1.3 Separação, Recuperação e Utilização de Metais Valiosos

A recuperação e utilização de metais valiosos em baterias de íon-lítio usadas é principalmente a recuperação de materiais ativos positivos. Os métodos de reciclagem e processamento de cátodos incluem principalmente o método biológico, o método de combustão de alta temperatura, o método de dissolução ácida e o método de dissolução eletroquímica.

1.3.1 Lei Biológica

O método biológico usa a função metabólica dos microrganismos para converter os elementos metálicos do eletrodo positivo em compostos solúveis e dissolvê-los seletivamente. Após a obtenção da solução metálica, os componentes do material do eletrodo positivo são separados por ácidos inorgânicos e, finalmente, é realizada a separação e recuperação de metais valiosos. . Jia Zhizhi et ai. usaram ferrooxidans e thiooxidans para tratar resíduos de baterias de íon-lítio. Este método tem baixo custo de recuperação e é fácil de alcançar à temperatura e pressão ambiente. No entanto, a desvantagem deste método é que a cepa não é fácil de cultivar e a solução de lixiviação é difícil de separar. Zeng et ai. usaram bactérias acidófilas para usar enxofre e íons ferrosos como fontes de energia para metabolizar produtos como ácido sulfúrico e íons de ferro para dissolver elementos metálicos em baterias de íons de lítio residuais. No entanto, a co-precipitação de Fe(III) com outros elementos metálicos em maior teor reduzirá a solubilidade dos metais, afetará a taxa de crescimento das células biológicas e reduzirá a taxa de dissolução do metal. O método biológico tem as características de baixo custo, baixa poluição e reutilização, e tornou-se uma importante direção de desenvolvimento da tecnologia de recuperação de resíduos de metais valiosos de íons de lítio. No entanto, também tem problemas a serem resolvidos, como a seleção e cultivo de cepas microbianas, as condições ideais de lixiviação e o mecanismo de biolixiviação de metais. a co-precipitação de Fe(III) com outros elementos metálicos em um teor mais alto reduzirá a solubilidade dos metais, afetará a taxa de crescimento das células biológicas e reduzirá a taxa de dissolução do metal. O método biológico tem as características de baixo custo, baixa poluição e reutilização, e tornou-se uma importante direção de desenvolvimento da tecnologia de recuperação de resíduos de metais valiosos de íons de lítio. No entanto, também tem problemas a serem resolvidos, como a seleção e cultivo de cepas microbianas, as condições ideais de lixiviação e o mecanismo de biolixiviação de metais. a co-precipitação de Fe(III) com outros elementos metálicos em um teor mais alto reduzirá a solubilidade dos metais, afetará a taxa de crescimento das células biológicas e reduzirá a taxa de dissolução do metal. O método biológico tem as características de baixo custo, baixa poluição e reutilização, e tornou-se uma importante direção de desenvolvimento da tecnologia de recuperação de resíduos de metais valiosos de íons de lítio. No entanto, também tem problemas a serem resolvidos, como a seleção e cultivo de cepas microbianas, as condições ideais de lixiviação e o mecanismo de biolixiviação de metais. e tornou-se uma importante direção de desenvolvimento da tecnologia de recuperação de resíduos de metais valiosos de íons de lítio. No entanto, também tem problemas a serem resolvidos, como a seleção e cultivo de cepas microbianas, as condições ideais de lixiviação e o mecanismo de biolixiviação de metais. e tornou-se uma importante direção de desenvolvimento da tecnologia de recuperação de resíduos de metais valiosos de íons de lítio. No entanto, também tem problemas a serem resolvidos, como a seleção e cultivo de cepas microbianas, as condições ideais de lixiviação e o mecanismo de biolixiviação de metais.

1.3.2 Método de combustão de alta temperatura

O método de combustão de alta temperatura refere-se à imersão do material catódico removido em um solvente orgânico e, em seguida, queimá-lo em alta temperatura para obter metais valiosos. A Sony do Japão e a Sumitomo Corporation imergiram baterias de íon de lítio em ácido oxálico e as incineraram a 1.000 ℃ para remover o eletrólito e o separador, e perceberam o craqueamento da bateria. O material residual após a incineração foi peneirado e separado magneticamente. Para separar Fe, Cu, Al e outros metais. Os resultados mostram que quando a concentração de ácido oxálico é de 1,00 mol·L-1, a razão sólido-líquido é de 40-45 g·L-1, e a solubilidade é ótima sob agitação por 15-20 min a 80°C. Matsuda Guangming do Japão et al. embebeu o material do eletrodo positivo e, em seguida, usou o método de quebra mecânica para quebrá-lo, e então usou o tratamento térmico de alta temperatura do forno mufla, flotação e outros métodos para separar o metal após a quebra mecânica. No entanto, este método tem alto consumo de energia e alta temperatura, e produzirá gases residuais para poluir o meio ambiente, e o metal obtido possui um alto teor de impurezas, o que requer purificação adicional para obter materiais metálicos de alta pureza.

1.3.3 Método de dissolução ácida

Este método refere-se ao uso de ácido para dissolver o material do eletrodo positivo e, em seguida, extrair o metal na solução com um extrator orgânico para obter a separação de íons metálicos e obter metais valiosos após o tratamento. A 80°C, Halliper et al. óxido de lítio-cobalto dissolvido no material catódico de baterias de íon-lítio a 1,5 mol/L e 0,9 mol/L H2SO4 e H2O2, respectivamente. Zhou Tao et ai. utilize a solução de íon cobalto obtida acima, extraia cobre usando o agente de extração AcorgaM5640, extraia cobalto usando Cyanex 272, a taxa de recuperação de cobre atinge 98%, a taxa de recuperação de cobalto é 97% e o lítio restante pode ser precipitado com carbonato de sódio. sair. Wang et ai. usou ácido clorídrico para dissolver o material catódico, PC-88A foi usado como extrator para extrair íons de cobalto, e sulfato de cobalto foi obtido após tratamento subsequente. A vantagem deste método é que o metal obtido é de alta pureza. A desvantagem é que o extrator é caro, tóxico, prejudicial ao corpo humano e o processo de processamento é mais complicado.

1.3.4 Método de dissolução eletroquímica

Neste método, o material do eletrodo positivo é usado como cátodo, o chumbo é usado como ânodo e a solução mista de ácido inorgânico (ácido sulfúrico ou ácido clorídrico) e ácido cítrico ou peróxido de hidrogênio é usada como eletrólito, e o O experimento de eletrólise é realizado para precipitar o plasma de cobalto e, em seguida, o agente de extração é usado para extrair o metal. Chang Wei et ai. usaram ácido sulfúrico 0,4 mol/L e ácido cítrico 36 g/L como eletrólito, e eletrolisado a 25 °C por 120 min, a taxa de lixiviação do cobalto atingiu 90,85% e a taxa de dissolução do alumínio foi de 5,8%. Lu Xiuyuan[18] adotou o método de experimento ortogonal, usando ácido sulfúrico 3 mol/L e peróxido de hidrogênio 2,4 mol/L, o tempo de reação foi de 20 min e a taxa de lixiviação de cobalto foi de 99,6%. O método de dissolução eletroquímica é relativamente simples e viável, e a taxa de lixiviação de metais valiosos é alta, mas o consumo de energia durante o processo de eletrólise é relativamente grande, por isso ainda é necessário continuar a melhorar o método eletroquímico para torná-lo adequado para grandes -produção em escala. Durante o processo de eletrólise, a equação da reação de eletrólise que ocorre é:

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

ânodo:
2H2O-4e-=O2(g)+4H+

2 Reciclagem e utilização de resíduos de baterias de íons de lítio

(1 ) No processo de desmontagem e trituração de baterias de íons de lítio, o efeito de separação ainda não é o ideal. Portanto, a desmontagem e trituração segura e eficaz de baterias de íon de lítio usadas é um pré-requisito para a reciclagem de baterias usadas.

(2) Atualmente, no processo de pesquisa de metais valiosos em baterias de íon-lítio usadas, o processo de recuperação de metais valiosos baseia-se principalmente no método úmido. Este método usa substâncias químicas como ácidos e álcalis, que produzirão gases residuais prejudiciais e líquidos residuais, que causarão certos danos às pessoas e ao meio ambiente. Portanto, a poluição secundária no processo também é um problema importante a ser resolvido.

(3) No processo de recuperação de metais valiosos de baterias de íon-lítio usadas, a maioria deles se concentra na recuperação de metais valiosos em materiais catódicos. Despreze o eletrodo negativo e o eletrólito. Em particular, o eletrólito é composto principalmente de solventes orgânicos de alta concentração, sais de lítio eletrolítico, aditivos e outras matérias-primas. Essas substâncias são tóxicas e poluem o meio ambiente. Portanto, é necessário encontrar alternativas a esses materiais para reduzir os danos do eletrólito ao meio ambiente.

(4) A maior parte da pesquisa atual é principalmente sobre baterias de fosfato de ferro-lítio em baterias de íon-lítio residuais, e há menos pesquisas sobre manganato de lítio-cobalto-lítio e baterias de fosfato de ferro-lítio. Portanto, o escopo da pesquisa deve ser expandido e o processo de reciclagem de diferentes tipos de baterias de íon-lítio deve ser desenvolvido, para que os metais valiosos de vários tipos de baterias de íon-lítio possam ser reciclados com eficiência.

3 Conclusão

Em resumo, a reciclagem dos resíduos de baterias de íons de lítio ainda está em fase laboratorial, e o processo de industrialização é relativamente lento. Na reciclagem e processamento de resíduos de baterias de íon-lítio, ainda existem alguns problemas em como desmontar com segurança, como melhorar a taxa de recuperação de metais valiosos em materiais catódicos, evitando a poluição secundária, como lidar com o eletrólito em baterias usadas em uma maneira verde e como melhorar efetivamente o processo de reciclagem. benefícios económicos e melhores efeitos ambientais. Portanto, é urgente fortalecer a pesquisa sobre a recuperação, tratamento e utilização de baterias de íon-lítio no futuro, de modo a realmente realizar a recuperação verde e a reciclagem de baterias usadas. "