16648

16648

بازيابي فلزات ارزشمند از باتري هاي ليتيم-يون با استفاده از روش هيدرومتالورژي

كارشناسي ارشد

استخراج فلزات

دي 1395

دكتر شمس الدين ميردامادي - دكتر عليرضا ذاكري

مواد و متالورژِي

چكيده در ساليان اخير باتري‬هاي ليتيم-يون به دليل ويژگي‬هاي منحصر به فردشان مورد توجه صنايع مختلف قرار گرفته‬اند. از طرف ديگر اين افزايش در توليد سبب افزايش اهميت موضوع بازيابي آنها شده است. وجود فلزات ارزشمند نظير كبالت، نيكل و منگنز عامل ديگري است كه تحقيقات زيادي را به اين سمت سوق داده است. در اين پژوهش بازيابي عناصر موجود در كاتد باتري ليتيم-يون از نوع LiNixMnyCozO2 با تاكيد بر بازيابي ليتيم مورد بررسي قرار گرفت. ابتدا و پس از دشارژ و دمونتاژ كامل باتري، كاتد باتري با استفاده از يك خردكن تا ابعاد زير 5/0 سانتيمتر ريز شد. سپس آلومينيوم با استفاده از محلول سديم هيدروكسيد تحت شرايط دماي محيط، غلظت سديم هيدروكسيد 5/2 مولار، زمان دو ساعت و دور همزن 400 دور بر دقيقه، به طور انتخابي از كاتد جدا شد. در مرحله بعد پسماند باقيمانده از مرحله آلومينيوم‬زدايي جهت انحلال انتخابي ليتيم توسط اسيداگزاليك مورد بررسي قرار گرفت. سه پارامتر زمان(35-100دقيقه)، دما(40-70درجه سانتيگراد) و غلظت اسيد اگزاليك(5/0-2/1مولار) با تكيه بر روش طراحي آزمايش‬ها(طرح مركب مركزي) جهت بررسي انتخاب شدند. در هر آزمايش درصد بازيابي ليتيم و درصد منگنز باقيمانده در پسماند به عنوان پاسخ‬هاي طرح ارزيابي گرديدند. در نهايت شرايط بهينه با توجه به مدل پيشنهادي نرم‬افزار مورد راستي‬آزمايي قرار گرفت. شرايط بهينه به صورت دماي 70 درجه سانتيگراد، زمان 122 دقيقه و غلظت اسيد اگزاليك 1/1 مولار بدست آمد. بدين ترتيب تحت شرايط بهينه، درصد بازيابي ليتيم نزديك به 95 و درصد منگنز باقيمانده در پسماند نزديك به 98 بدست آمد. درمرحله آخر، طي دو رويكرد متفاوت ليتيم به صورت تركيبات ليتيم كربنات و ليتيم فسفات از محلول فروشويي مرحله انحلال انتخابي ليتيم ترسيب داده شد. واژه‌هاي كليدي: بازيابي، باتري ليتيم-يون، انحلال انتخابي، اسيد اگزاليك، ليتيم كربنات، ليتيم اگزالات

1395/11/26

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Li-ion batteries have taken great attentions from various industries in recent years due to their unique properties. The increasing usage of these batteries leads to the generation of an increased amount of spent batteries, which should be recycled with regard to both environmental an​d economic reasons. These have encouraged many investigators towards the recovery of the contained valuable elements from spent batteries. In the present study, recycling of a LiNixMnyCozO2 type Li-ion battery was aimed with an emphasis on Li recovery. After discharging, manual dismantling an​d separation, the cathode of the batteries was chopped using a shredder to below 50 mm in size. The adjoined Al layer was selectively dissolved from the cathode fragments in a 2.5 M NaOH solution within 2 hours at room temperature. A response surface methodology was employed in the next step for the separation of the contained Li from the remaining solid by leaching in oxalic acid solutions. Three parameters of time (35-10 min), temperature (40-70 °C) an​d the concentration of oxalic acid (0.5-1.2 M) were adopted as independent variables, while dissolution efficiency of Li as well as concentration of Mn in the solution was taken as response variables. The experiments were performed an​d optimized based on a CCD response surface methodology. From the obtained model, an optimum condition was found to include 70 °C for temperature, 122 min for leaching time an​d 1.1 M for oxalic acid concentration. A verification experiment was performed, by which about 95% of Li was recovered while 98% of Mn was remained in the solid residue. At the final stage, Li was recovered from the leach solution as carbonate an​d phosphate precipitates by employing two different strategies. Keywords: Recycling, Li-ion batteries, Selective dissolution, Oxalic acid, Lithium oxalate, Lithium carbonate.