2)三元锂离子电池及其废旧电池材料的湿法萃取工艺技术是一项具有重要意义的研究领域。通过对废旧电池中有价值
金属元素的回收和再利用,可以实现能源资源的可持续利用和环境保护的目标。在实际应用中,需要不断改进和创新湿法
萃取工艺,以提高回收效率和资源利用率。还需加强废旧电池回收与处理的监管和政策支持,建立完善的循环经济体系。
4、锂离子电池三元正极活性材料介绍
1)镍钴锰酸锂(LiNixCo1-x-yMnyO2,简称NMC)广泛用于锂离子电池三元正极活性材料,其具有高能量密度、高电压、
循环性能好、操作安全的优势,特别适用于新能源汽车动力需求而得到广泛应用,大力推动了新能源汽车的发展。随着新
能源汽车的大力发展,预计2020年后,将有大量的废旧锂离子电池被淘汰(锂离子电池服务期限小于10年),对环境污染及
有价资源的回收将面临新的挑战。
2)锂离子电池正极材料是电池的重要组成,内含大量的有价金属镍、钴、锰、锂;从废旧电池材料中回收这些有价金
属,实现资源化,将产生显著的环境效益和经济效益,意义深远。
3)废旧三元电池正极活性材料中有价金属回收方法主要是湿法冶金,正极活性材料中有价金属氧化物能溶解在酸介质
(如硫酸、硝酸、盐酸和有机酸)中以硫酸和盐酸为主;
(1)硫酸和双氧水混合浸出废旧电池正极活性材料,双氧水的添加是为了将高价镍、钴、锰还原成二价态金属离子。
(2)利用还原性盐酸,能快速还原浸出废旧电池正极活性材料中高价态镍、钴、锰;浸出液中含Co(II)、Mn(II)、Ni(II)
金属离子;浸液中钴、锰、镍的回收主要途径为混合沉淀和溶剂萃取。
(3)混合沉淀回收方法得到氢氧化物混合沉淀;而直接溶剂萃取方法能得到纯的单化合物;溶剂萃取方法以分离流程简短
(不需二次分离)的优势,广泛用于提取分离镍钴锰锂。
A.硫酸介质和盐酸介质浸液性质不同,为实现镍钴锰锂回收分离,提出了不同溶剂萃取回收方法。
B.对于硫酸介质浸出液,已提出采用有机膦类萃取剂如Cyanex272、P507、PC- 88A回收钴,这些方法能实现钴锰镍锂有效
回收和分离,但是体系内萃取剂需皂化预处理,浸出液需调节pH,负载有机相需在酸性条件下反萃,因而硫酸介质浸出液
回收镍钴锰的方法存在处理工艺流程长、药剂消耗量大的缺陷。
C.寻找萃取性能优异的萃取剂,成为简化萃取工艺、降低生产成本的关键:叔胺或季胺盐类萃取剂在盐酸介质浸液中能够
不调节pH、直接萃取并水反萃回收钴锰;离子液体Aliquat 336是一种不溶于水的季胺盐,具备上述特征,广泛用于萃取
回收钴锰研究。
a.Nayl研究发现Aliquat 336能以硫氰酸盐或硫酸盐形式回收硫酸介质浸出液中的钴镍。
b.Zhu等研究发现提高硫酸介质浸出液中的氯离子浓度能促进Aliquat 336萃取回收钴锰。
c.在这些研究基础上,结合过渡金属离子与氯配体形成金属阴离子的特征,在盐酸介质溶液中Aliquat 336能发挥萃取提
钴锰优势。
D.对于盐酸介质浸液,已有研究采用Cyanex 272、PC- 88A在弱酸条件下萃取- 反萃回收钴,这些方法能实现钴镍有效回
收分离,但也需要先调节浸出液pH,负载有机相需酸性条件下反萃,使工艺复杂化。
E.结合Aliquat 336在高氯体系萃取性能优势,重点研究Aliquat 336在废旧三元电池正极活性材料盐酸浸液中回收分离钴
锰镍锂的作用,为萃取回收盐酸介质浸出液中锰钴镍锂提供新方法。
a.实验
a)实验原料:实验用萃取剂Aliquat336、Alamine336,Alamine308和Alamine304由BASF(中国)公司提供。
b)所有实验用萃取剂未经任何预处理。
c)煤油(上海莱雅士)用作有机相稀释剂。
d)有机相由萃取剂、修饰剂和稀释剂组成根据实验需求按比例配制获得。
e)浸出液由NCM424型三元电池正极材料在盐酸介质浸出处理后获得。根据我们在优化条件下得到的浸出料液的成分,配制
了模拟料液(pH0.3,氯离子浓度6.5M),所用的试剂及组成列于表1。
f)实验方法与分析:萃取和反萃单级实验,在恒温振荡器中进行。取10 mL模拟料液置于100 mL六棱瓶中,按设计的相比加入有机相,在振荡频率为300次/min、室温(25 ℃)下萃取20 min。萃取后静止分相,取澄清的水相溶液稀释后用ICP- OES(Perkin Elmer Optima 4300 DV model)测定金属离子的浓度,有机相中的金属浓度通过物料平衡计算,并计算两种金属间分离系数。
*取10 mL去离子水置于100 mL六棱瓶中,按设计的相比加入负载后有机相,在振荡频率为300次/min、室温(25 ℃)下反萃20 min。反萃后静止分相,取澄清的水相溶液稀释后用ICP- OES(Perkin Elmer Optima 4300 DV model)测定金属离子的浓度,有机相中的金属浓度通过物料平衡计算;为了指导连续生产实验,绘制McCabe- Thiele理论级数图用于分析连续萃取级数和反萃级数。萃取- 反萃平衡等温线通过水相与油相不同体积相比混合作用实验获得。
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