนกระบวนการแสดงอยู่ในรูปที่ 1 ประสบการณ์สำคัญ 3 ขั้นตอน: 1) กดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่กู้คืนมาเพื่อให้คายประจุจนหมด แยกง่ายๆ ฯลฯ

วัสดุอิเล็กโทรดที่ได้หลังจากการบำบัดเบื้องต้นจะถูกละลาย ทำให้โลหะต่างๆ และสารประกอบของมันอยู่ในรูปแบบไอออนในของเหลวสกัด 3) การแยกและการกู้คืนโลหะมีค่าในสารละลายสกัด ขั้นตอนนี้ถือเป็นกุญแจสำคัญของกระบวนการบำบัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย นอกจากนี้ยังเป็นจุดสนใจและความยากลำบากของนักวิจัยมาหลายปีแล้ว ในปัจจุบัน วิธีการแยกและการกู้คืนมีความสำคัญด้วยการสกัดตัวทำละลาย การตกตะกอน การแยกด้วยไฟฟ้า วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน การเติมเกลือ และสาเหตุ 1.

1. ขยะไฟฟ้าก่อนไฟฟ้าที่เหลือซึ่งเป็นส่วนเหลือของแบตเตอรี่ไอออนจะถูกปล่อยออกมาอย่างละเอียดถี่ถ้วนก่อนการประมวลผล มิฉะนั้น พลังงานที่เหลือจะรวมตัวเป็นความร้อนในปริมาณมาก ซึ่งอาจทำให้เกิดผลเสีย เช่น อันตรายด้านความปลอดภัยได้ วิธีการปล่อยประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ การปล่อยประจุทางกายภาพและการปล่อยประจุทางเคมี การระบายทางกายภาพ ได้แก่ การระบายแบบไฟฟ้าลัดวงจร โดยปกติจะใช้ไนโตรเจนเหลวและของเหลวเยือกแข็งชนิดอื่นๆ เพื่อทำการเยือกแข็งที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นจึงกดรูเพื่อระบายแบบบังคับ

ในช่วงแรก Umicore บริษัท Umicore ของสหรัฐอเมริกา TOXCO ใช้ไนโตรเจนเหลวในการคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้ว แต่ใช้วิธีนี้สูงสำหรับอุปกรณ์ ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ การคายประจุทางเคมีอยู่ในสารละลายตัวนำ (ปลดปล่อยพลังงานที่เหลือในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสในสารละลาย NaCl) ในช่วงต้น นานจุนหมินและคณะ ได้นำแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียโมโนเมอร์มาใส่ในภาชนะเหล็กที่มีน้ำและตัวนำอิเล็กตรอน แต่เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมี LiPF6 อยู่ด้วย ปฏิกิริยาจึงสะท้อนออกมาเมื่อสัมผัสกับน้ำ

HF ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและผู้ปฏิบัติงาน จึงจำเป็นต้องแช่น้ำยาอัลคาไลน์ทันทีหลังจากการระบายทิ้ง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซ่งซิ่วหลิง ฯลฯ ความเข้มข้น 2 กรัม/ลิตร เวลาในการคายประจุ 8 ชั่วโมง แรงดันการรวมตัวขั้นสุดท้ายลดลงเหลือ 0

54V ตอบสนองข้อกำหนดการปล่อยประจุที่มีประสิทธิภาพเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในทางตรงกันข้าม ต้นทุนการปล่อยสารเคมีจะต่ำกว่า การดำเนินการก็ง่าย สามารถตอบสนองการใช้งานการปล่อยสารเคมีในปริมาณมากได้ แต่สารอิเล็กโทรไลต์ส่งผลกระทบเชิงลบต่อตัวเรือนและอุปกรณ์ที่เป็นโลหะ 1.

2. กระบวนการแยกและแตกชิ้นส่วนเป็นสิ่งสำคัญในการแยกวัสดุอิเล็กโทรดโดยการบดหลายขั้นตอน การคัดกรอง ฯลฯ โดยการบด การคัดกรอง ฯลฯ หลายขั้นตอน โดยการบด การคัดกรอง ฯลฯ หลายขั้นตอน

เพื่ออำนวยความสะดวกต่อการใช้ไฟในภายหลัง วิธีการ วิธีเปียก เป็นต้น วิธีการแยกเชิงกลเป็นวิธีการบำบัดเบื้องต้นแบบหนึ่งที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งสามารถบรรลุผลสำเร็จได้ง่ายในการบำบัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

SHIN et al. ใช้วิธีบด การคัดกรอง การแยกแม่เหล็ก การบดละเอียด และกระบวนการจำแนกประเภทเพื่อให้ได้การแยก LiCoO2 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการกู้คืนโลหะเป้าหมายสามารถปรับปรุงได้ภายใต้เงื่อนไขที่ดีขึ้น แต่เนื่องจากโครงสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความซับซ้อน จึงยากที่จะแยกส่วนประกอบได้อย่างสมบูรณ์ด้วยวิธีนี้ Li et al.

ใช้กระบวนการแยกทางกลชนิดใหม่ ปรับปรุงประสิทธิภาพการกู้คืน CO ช่วยลดการใช้พลังงานและมลพิษ สำหรับวัสดุอิเล็กโทรดที่แยกออกมานั้น จะถูกชะล้างและคนในอ่างน้ำที่อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส และคนส่วนผสมเป็นเวลา 10 นาที จากนั้นวัสดุอิเล็กโทรดที่ได้ 92% ก็จะถูกแยกออกจากโลหะเหลวในปัจจุบัน ในเวลาเดียวกัน ตัวเก็บกระแสไฟฟ้าสามารถกู้คืนได้ในรูปแบบโลหะ

1.3 กระบวนการอบด้วยความร้อน กระบวนการอบด้วยความร้อนเป็นสิ่งสำคัญในการกำจัดสารอินทรีย์ โทนเนอร์ ฯลฯ

ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย และการแยกวัสดุอิเล็กโทรดและของเหลวในกระแสไฟฟ้า วิธีการอบชุบด้วยความร้อนในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นวิธีการอบชุบด้วยความร้อนแบบธรรมดาที่อุณหภูมิสูง แต่มีปัญหาเรื่องการแยกตัวต่ำ มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ฯลฯ เพื่อปรับปรุงกระบวนการให้ดียิ่งขึ้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จึงมีการวิจัยเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ

SUN et al., การไพโรไลซิสสูญญากาศที่อุณหภูมิสูง วัสดุแบตเตอรี่เสียจะถูกเก็บในเตาสูญญากาศก่อนที่จะบด และอุณหภูมิอยู่ที่ 10 องศาเซลเซียสถึง 600 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 30 นาที และสสารอินทรีย์จะถูกสลายตัวเป็นของเหลวหรือก๊าซโมเลกุลขนาดเล็ก สามารถนำไปใช้แยกวัตถุดิบเคมีได้

ในเวลาเดียวกัน ชั้น LiCoO2 จะหลวมและแยกออกจากแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ได้ง่ายหลังการให้ความร้อน ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับออกไซด์โลหะอนินทรีย์ขั้นสุดท้าย การบำบัดเบื้องต้นของวัสดุบวกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย ผลลัพธ์ปรากฏว่าเมื่อระบบมีค่าน้อยกว่า 1

0 kPa อุณหภูมิปฏิกิริยาคือ 600 ¡ã C เวลาในการเกิดปฏิกิริยาคือ 30 นาที สารยึดเกาะอินทรีย์สามารถถอดออกได้เกือบหมด และสารออกฤทธิ์ที่เป็นอิเล็กโทรดบวกส่วนใหญ่จะถูกแยกออกจากแผ่นอลูมิเนียม โดยแผ่นอลูมิเนียมจะยังคงสภาพเดิม เมื่อเทียบกับเทคนิคการอบชุบด้วยความร้อนแบบเดิม การไพโรไลซิสสูญญากาศที่อุณหภูมิสูงสามารถแยกกู้คืนได้ ทำให้ใช้ทรัพยากรได้อย่างครอบคลุมมากขึ้น ขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้ก๊าซพิษจากวัสดุอินทรีย์สลายตัวจนก่อให้เกิดการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อม แต่อุปกรณ์ก็มีความสูง ซับซ้อน การส่งเสริมการใช้ในอุตสาหกรรมจึงมีข้อจำกัดบางประการ 1.

4. บ่อยครั้งที่ PVDF อยู่บนอิเล็กโทรดละลายของตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้วแรง เพื่อให้วัสดุอิเล็กโทรดบวกแยกออกจากฟอยล์อะลูมิเนียมเหลวในปัจจุบัน Liang Lijun เลือกตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้วหลายชนิดเพื่อละลายวัสดุอิเล็กโทรดบวกที่บด และพบว่าตัวทำละลายที่เหมาะสมที่สุดคือ N-methylpyrrolidone (NMP) และสามารถผลิตสารออกฤทธิ์ของวัสดุอิเล็กโทรดบวก LIFEPO4 และส่วนผสมของคาร์บอนได้ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุด

แยกออกจากแผ่นอลูมิเนียมอย่างสมบูรณ์ Hanisch และคณะใช้วิธีการละลายเพื่อคัดเลือกอิเล็กโทรดอย่างละเอียดหลังการอบด้วยความร้อนและกระบวนการแยกและคัดกรองด้วยแรงดันเชิงกล นำอิเล็กโทรดไปบำบัดที่ 90 องศาเซลเซียส ใน NMP เป็นเวลา 10 ถึง 20 นาที หลังจากทำซ้ำ 6 ครั้ง สารยึดเกาะในวัสดุอิเล็กโทรดจะละลายได้หมด และผลการแยกจะละเอียดถี่ถ้วนมากขึ้น

ความสามารถในการละลายจะถูกเปรียบเทียบกับวิธีการเตรียมการเบื้องต้นอื่นๆ และการดำเนินการก็ง่ายดาย และสามารถปรับปรุงผลการแยกและอัตราการกู้คืนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีแนวโน้มการนำไปใช้ในทางอุตสาหกรรมที่ดีขึ้น ในปัจจุบัน สารยึดเกาะส่วนใหญ่มักใช้กับ NMP ซึ่งดีกว่า แต่เนื่องจากราคาต่ำ ไม่ระเหย มีพิษต่ำ ฯลฯ ในระดับหนึ่ง จึงทำให้มีการนำไปใช้ส่งเสริมทางอุตสาหกรรม

กระบวนการชะล้างด้วยการละลายคือการละลายวัสดุอิเล็กโทรดที่ได้หลังจากการบำบัดเบื้องต้น เพื่อให้ธาตุโลหะในวัสดุอิเล็กโทรดรวมเข้ากับสารละลายในรูปแบบของไอออน จากนั้นจึงแยกอย่างเลือกสรรโดยใช้เทคนิคการแยกต่างๆ และกู้คืนโลหะที่สำคัญ CO, Li et al. วิธีการชะล้างด้วยสารละลาย สิ่งสำคัญ ได้แก่ การชะล้างทางเคมี และการชะล้างทางชีวภาพ 2.

1. การชะล้างทางเคมี วิธีการชะล้างทางเคมีแบบทั่วไปคือการทำให้วัสดุอิเล็กโทรดละลายโดยการแช่กรดหรือแช่ด่าง และสิ่งสำคัญคือต้องรวมวิธีการชะล้างแบบขั้นตอนและวิธีการชะล้างแบบสองขั้นตอนเข้าด้วยกัน วิธีการชะล้างแบบขั้นตอนเดียวโดยปกติจะใช้กรดอนินทรีย์ HCl, HNO3, H2SO4 และอื่นๆ เพื่อละลายวัสดุอิเล็กโทรดโดยตรงกับวัสดุอิเล็กโทรด แต่ด้วยวิธีการดังกล่าวจะมีก๊าซที่เป็นอันตราย เช่น CL2, SO2 ดังนั้นการบำบัดก๊าซไอเสียจึง จากการศึกษาพบว่ามีการเติม H2O2, Na2S2O3 และสารรีดิวซ์อื่นๆ เช่น H2O2, Na2S2O3 ลงในสารชะล้าง ซึ่งสามารถแก้ปัญหานี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ CO3+ ยังละลาย CO2+ ในของเหลวชะล้างได้ง่ายกว่า ทำให้เพิ่มอัตราการชะล้างได้

Pan Xiaoyong และคณะ ใช้ระบบ H2SO4-Na2S2O3 เพื่อแยกวัสดุอิเล็กโทรด แยกและกู้คืน CO และ Li ผลการทดลองพบว่าความเข้มข้นของ H+ เท่ากับ 3 mol/L และความเข้มข้นของ Na2S2O3 เท่ากับ 0.

25 โมล/ลิตร อัตราส่วนของเหลวและของแข็ง 15:1 อัตราการชะล้าง 90 ¡ã C, CO, Li สูงกว่า 97%; Chen Liang และคณะ ชะล้าง H2SO4 + H2O2 สารออกฤทธิ์ ผลการทดลองพบว่าอัตราส่วนของเหลวและของแข็งเท่ากับ 10:1, ความเข้มข้นของ H2SO4 อยู่ที่ 2.5 โมล/ลิตร, เติม H2O2 ลงไป 2.

0 มล. / ก. (ผง) อุณหภูมิ 85 องศาเซลเซียส เวลาในการชะล้าง 120 นาที Co, Ni และ Mn 97% ตามลำดับ 98% และ 96%; Lu Xiuyuan et al. เพื่อสกัดการใช้ระบบตัวแทน H2SO4 + Raised เพื่อสกัดวัสดุอิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีนิกเกิลสูงที่เป็นขยะ (lini0.6CO0.

2Mn0.2O2) ศึกษาสารรีดิวซ์ต่างๆ (H2O2, กลูโคส และ Na2SO3) ที่มีผลต่อการชะล้างโลหะ อิทธิพล.

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด H2O2 จะถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์ และผลการชะล้างของโลหะที่สำคัญจะอยู่ที่ 100%, 96.79%, 98.62% และ 97% ตามลำดับ

ความคิดเห็นโดยรวม การใช้ตัวลดกรดเป็นระบบการชะล้าง ถือเป็นกระบวนการชะล้างกระแสหลักของการบำบัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียในอุตสาหกรรมปัจจุบัน เนื่องจากมีข้อดีคือการแช่กรดโดยตรง อัตราการชะล้างที่สูงกว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เร็วกว่า และอื่นๆ วิธีการชะล้างสองขั้นตอน คือ การชะล้างด้วยด่างหลังการบำบัดเบื้องต้นแบบง่ายๆ เพื่อให้ได้ Al ในรูปแบบ NaAlO2 ในรูปของ NaAlO2 จากนั้นจึงเติมตัวรีดิวซ์ H2O2 หรือ Na2S2O3 เป็นสารละลายชะล้าง จะได้ของเหลวชะล้างที่ปรับค่า pH แล้วทำให้ Al, Fe ตกตะกอนอย่างเลือกสรร และเก็บน้ำแม่ที่ได้ เพื่อดำเนินการชะล้างน้ำแม่ที่ได้และแยกและแยกสารอื่นต่อไป เติ้งเฉาหยง และคณะ

ดำเนินการโดยใช้สารละลาย NaOH 10% และอัตราการชะล้าง Al อยู่ที่ 96.5%, H2SO4 2 โมล/ลิตรและ H2O2 30% เป็นการแช่กรด และอัตราการชะล้าง CO อยู่ที่ 98.8%

หลักการชะล้างมีดังนี้: 2licoo2 + 3H2SO4 + H2O2→Li2SO4 + 2CoSO4 + 4H2O + O2 จะได้จากสารละลายชะล้างที่ได้ โดยผ่านการสกัดหลายขั้นตอน และการกู้คืน CO ขั้นสุดท้ายจะถึง 98% วิธีการนี้ง่าย ใช้งานง่าย มีการกัดกร่อนน้อย มลพิษน้อย 2.

2. กฎหมายการชะล้างทางชีวภาพ จากการพัฒนาเทคโนโลยี เทคโนโลยีไบโอเมตริกซ์จึงมีแนวโน้มการพัฒนาและโอกาสในการใช้งานที่ดีขึ้นเนื่องจากการปกป้องสิ่งแวดล้อมที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำ วิธีการชะล้างทางชีวภาพนั้นอาศัยการออกซิเดชันของแบคทีเรีย ทำให้โลหะเข้าไปอยู่ในสารละลายในรูปของไอออน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยบางกลุ่มได้ศึกษาเกี่ยวกับราคาโลหะที่ใช้วิธีการสกัดทางชีวภาพ

มิชราและคณะ การใช้กรดอนินทรีย์และกรดอิโอซูบริกออกไซด์บาซิลลัสเพื่อชะล้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย โดยใช้ธาตุ S และ Fe2+ เป็นพลังงาน H2SO4 และ FE3+ และเมตาบอไลต์อื่นๆ ในตัวกลางการชะล้าง และใช้เมตาบอไลต์เหล่านี้เพื่อละลายแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเก่า การศึกษาพบว่าอัตราการละลายทางชีวภาพของ CO เร็วกว่า Li

Fe2+ ​​สามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต ส่วน FE3+ และมีโลหะในสารตกค้าง อัตราส่วนของเหลวและของแข็งที่สูงขึ้นคือ

การเจริญเติบโตใหม่ของความเข้มข้นของโลหะสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย แต่ไม่เอื้อต่อการสลายตัวของโลหะáโคฟáอีทีโอเอซี สารอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการประกอบด้วยแร่ธาตุทั้งหมดที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย และอาหารที่มีสารอาหารต่ำจะถูกใช้เป็นพลังงานใน H2SO4 และธาตุ S การศึกษาพบว่าในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารอุดมสมบูรณ์ อัตราการชะล้างทางชีวภาพของ Li และ CO อยู่ที่ 80% และ 67% ตามลำดับ ในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารต่ำ มี Li และ CO เพียง 35% และ 10% เท่านั้น

ละลาย CO 5% เมื่อเปรียบเทียบกับระบบการชะล้างด้วยสารลดกรดแบบดั้งเดิม วิธีการชะล้างทางชีวภาพจะมีข้อได้เปรียบคือต้นทุนต่ำและปกป้องสิ่งแวดล้อมสีเขียว แต่ปริมาณการชะล้างโลหะที่สำคัญ (CO, Li et al.) ค่อนข้างต่ำ และการแปรรูปอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ก็มีข้อจำกัดบางประการ

3.1 วิธีการสกัดตัวทำละลาย วิธีการสกัดตัวทำละลายคือกระบวนการแยกและกู้คืนธาตุโลหะจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียในปัจจุบัน ซึ่งก็คือการสร้างสารเชิงซ้อนที่มีเสถียรภาพกับไอออนเป้าหมายในของเหลวที่ชะล้าง และใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่เหมาะสม แยกเพื่อสกัดโลหะและสารประกอบเป้าหมาย

สารสกัดที่ใช้โดยทั่วไปมีความสำคัญต่อ Cyanex272, Acorgam5640, P507, D2EHPA และ PC-88A เป็นต้น สเวนและคณะ ศึกษาผลของความเข้มข้นของสารสกัด CYANEX272 ต่อ CO, Li

ผลการทดลองพบว่าความเข้มข้น 2.5 ถึง 40 โมล/ม3, CO เพิ่มขึ้นจาก 7.15% เป็น 99

90% และการสกัดของ Li เพิ่มขึ้นจาก 1.36% เป็น 7.8% ความเข้มข้น 40 ถึง 75 โมล / ม. 3 อัตราการสกัด CO พื้นฐาน อัตราการสกัดของ Li จะถูกเพิ่มใหม่เป็น 18% และเมื่อความเข้มข้นสูงกว่า 75 โมล / ม. 3 ปัจจัยการแยกของ CO จะทำให้ความเข้มข้นลดลง ปัจจัยการแยกสูงสุดคือ 15641

ตามวิธีการสองขั้นตอนของ Wu Fang หลังจากสกัดสารสกัดของสารสกัด P204, P507 จะถูกสกัดออกจาก CO, Li จากนั้นจึงย้อนกลับ H2SO4 และสารสกัดที่กู้คืนได้จะถูกเติมลงใน Na2CO3 ที่กู้คืนอย่างเลือกสรร Li2CO3 เมื่อค่า pH อยู่ที่ 5.5 ปัจจัยการแยก CO และ Li จะถึง 1×105 การฟื้นตัวของ CO อยู่เหนือ 99%; kang et al.

จากความเข้มข้น 5% ถึง 20% CO, 5% ~ 7% Li, 5% ~ 10% Ni, สารเคมีอินทรีย์ 5% และไอออนลิเธียมขยะพลาสติก 7% โคบอลต์ซัลเฟตจะถูกนำกลับมาใช้ในแบตเตอรี่ และความเข้มข้นของ CO อยู่ที่ 28 กรัม/ลิตร โดยปรับค่า pH ให้มีไอออนโลหะเจือปนที่ตกตะกอนที่ 6.5 เช่น Cu, Fe และ Al จากนั้นทำการสกัด Co จากเฟสน้ำบริสุทธิ์โดย Cyanex 272 เมื่อ pH <6, the separation factor of CO / Li and CO / Ni is close to 750, and the total recovery of CO is about 92%.

พบว่าความเข้มข้นของสารสกัดมีผลอย่างมากต่ออัตราการสกัด และการแยกโลหะที่สำคัญ (CO และ Li) สามารถทำได้โดยการควบคุมค่า pH ของระบบสกัด บนพื้นฐานนี้ การใช้ระบบการสกัดแบบผสมจะได้รับการบำบัดด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะ ซึ่งสามารถบรรลุการแยกแบบเลือกและการกู้คืนไอออนโลหะที่สำคัญได้ดีขึ้น PRANOLO และคณะ ระบบการสกัดแบบผสมสามารถกู้คืน Co และ Li ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ทิ้งแล้วได้อย่างมีการคัดเลือก

ผลการทดลองพบว่าการเติม ACORGAM 5640 อัตราส่วน 2% เข้ากับ Ionquest801 อัตราส่วน 7% จะทำให้ค่า pH ของการสกัด Cu ลดลง และ Cu, Al, FE จะถูกสกัดเข้าสู่เฟสอินทรีย์โดยค่า pH ของระบบควบคุม จากนั้นจึงทำการแยกด้วย Co, Ni, Li จากนั้นควบคุมค่า pH ของระบบไว้ที่ 5.5 ถึง 6

0 และการสกัดแบบเลือก Co ของการสกัดแบบเลือก CO Ni และ Li ในของเหลวสกัดนั้นไม่สำคัญ Zhang Xinle และคณะ ใช้นำกรดมาใช้ในการแช่-สกัด-ตกตะกอน Co ในแบตเตอรี่ไอออน ผลการทดลองพบว่าการจุ่มกรดอยู่ที่ 3

5 และทำการสกัดสารสกัด P507 และ Cyanex272 ในอัตราส่วนปริมาตร 1:1 ซึ่งจะได้สารสกัด CO อยู่ที่ 95.5% การใช้ H2SO4 แบบรีเวิร์สฟิตติ้งในเวลาต่อมา และการตกตะกอนของ pH ต่อต้านการสกัดใช้เวลา 4 นาที และอัตราการตกตะกอนของ CO สามารถไปถึง 99 ได้

9%. มุมมองโดยรวม วิธีการสกัดตัวทำละลายมีข้อดีคือใช้พลังงานต่ำ มีผลการแยกที่ดี โดยวิธีการแช่กรด-สกัดตัวทำละลายเป็นกระบวนการหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียในปัจจุบัน แต่มีการปรับปรุงสารสกัดและเงื่อนไขการสกัดเพิ่มเติม ซึ่งเป็นจุดเน้นของการวิจัยปัจจุบันในสาขานี้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถรีไซเคิลได้ 3.

2 วิธีการตกตะกอนคือการเตรียมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย หลังจากการละลายแล้ว จะได้สารละลาย CO, Li และสารตกตะกอนจะถูกเติมลงในการตกตะกอน ซึ่งเป็นโลหะเป้าหมายที่สำคัญ ได้แก่ Co, Li เป็นต้น เพื่อให้เกิดการแยกโลหะ

SUN และคณะ เน้นการใช้ H2C2O4 เป็นสารชะล้างในขณะที่เกิดการตกตะกอนของไอออน CO ในสารละลายในรูปแบบของ COC 2O4 จากนั้นจึงเกิดการตกตะกอน Al (OH) 3 และ Li2CO3 โดยการเติมสารตกตะกอน NaOH และ Na2CO3 การแยก : Pan Xiaoyong และคณะ ปรับค่า PH รอบๆ ไว้ที่ 5

0 ซึ่งสามารถกำจัด Cu, Al, Ni ได้ส่วนใหญ่ ภายหลังการสกัดเพิ่มเติมแล้ว 3% H2C2O4 และการตกตะกอนของ Na2CO3 ที่อิ่มตัว COC2O4 และ Li2CO3 การกู้คืน CO จะสูงกว่า 99% อัตราการกู้คืน Li สูงกว่า 98%; Li Jinhui ได้รับการบำบัดล่วงหน้าหลังจากการเตรียมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย โดยขนาดอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 1.43 มม. จะถูกคัดกรองด้วยความเข้มข้น 0.

5 ถึง 1.0 โมล/ลิตร และอัตราส่วนของแข็งต่อของเหลวคือ 15 ถึง 25 กรัม/ลิตร 40 ~ 90 นาที ส่งผลให้เกิดตะกอน COC2O4 และสารละลายการชะล้าง Li2C2O4 อัตราการกู้คืน COC2O4 และ Li2C2O4 ขั้นสุดท้ายเกิน 99%

ปริมาณน้ำฝนมีมากและอัตราการฟื้นตัวของโลหะสำคัญก็สูง ค่า pH ที่ควบคุมสามารถแยกโลหะได้ซึ่งทำได้ง่ายในการผลิตทางอุตสาหกรรม แต่จะถูกรบกวนจากสิ่งเจือปนได้ง่าย ซึ่งมีค่าค่อนข้างต่ำ ดังนั้น กุญแจสำคัญของกระบวนการนี้คือการเลือกตัวแทนการตกตะกอนแบบเลือกสรรและปรับปรุงเงื่อนไขของกระบวนการต่อไป ควบคุมลำดับการตกตะกอนของไอออนโลหะเฉพาะ เพื่อปรับปรุงความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์

3.3. วิธีการอิเล็กโทรไลต์แบบอิเล็กโทรไลต์คือการกู้คืนโลหะวาล์วในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย ซึ่งเป็นวิธีการอิเล็กโทรไลต์ทางเคมีในของเหลวที่ชะล้างวัสดุอิเล็กโทรด เพื่อให้ลดเหลือเป็นชิ้นเดียวหรือตะกอน

ไม่จำเป็นต้องเติมสารอื่น ๆ เข้าไป เพราะจะทำให้ไม่เกิดสิ่งเจือปนได้ง่าย แต่จะได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง แต่ในกรณีที่มีไอออนหลายตัว จะเกิดการสะสมทั้งหมด ทำให้ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ลดลง ในขณะเดียวกันก็ใช้พลังงานไฟฟ้ามากขึ้น มยองและคณะ ของเหลวที่ชะล้างวัสดุบวกจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียสำหรับการบำบัด HNO3 เป็นวัตถุดิบ และโคบอลต์จะถูกนำกลับมาใช้โดยใช้วิธีศักย์คงที่

ในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส O2 จะถูกทำให้ลดลงเหลือ NO3 ซึ่งเป็นปฏิกิริยาการรีดักชัน ความเข้มข้นของ OH จะถูกเติมลงไป และ CO (OH) 2 จะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวของแคโทด Ti และการอบด้วยความร้อนจะได้รับโดย CO3O4 กระบวนการเกิดปฏิกิริยาเคมีมีดังนี้: 2H2O + O2 + 4E→4OHNO3- + H2O + 2E→NO2- + 2OHCO3 ++ E→CO2 + CO2 ++ 2OH- / TI→CO(OH)2 / Ti3CO(OH)2 / Ti+1/2O2→CO3O4 / TI + 3H2OFREITAS ฯลฯ โดยใช้เทคโนโลยีศักยภาพคงที่และศักยภาพไดนามิกเพื่อกู้คืน CO จากวัสดุบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะ

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพการชาร์จของ CO ลดลงเมื่อค่า pH เพิ่มขึ้น pH = 5.40 ศักย์ไฟฟ้า -1.00V ความหนาแน่นของประจุ 10

0c/cm2 ประสิทธิภาพการชาร์จสูงสุด 96.60% กระบวนการเกิดปฏิกิริยาเคมีมีดังนี้: CO2++2OH-→CO (OH) 2 (S) CO (OH) 2 (S) + 2E→CO (S) + 2OH-3.

4. วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน วิธีการแลกเปลี่ยนไอออนคือความแตกต่างในความสามารถในการดูดซับของสารเชิงซ้อนไอออนโลหะต่าง ๆ เช่น Co, Ni ทำให้สามารถแยกและสกัดโลหะได้ เฟิง และคณะ เพิ่มการกู้คืน CO จากของเหลวที่ชะล้างของวัสดุอิเล็กโทรดบวก H2SO4

ศึกษาเกี่ยวกับอัตราการฟื้นฟูโคบอลต์และการแยกสารเจือปนอื่นๆ จากปัจจัยต่างๆ เช่น ค่า pH วงจรการชะล้าง ผลการทดลองพบว่าใช้เรซิน TP207 เพื่อควบคุมค่า pH = 2.5 โดยทำการหมุนเวียนที่ 10

อัตราการกำจัด Cu อยู่ที่ 97.44% และการกู้คืนโคบอลต์อยู่ที่ 90.2%

วิธีนี้มีความเข้มงวดในการคัดเลือกไอออนเป้าหมาย กระบวนการเรียบง่ายและใช้งานง่าย ช่วยสกัดโลหะที่ราคาแปรผันในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะ ซึ่งได้นำเสนอวิธีการใหม่ แต่เนื่องจากมีข้อจำกัดด้านต้นทุนที่สูง จึงสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมได้ 3.5 การเติมเกลือลงในสารละลายเกลือคือการลดค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของของเหลวที่ชะล้างโดยการเติมสารละลายอิ่มตัว (NH4) 2SO4 และตัวทำละลายที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำในสารละลายที่ชะล้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย ซึ่งจะช่วยลดค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของของเหลวที่ชะล้าง และเกลือโคบอลต์จะตกตะกอนจากสารละลาย

วิธีการนี้ง่าย ใช้งานง่าย และมีปริมาณน้อย แต่ภายใต้สภาวะที่มีไอออนโลหะหลายชนิด โดยการตกตะกอนของเกลือโลหะอื่นๆ จะทำให้ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ลดลง จิน ยูเจียน และคณะ ตามทฤษฎีสมัยใหม่ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ผ่านการเติมเกลือ มีการเติมสารละลายน้ำอิ่มตัว (NH4) 2SO4 และเอธานอลไร้น้ำจากของเหลวที่ชะล้าง HCl จาก LiiCoO2 เพื่อเป็นอิเล็กโทรดบวก และเมื่อสารละลาย สารละลายน้ำอิ่มตัว (NH4) 2SO4 และเอธานอลไร้น้ำมีอัตราส่วน 2:1:3 อัตราการตกตะกอน CO2 + มากกว่า 92%

ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านกระบวนการเค็มที่ได้คือ (NH4) 2CO (SO4) 2 และ (NH4) Al (SO4) 2 ซึ่งใช้เกลือแบบแบ่งส่วนเพื่อแยกเกลือทั้งสองออกจากกัน ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน เกี่ยวกับการสกัดและแยกโลหะมีค่าในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะ วิธีข้างต้นเป็นเพียงบางส่วนที่สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ เมื่อพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณการประมวลผล ต้นทุนการดำเนินการ ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ และมลพิษรอง ตารางที่ 2 สรุปวิธีการทางเทคนิคในการเปรียบเทียบการแยกโลหะหลายๆ ประเภทที่อธิบายไว้ข้างต้น

ในปัจจุบัน การประยุกต์ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในการใช้พลังงานไฟฟ้าและด้านอื่นๆ มีความกว้างขวางมากขึ้น และไม่สามารถประเมินจำนวนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะต่ำเกินไปได้ ในขั้นตอนนี้ กระบวนการกู้คืนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ปราศจากขยะถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบำบัดเบื้องต้น - การรีไซเคิลแบบเปียก การบำบัดแบบแรกได้แก่ การระบาย การบด และการแยกวัสดุอิเล็กโทรด เป็นต้น

ในจำนวนนี้ วิธีการละลายนั้นง่าย และสามารถปรับปรุงผลการแยกและอัตราการกู้คืนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ตัวทำละลายสำคัญที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน (NMP) มีราคาแพงในระดับหนึ่ง ดังนั้น การใช้ตัวทำละลายที่เหมาะสมกว่าจึงคุ้มค่าต่อการศึกษาวิจัยในสาขานี้ ทิศทางหนึ่ง กระบวนการชะล้างมีความสำคัญโดยมีตัวรีดิวซ์กรดเป็นตัวชะล้าง ซึ่งสามารถให้ผลการชะล้างที่ต้องการได้ แต่จะมีมลพิษทางรอง เช่น ของเหลวเสียที่เป็นอนินทรีย์ และวิธีการชะล้างทางชีวภาพมีข้อได้เปรียบคือมีประสิทธิภาพ ปกป้องสิ่งแวดล้อม และมีต้นทุนต่ำ แต่ก็มีโลหะที่สำคัญ

อัตราการชะล้างค่อนข้างสูง และการเพิ่มประสิทธิภาพของการเลือกแบคทีเรียและการเพิ่มประสิทธิภาพของเงื่อนไขการชะล้างสามารถเพิ่มอัตราการชะล้างได้ ซึ่งเป็นหนึ่งในทิศทางการวิจัยของกระบวนการชะล้างในอนาคต โลหะวาเลนไทน์ในสารละลายการกู้คืนแบบเปียกเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการกู้คืนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะ และประเด็นสำคัญและความยากลำบากในการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และวิธีการที่สำคัญ ได้แก่ การสกัดตัวทำละลาย การตกตะกอน การแยกด้วยไฟฟ้า วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน การวิเคราะห์เกลือ รอ ในปัจจุบัน วิธีการสกัดด้วยตัวทำละลายถูกนำมาใช้ในหลายๆ วิธี ซึ่งก่อให้เกิดมลพิษน้อย ใช้พลังานน้อย ให้ผลการแยกสูงและบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ อีกทั้งมีการเลือกใช้และพัฒนาสารสกัดที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานได้อย่างมีประสิทธิผล และการสำรวจเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานร่วมกันของสารสกัดต่างๆ อาจเป็นแนวทางหนึ่งที่สาขานี้มุ่งเน้น

นอกจากนี้ วิธีการตกตะกอนยังถือเป็นกุญแจสำคัญในการวิจัยอีกทิศทางหนึ่งเนื่องจากมีข้อได้เปรียบคืออัตราการฟื้นตัวสูง ต้นทุนต่ำ และการประมวลผลสูง ในปัจจุบัน ปัญหาสำคัญในการมีอยู่ของวิธีการตกตะกอนนั้นค่อนข้างต่ำ ดังนั้น เมื่อพิจารณาถึงการคัดเลือกและเงื่อนไขกระบวนการของการตกตะกอน วิธีการดังกล่าวจะควบคุมลำดับของการตกตะกอนไอออนโลหะที่มีค่าเฉพาะ ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้นและมีแนวโน้มการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมที่ดีขึ้น ในเวลาเดียวกัน ในกระบวนการบำบัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะ ไม่สามารถป้องกันมลพิษรอง เช่น ของเหลวเสียหรือสารตกค้างเสียได้ และลดอันตรายจากมลพิษรองลงได้ ในขณะที่ใช้ทรัพยากรเพื่อผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะ

เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำ