1.3 Trennung, Rückgewinnung und Verwertung von wertvollen Metallen

Die Rückgewinnung und Verwertung von wertvollen Metallen in Alt-Lithium-Ionen-Batterien ist hauptsächlich die Rückgewinnung von positiven Aktivmaterialien. Kathodenrecycling- und Verarbeitungsverfahren umfassen hauptsächlich biologische Verfahren, Hochtemperaturverbrennungsverfahren, Säureauflösungsverfahren und elektrochemische Auflösungsverfahren.

1.3.1 Biologisches Gesetz

Das biologische Verfahren nutzt die Stoffwechselfunktion von Mikroorganismen, um die Metallelemente in der positiven Elektrode in lösliche Verbindungen umzuwandeln und gezielt herauszulösen. Nach Gewinnung der Metalllösung werden die Bestandteile des positiven Elektrodenmaterials durch anorganische Säuren getrennt und schließlich die Abtrennung und Rückgewinnung wertvoller Metalle realisiert. . Jia Zhizhiet al. verwendeten Ferrooxidane und Thiooxidane zur Behandlung von Lithium-Ionen-Altbatterien. Dieses Verfahren hat niedrige Rückgewinnungskosten und ist bei Raumtemperatur und -druck leicht zu erreichen. Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass der Stamm nicht einfach zu kultivieren ist und die Auslaugungslösung schwer abzutrennen ist. Zeng et al. verwendeten acidophile Bakterien, um Schwefel- und Eisenionen als Energiequellen zu nutzen, um Produkte wie Schwefelsäure und Eisenionen zu metabolisieren, um Metallelemente in gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien aufzulösen. Die gemeinsame Ausfällung von Fe(III) mit anderen Metallelementen bei einem höheren Gehalt verringert jedoch die Löslichkeit von Metallen, beeinflusst die Wachstumsrate biologischer Zellen und verringert die Metallauflösungsrate. Das biologische Verfahren hat die Eigenschaften niedriger Kosten, geringer Umweltverschmutzung und Wiederverwendbarkeit und ist zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung der Rückgewinnungstechnologie von wertvollen Lithiumionen-Altmetallen geworden. Es müssen jedoch auch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Auswahl und Kultivierung von Mikrobenstämmen, die optimalen Auslaugungsbedingungen und der Biolaugungsmechanismus von Metallen. Die gemeinsame Ausfällung von Fe(III) mit anderen Metallelementen bei einem höheren Gehalt verringert die Löslichkeit von Metallen, beeinflusst die Wachstumsrate biologischer Zellen und verringert die Metallauflösungsrate. Das biologische Verfahren hat die Eigenschaften niedriger Kosten, geringer Umweltverschmutzung und Wiederverwendbarkeit und ist zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung der Rückgewinnungstechnologie von wertvollen Lithiumionen-Abfallmetallen geworden. Es müssen jedoch auch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Auswahl und Kultivierung von Mikrobenstämmen, die optimalen Auslaugungsbedingungen und der Biolaugungsmechanismus von Metallen. Die gemeinsame Ausfällung von Fe(III) mit anderen Metallelementen bei einem höheren Gehalt verringert die Löslichkeit von Metallen, beeinflusst die Wachstumsrate biologischer Zellen und verringert die Metallauflösungsrate. Das biologische Verfahren hat die Eigenschaften niedriger Kosten, geringer Umweltverschmutzung und Wiederverwendbarkeit und ist zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung der Rückgewinnungstechnologie von wertvollen Lithiumionen-Abfallmetallen geworden. Es müssen jedoch auch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Auswahl und Kultivierung von Mikrobenstämmen, die optimalen Auslaugungsbedingungen und der Biolaugungsmechanismus von Metallen. und ist zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung der Rückgewinnungstechnologie von wertvollen Lithiumionenmetallen geworden. Es müssen jedoch auch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Auswahl und Kultivierung von Mikrobenstämmen, die optimalen Auslaugungsbedingungen und der Biolaugungsmechanismus von Metallen. und ist zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung der Rückgewinnungstechnologie von wertvollen Lithiumionenmetallen geworden. Es müssen jedoch auch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Auswahl und Kultivierung von Mikrobenstämmen, die optimalen Auslaugungsbedingungen und der Biolaugungsmechanismus von Metallen.

1.3.2 Hochtemperatur-Verbrennungsverfahren

Das Hochtemperatur-Verbrennungsverfahren bezieht sich auf das Tränken des entfernten Kathodenmaterials in einem organischen Lösungsmittel und das anschließende Verbrennen bei hoher Temperatur, um wertvolle Metalle zu erhalten. Die japanische Sony und Sumitomo Corporation tauchten gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien in Oxalsäure und verbrannten sie bei 1 000 ℃, um den Elektrolyten und den Separator zu entfernen, und stellten fest, dass die Batterie rissig wurde. Das Restmaterial nach der Verbrennung wurde gesiebt und magnetisch getrennt. Zur Abscheidung von Fe, Cu, Al und anderen Metallen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Oxalsäurekonzentration von 1,00 Mol·L –1 das Fest-Flüssig-Verhältnis 40–45 g·L –1 beträgt und die Löslichkeit unter 15–20-minütigem Rühren bei 80°C optimal ist. Der Japaner Matsuda Guangming et al. tränkte das positive Elektrodenmaterial und verwendete dann die mechanische Bruchmethode, um es zu brechen, und dann die Hochtemperatur-Wärmebehandlung, Flotation und andere Methoden des Muffelofens verwendet, um das Metall nach dem mechanischen Bruch zu trennen. Dieses Verfahren hat jedoch einen hohen Energieverbrauch und eine hohe Temperatur und erzeugt Abgas, das die Umwelt verschmutzt, und das erhaltene Metall hat einen hohen Gehalt an Verunreinigungen, was eine weitere Reinigung erfordert, um hochreine Metallmaterialien zu erhalten.

1.3.3 Säureauflösungsverfahren

Dieses Verfahren bezieht sich auf die Verwendung von Säure zum Auflösen des positiven Elektrodenmaterials und dann zum Extrahieren des Metalls in der Lösung mit einem organischen Extraktionsmittel, um die Abtrennung von Metallionen zu erreichen und wertvolle Metalle nach der Behandlung zu erhalten. Bei 80 °C haben Halliper et al. gelöstes Lithium-Kobalt-Oxid im Kathodenmaterial von Lithium-Ionen-Batterien bei 1,5 mol/L bzw. 0,9 mol/L H2SO4 bzw. H2O2. Zhou Taoet al. Verwenden Sie die oben erhaltene Kobaltionenlösung, extrahieren Sie Kupfer mit dem Extraktionsmittel AcorgaM5640, extrahieren Sie Kobalt mit Cyanex 272, die Rückgewinnungsrate von Kupfer erreicht 98 %, die Rückgewinnungsrate von Cobalt beträgt 97 % und das restliche Lithium kann mit Natriumcarbonat ausgefällt werden. herauskommen. Wanget al. verwendete Salzsäure, um das Kathodenmaterial aufzulösen, PC-88A wurde als Extraktionsmittel verwendet, um Kobaltionen zu extrahieren, und Kobaltsulfat wurde nach anschließender Behandlung erhalten. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das erhaltene Metall von hoher Reinheit ist. Der Nachteil ist, dass das Extraktionsmittel teuer, giftig, schädlich für den menschlichen Körper und der Verarbeitungsprozess komplizierter ist.

1.3.4 Elektrochemische Auflösungsmethode

Bei diesem Verfahren wird das Material der positiven Elektrode als Kathode verwendet, das Blei wird als Anode verwendet, und die gemischte Lösung aus anorganischer Säure (Schwefelsäure oder Salzsäure) und Zitronensäure oder Wasserstoffperoxid wird als Elektrolyt verwendet, und das Elektrolyseexperiment wird durchgeführt, um Kobaltplasma auszufällen, und dann wird das Extraktionsmittel verwendet, um das Metall zu extrahieren. Chang Wei et al. 0,4 mol/l Schwefelsäure und 36 g/l Zitronensäure als Elektrolyt verwendet und bei 25 °C für 120 min elektrolysiert, erreichte die Cobalt-Auslaugungsrate 90,85 % und die Aluminiumauflösungsrate betrug 5,8 %. Lu Xiuyuan[18] wandte die Methode des orthogonalen Experiments an, bei der 3 Mol/L Schwefelsäure und 2,4 Mol/L Wasserstoffperoxid verwendet wurden, die Reaktionszeit 20 Minuten betrug und die Cobalt-Auslaugungsrate bis zu 99,6 % betrug. Das elektrochemische Auflösungsverfahren ist relativ einfach und durchführbar, und die Auslaugungsrate wertvoller Metalle ist hoch, aber der Energieverbrauch während des Elektrolyseprozesses ist relativ groß, so dass es immer noch notwendig ist, das elektrochemische Verfahren weiter zu verbessern, um es für große geeignet zu machen -Produktion im Maßstab. Während des Elektrolyseprozesses lautet die auftretende Elektrolysereaktionsgleichung:

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

Anode:
2H2O-4e-=O2(g)+4H+

2 Recycling und Verwertung von Lithium-Ionen-Altbatterien

(1 ) Bei der Demontage und Zerkleinerung von Alt-Lithium-Ionen-Batterien ist die Trennwirkung noch nicht optimal. Daher ist die sichere und effektive Demontage und Zerkleinerung von Lithium-Ionen-Altbatterien eine Grundvoraussetzung für das Recycling von Altbatterien.

(2) Derzeit basiert der Rückgewinnungsprozess von wertvollen Metallen bei der Suche nach wertvollen Metallen in Alt-Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich auf dem Nassverfahren. Dieses Verfahren verwendet chemische Substanzen wie Säuren und Laugen, die schädliche Abgase und Abfallflüssigkeiten erzeugen, die Menschen und der Umwelt gewissen Schaden zufügen. Daher ist auch die Sekundärverschmutzung im Verfahren ein wichtiges zu lösendes Problem.

(3) Bei der Rückgewinnung wertvoller Metalle aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien konzentrieren sich die meisten auf die Rückgewinnung wertvoller Metalle in Kathodenmaterialien. Vernachlässigen Sie die negative Elektrode und den Elektrolyten. Insbesondere der Elektrolyt besteht größtenteils aus hochkonzentrierten organischen Lösungsmitteln, Elektrolytlithiumsalzen, Additiven und anderen Rohstoffen. Diese Stoffe sind giftig und belasten die Umwelt. Daher ist es notwendig, Alternativen zu diesen Materialien zu finden, um die Umweltbelastung durch den Elektrolyten zu verringern.

(4) Der größte Teil der aktuellen Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien in Alt-Lithium-Ionen-Batterien, und es gibt weniger Forschung zu Nickel-Kobalt-Lithium-Manganat- und Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien. Daher sollte der Umfang der Forschung erweitert und der Recyclingprozess verschiedener Arten von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt werden, damit die wertvollen Metalle verschiedener Arten von Alt-Lithium-Ionen-Batterien effizient recycelt werden können.

3 Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich das Recycling von gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien noch im Laborstadium befindet und der Prozess der Industrialisierung relativ langsam ist. Beim Recycling und der Verarbeitung von Lithium-Ionen-Altbatterien gibt es noch einige Probleme, wie man sie sicher zerlegt, wie man die Rückgewinnungsrate wertvoller Metalle in Kathodenmaterialien verbessert und gleichzeitig Sekundärverschmutzungen vermeidet, wie man mit dem Elektrolyt in Altbatterien umgeht einen umweltfreundlichen Weg und wie der Recyclingprozess effektiv verbessert werden kann. wirtschaftliche Vorteile und verbesserte Umweltauswirkungen. Daher ist es dringend erforderlich, die Forschung zur Rückgewinnung, Behandlung und Nutzung von Lithium-Ionen-Batterien in Zukunft zu verstärken, um die umweltfreundliche Rückgewinnung und das Recycling gebrauchter Batterien wirklich zu verwirklichen. "