1.3 Tách, thu hồi và sử dụng các kim loại có giá trị

Việc thu hồi và sử dụng các kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải chủ yếu là thu hồi các vật liệu hoạt động tích cực. Các phương pháp tái chế và xử lý catốt chủ yếu bao gồm phương pháp sinh học, phương pháp đốt ở nhiệt độ cao, phương pháp hòa tan bằng axit và phương pháp điện hóa.

1.3.1 Quy luật sinh học

Phương pháp sinh học sử dụng chức năng trao đổi chất của vi sinh vật để chuyển các nguyên tố kim loại ở điện cực dương thành các hợp chất hòa tan và phân giải có chọn lọc ra ngoài. Sau khi thu được dung dịch kim loại, các thành phần của vật liệu điện cực dương được tách ra bằng axit vô cơ, cuối cùng là sự phân tách và thu hồi kim loại có giá trị. . Jia Zhizhi và cộng sự. đã sử dụng ferrooxidans và thiooxidans để xử lý pin lithium-ion thải. Phương pháp này có chi phí thu hồi thấp và dễ đạt được ở nhiệt độ và áp suất phòng. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chủng không dễ nuôi cấy và dung dịch rửa trôi khó tách ra. Zeng và cộng sự. đã sử dụng vi khuẩn ưa axit để sử dụng lưu huỳnh và các ion sắt làm nguồn năng lượng để chuyển hóa các sản phẩm như axit sulfuric và các ion sắt để hòa tan các nguyên tố kim loại trong pin lithium-ion thải. Tuy nhiên, sự đồng kết tủa của Fe (III) với các nguyên tố kim loại khác ở hàm lượng cao hơn sẽ làm giảm khả năng hòa tan của kim loại, ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của tế bào sinh vật, giảm tốc độ hòa tan kim loại. Phương pháp sinh học có đặc điểm là chi phí thấp, ít ô nhiễm và khả năng tái sử dụng, đã trở thành một hướng phát triển quan trọng của công nghệ thu hồi các kim loại có giá trị ion liti. Tuy nhiên, nó cũng có những vấn đề cần giải quyết, chẳng hạn như việc lựa chọn và nuôi cấy các chủng vi sinh vật, các điều kiện rửa trôi tối ưu và cơ chế tẩy rửa sinh học của kim loại. sự đồng kết tủa của Fe (III) với các nguyên tố kim loại khác ở hàm lượng cao hơn sẽ làm giảm khả năng hòa tan của kim loại, ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của tế bào sinh vật, giảm tốc độ hòa tan kim loại. Phương pháp sinh học có đặc điểm là chi phí thấp, ít ô nhiễm và khả năng tái sử dụng, đã trở thành một hướng phát triển quan trọng của công nghệ thu hồi các kim loại có giá trị ion liti. Tuy nhiên, nó cũng có những vấn đề cần giải quyết, chẳng hạn như việc lựa chọn và nuôi cấy các chủng vi sinh vật, các điều kiện rửa trôi tối ưu và cơ chế tẩy rửa sinh học của kim loại. sự đồng kết tủa của Fe (III) với các nguyên tố kim loại khác ở hàm lượng cao hơn sẽ làm giảm khả năng hòa tan của kim loại, ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của tế bào sinh vật, giảm tốc độ hòa tan kim loại. Phương pháp sinh học có đặc điểm là chi phí thấp, ít ô nhiễm và khả năng tái sử dụng, đã trở thành một hướng phát triển quan trọng của công nghệ thu hồi các kim loại có giá trị ion liti. Tuy nhiên, nó cũng có những vấn đề cần giải quyết, chẳng hạn như việc lựa chọn và nuôi cấy các chủng vi sinh vật, các điều kiện rửa trôi tối ưu và cơ chế tẩy rửa sinh học của kim loại. và đã trở thành một hướng phát triển quan trọng của công nghệ thu hồi chất thải các kim loại có giá trị ion lithium. Tuy nhiên, nó cũng có những vấn đề cần giải quyết, chẳng hạn như việc lựa chọn và nuôi cấy các chủng vi sinh vật, các điều kiện rửa trôi tối ưu và cơ chế tẩy rửa sinh học của kim loại. và đã trở thành một hướng phát triển quan trọng của công nghệ thu hồi phế thải các kim loại có giá trị ion lithium. Tuy nhiên, nó cũng có những vấn đề cần giải quyết, chẳng hạn như việc lựa chọn và nuôi cấy các chủng vi sinh vật, các điều kiện rửa trôi tối ưu và cơ chế tẩy rửa sinh học của kim loại.

1.3.2 Phương pháp đốt nhiệt độ cao

Phương pháp đốt ở nhiệt độ cao đề cập đến việc ngâm vật liệu catốt đã loại bỏ trong dung môi hữu cơ, sau đó đốt ở nhiệt độ cao để thu được các kim loại có giá trị. Tập đoàn Sony và Sumitomo của Nhật Bản đã nhúng pin lithium-ion thải vào axit oxalic và đốt chúng ở 1000 ℃ để loại bỏ chất điện phân và bộ phân tách, đồng thời nhận ra rằng pin bị nứt. Vật liệu còn lại sau khi đốt được sàng lọc và tách từ tính. Để tách Fe, Cu, Al và các kim loại khác. Kết quả cho thấy khi nồng độ axit oxalic là 1,00 mol·L-1, tỷ lệ rắn-lỏng là 40-45 g · L-1, và độ hòa tan là tối ưu khi khuấy trong 15-20 phút ở 80 ° C. Matsuda Guangming của Nhật Bản và cộng sự. ngâm vật liệu điện cực dương và sau đó sử dụng phương pháp phá vỡ cơ học để phá vỡ nó, và sau đó sử dụng xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao của lò múp, tuyển nổi và các phương pháp khác để tách kim loại sau khi vỡ cơ học. Tuy nhiên, phương pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng và nhiệt độ cao, sẽ sinh ra khí thải gây ô nhiễm môi trường, kim loại thu được có hàm lượng tạp chất cao cần phải tinh chế thêm để thu được vật liệu kim loại có độ tinh khiết cao.

1.3.3 Phương pháp hòa tan axit

Phương pháp này đề cập đến việc sử dụng axit để hòa tan vật liệu điện cực dương, sau đó chiết kim loại trong dung dịch bằng chất chiết hữu cơ để tách các ion kim loại và thu được kim loại có giá trị sau khi xử lý. Ở 80 ° C, Halliper et al. oxit liti coban hòa tan trong vật liệu cực âm của pin lithium-ion ở lần lượt là 1,5 mol / L và H2SO4 0,9 mol / L và H2O2. Zhou Tao và cộng sự. tận dụng dung dịch ion coban thu được ở trên, chiết đồng sử dụng chất chiết AcorgaM5640, chiết coban sử dụng Cyanex 272, tỷ lệ thu hồi đồng đạt 98%, tỷ lệ thu hồi coban là 97%, và liti còn lại có thể được kết tủa bằng natri cacbonat. đi ra ngoài. Wang và cộng sự. sử dụng axit clohydric để hòa tan vật liệu catốt, PC-88A được sử dụng làm chất chiết xuất để chiết xuất các ion coban, và coban sunfat thu được sau quá trình xử lý tiếp theo. Ưu điểm của phương pháp này là kim loại thu được có độ tinh khiết cao. Nhược điểm là chất chiết đắt, độc hại, gây hại cho cơ thể người, quy trình chế biến phức tạp hơn.

1.3.4 Phương pháp hòa tan điện hóa

Trong phương pháp này, vật liệu điện cực dương được sử dụng làm cực âm, dây dẫn được sử dụng làm cực dương và dung dịch hỗn hợp của axit vô cơ (axit sulfuric hoặc axit clohydric) và axit xitric hoặc hydro peroxit được sử dụng làm chất điện phân, và Thí nghiệm điện phân được thực hiện để kết tủa huyết tương coban, sau đó người ta sử dụng tác nhân chiết để tách kim loại. Chang Wei và cộng sự. đã sử dụng axit sunfuric 0,4 mol / L và axit xitric 36 g / L làm chất điện phân, và được điện phân ở 25 ° C trong 120 phút, tỷ lệ rửa trôi coban đạt 90,85% và tỷ lệ hòa tan nhôm là 5,8%. Lu Xiuyuan [18] đã áp dụng phương pháp thí nghiệm trực giao, sử dụng axit sulfuric 3 mol / L và hydro peroxit 2,4 mol / L, thời gian phản ứng là 20 phút, và tốc độ rửa trôi coban cao tới 99,6%. Phương pháp điện hoá hoà tan tương đối đơn giản và khả thi, tốc độ rửa trôi các kim loại có giá trị cao, tuy nhiên năng lượng tiêu hao trong quá trình điện phân tương đối lớn nên vẫn cần tiếp tục cải tiến phương pháp điện hoá cho phù hợp với quy mô lớn. -sản xuất quy mô. Trong quá trình điện phân, phương trình phản ứng điện phân xảy ra là:

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

cực dương:
2H2O-4e- = O2 (g) + 4H +

2 Tái chế và sử dụng pin lithium-ion thải

(1 ) Trong quá trình tháo dỡ và nghiền pin lithium-ion thải, hiệu quả phân tách vẫn không lý tưởng. Do đó, việc tháo rời và nghiền nát pin lithium-ion thải một cách an toàn và hiệu quả là điều kiện tiên quyết để tái chế pin thải.

(2) Hiện nay, trong quá trình nghiên cứu kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải, quá trình thu hồi kim loại có giá trị chủ yếu dựa trên phương pháp ướt. Phương pháp này sử dụng các chất hóa học như axit và kiềm sẽ tạo ra khí thải độc hại và chất lỏng thải, sẽ gây ra những tác hại nhất định cho con người và môi trường. Do đó, ô nhiễm thứ cấp trong quá trình cũng là một vấn đề quan trọng cần giải quyết.

(3) Trong quá trình thu hồi các kim loại có giá trị từ pin lithium-ion thải, hầu hết đều tập trung vào việc thu hồi các kim loại có giá trị trong vật liệu làm catốt. Bỏ điện cực âm và chất điện phân. Đặc biệt, chất điện phân chủ yếu bao gồm dung môi hữu cơ nồng độ cao, muối lithium chất điện phân, chất phụ gia và các nguyên liệu thô khác. Những chất này độc hại và gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, cần phải tìm ra các giải pháp thay thế các vật liệu này để giảm tác hại của chất điện phân đối với môi trường.

(4) Hầu hết các nghiên cứu hiện tại chủ yếu là về pin lithium iron phosphate trong pin lithium-ion thải, và có ít nghiên cứu về pin nickel-coban lithium manganate và lithium iron phosphate. Do đó, phạm vi nghiên cứu cần được mở rộng và phát triển quy trình tái chế các loại pin lithium-ion khác nhau để có thể tái chế hiệu quả các kim loại có giá trị của các loại pin lithium-ion phế thải.

3. Kết luận

Tóm lại, việc tái chế pin lithium-ion thải vẫn đang trong giai đoạn thí nghiệm và quá trình công nghiệp hóa diễn ra tương đối chậm. Trong quá trình tái chế và xử lý pin lithium-ion thải, vẫn còn một số vấn đề về cách tháo dỡ an toàn, làm thế nào để cải thiện tỷ lệ thu hồi kim loại có giá trị trong vật liệu catốt trong khi tránh ô nhiễm thứ cấp, cách xử lý chất điện phân trong pin thải trong một cách xanh và cách cải thiện hiệu quả quy trình tái chế. lợi ích kinh tế và cải thiện hiệu ứng môi trường. Do đó, việc tăng cường nghiên cứu về thu hồi, xử lý và sử dụng pin lithium-ion trong tương lai là cấp thiết để thực sự hiện thực hóa việc thu hồi và tái chế pin đã qua sử dụng một cách xanh. "