基于有机还原剂的废旧锂电池中有价金属浸出行为研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:wumingshichenchen
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随着我国对资源和环境保护的重视,逐渐完善的立法规定,废旧锂离子电池属于固体废弃物。它的不恰当管理和处置会给环境和人类健康带来严重的危害。因此回收废旧锂电池中的有价金属不仅可以减轻环境危害,而且回收得到的有价金属能带来经济效益。有了这样双重益处的理念,本研究以回收手机电池中的废旧锂电池作为原材料,拆解电池,用湿法冶金方法,采用硫酸与可生物降解的还原剂共同作用的工艺处理废旧电池里活性钴酸锂粉末,研究最优化条件下,金属钴和金属锂的最佳浸出效率以及浸出动力学热力学机理。研究目的是为浸出工艺提供更高效可行的方案。(1)进行有价金属浸出之前必须对废旧锂电池进行预处理,同时运用表征手段对预处理之后的得到的各种物质进行分析。本研究运用湿法冶金来探索从废旧锂离子电池(LiCoO2)中浸出不同的有价金属。H2SO4作浸出剂,纤维素,蔗糖,葡萄糖分别作还原剂,形成三个不同浸出体系。研究得出浸出最佳的条件是:H2SO4浓度为3 mol/L,固液比25 g/L,还原剂用量0.4 g/g,反应时间120 min,反应温度95 oC。在最佳浸出条件下,H2SO4和纤维素浸出体系中,Co和Li浸出率分别为54%,100%;H2SO4和蔗糖浸出体系中,Co和Li浸出率分别为96%,100%;H2SO4和葡萄糖浸出体系中,Co和Li浸出率分别为98%,96%。使用不同的表征方法,包括UV–Vis,FT-IR,SEM和XRD来试探性探索在H2SO4浸出体系中,生物质有机物作还原剂的工艺中对金属浸出效果。所有的浸出和表征结果证实蔗糖和葡萄糖是效果很好的还原剂,然而,纤维素要实现更好的还原性则需要被降解为更小分子。(2)通过Li-Co-H2O系E-p H分析,随着p H减小,LiCoO2会溶解到溶液里。并为提高LiCoO2浸出效率提供以下途径:(1)降低体系的p H值和电位,使LiCoO2中的钴直接被还原为Co2+进入溶液。(2)一方面降低体系的电位,使LiCo O2转化为中间产物Co(OH)2,另一方面再降低体系的p H值,使Co(OH)2被还原为Co2+进入溶液。浸出动力学研究发现,金属Co的浸出过程受化学反应控制,而金属Li的浸出则是受内扩散过程。H2SO4与纤维素浸出体系下Ea(Co)=48.5 kJ/mol和Ea(Li)=10.6 k J/mol;H2SO4与蔗糖浸出体系下Ea(Co)=36.2 kJ/mol和Ea(Li)=16.8 kJ/mol;H2SO4与葡萄糖浸出体系下Ea(Co)=48.9 kJ/mol和Ea(Li)=9.73 kJ/mol。(3)在蔗糖与硫酸浸出体系下,年总投入的总成本为168.2万元,获得总利润为112.3万元;在葡萄糖与硫酸浸出体系下,年总投入的总成本为152.2万元,获得实际利润为128.3万元。
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