机械化学法强化废弃锂离子电池中钴和锂的浸出
发布时间：2022-01-21 07:55
锂离子电池以其质量轻、长循环寿命、高比能量、较宽的工作温度、绿色环保等优点引起了人们极大兴趣和关注,其市场份额自诞生之日起便逐年上升。随着锂离子电池进入退役期,未来废弃锂离子电池的数量将持续增加,如若不及时回收处理,将对生态系统和人类健康构成重大威胁。另一方面,废弃锂离子电池含有大量高品位有价金属,具有很高的资源化价值。因此,废弃锂离子电池的再生循环利用对于环境保护和资源可持续发展是必不可少的。本研究提出一种简单高效且绿色环保的废弃锂离子电池处理方法,将机械化学研磨与湿法冶金相结合,选择两种不同性质助磨剂与废弃锂离子电池正极材料钴酸锂共磨,强化Co和Li的浸出率。充分探究机械化学研磨处理对正极材料钴酸锂表面物理化学性质作用机理,考察研磨参数、浸出条件对金属浸出率的影响,并探讨浸出动力学机理。最后收集浸出溶液与草酸反应生成草酸钴,形成完整的回收工艺。首先将正极材料钴酸锂与二氧化硅共磨,研究机械化学法所引起晶体结构的变化。借助扫描电子显微镜结合能量色散光谱仪（SEM-EDS）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）及透射电子显微镜（TEM）表征钴酸锂在机械化学研磨前后表面形貌、...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
废弃锂电池湿法冶金回收工艺流程图
?翘?蚋司?苑?弃锂离子电池正极材料中Co和Li的生物浸出过程，采用S和Fe2+作为能量来源，嗜酸杆菌通过新陈代谢作用产生硫酸和Fe3+，从而将Co和Li溶解[85]。与传统方法相比，生物冶金过程在温和条件下进行，能耗较低并且环保，缺点是所需时间较长。2.2机械化学处理技术（MechanochemicalTreatmentTechnology）机械化学又称机械力化学，是通过材料的高能球磨，对物料进行研磨、剪切、摩擦等，来改变或破坏废弃锂离子电池的晶体结构，使原材料发生物理和化学变化[31-34]，提高后续金属浸出率和原始工艺的产量。图2-2机械化学应用研磨机类型：(a)行星球磨机，(b)振动球磨机，(c)搅拌球磨机Figure2-2Typesofmillsappliedonmechanochemistry(a)planetarymill,(b)vibratorymill,(c)stirringballmill(attritor)
2文献综述11主要的研磨设备包括搅拌球磨机、振动球磨机、行星球磨机等，如图2-2所示。其中，行星球磨机的高能球磨作用可引起材料原子尺度的结合与化学反应，可实现制备单质元素的纳米级粉体材料等。机械化学研磨与传统工艺相比具有许多优点，例如，工艺简单、成本低及周期短等特点，已被广泛应用于化学工程、材料工程、矿物加工、制药、农业、金属冶炼等领域[35-39]，特别是固体废弃物中有价金属回收效率方面应用颇多[88]，具体如图2-3所示。图2-3机械化学法在废弃物回收中的应用Figure2-3TheapplicationofmechanochemistryinwasterecyclingZhang等利用机械化学法从废弃锂离子电池中回收Co和Li[86]。使用行星式球磨机将电极材料与PVC共磨，研磨30h时Co和Li的产率最高，分别为100%和90%，PVC的脱氯率为90%。机械研磨法不仅能提取废弃锂离子电池中Co和Li，而且使PVC脱氯，两者之间存在密切关系。Wang等将电极材料钴酸锂和EDTA共磨，形成稳定的水溶性化合物Li-EDTA和Co-EDTA[40]。当钴酸锂与EDTA的质量比为1:4、磨矿时间为4h、转速为600r/min时，回收98%的Co和99%的Li。为Co和Li的回收提供了一种高效、环保的工艺。机械化学法是一种新兴的回收电子废弃物中有价金属的方法，尚有一系列的基础科学问题需要研究，主要包括理论研究和应用开发两个方面。其中理论研究方面对机械化学机理、机械化学法研磨后对浸出率的影响以机械化学处理后浸出动力学等研究不足，并且在废弃锂离子电池回收方面研究较少。因此，本课题以废弃锂离子电池正极材料粉末为研究对象，通过加入助磨剂与原材料共磨，对机械化学改性机理、机械化学研磨后电极材料有价金属浸出以及浸出反应动力学进行研究，揭示机械化学研磨过程中助磨剂对电极材料表面化学性质（化
【参考文献】：
期刊论文
[1]废旧锂离子电池回收处理技术研究进展[J]. 杨宇,梁精龙,李慧,郑天新,王斌. 矿产综合利用. 2018(06)
[2]锂离子电池全生命周期安全性演变研究进展[J]. 邵晓挺,冯浩. 化工设计通讯. 2018(12)
[3]废旧锂离子电池中锰的回收利用[J]. 卢东亮,朱显峰,蔡东方,赵瑞瑞. 电池. 2018(06)
[4]新形势下铜矿资源勘查技术要点[J]. 郑兵华. 低碳世界. 2018(09)
[5]废旧锂离子电池回收利用研究进展[J]. 朱虹,洪剑波,彭正军. 盐湖研究. 2018(03)
[6]柠檬酸浸出废弃电池材料中镍钴锰金属的研究[J]. 高马也,邬建勋,牛素艳,蒋茹,张青青,熊艳,刘红丽,徐文广,吴龙华,乐莎. 环境科学与管理. 2016(04)
[7]电动汽车与锂离子电池[J]. 黄学杰. 物理. 2015(01)
[8]未来全球钴资源供应形势分析[J]. 李颖,周艳晶,张艳飞. 中国矿业. 2014(08)
[9]我国铝土矿资源开发利用中存在的问题与对策[J]. 唐志阳. 陶瓷. 2014(06)
[10]我国再生镍钴资源综合利用现状[J]. 徐爱东,顾其德,范润泽. 中国有色金属. 2013(03)
博士论文
[1]废荧光灯中稀土元素机械活化强化浸出机理及工艺研究[D]. 谭全银.清华大学 2016
硕士论文
[1]废旧LiCoO2锂离子电池回收及再利用研究[D]. 昝振峰.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3599874
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
废弃锂电池湿法冶金回收工艺流程图
?翘?蚋司?苑?弃锂离子电池正极材料中Co和Li的生物浸出过程，采用S和Fe2+作为能量来源，嗜酸杆菌通过新陈代谢作用产生硫酸和Fe3+，从而将Co和Li溶解[85]。与传统方法相比，生物冶金过程在温和条件下进行，能耗较低并且环保，缺点是所需时间较长。2.2机械化学处理技术（MechanochemicalTreatmentTechnology）机械化学又称机械力化学，是通过材料的高能球磨，对物料进行研磨、剪切、摩擦等，来改变或破坏废弃锂离子电池的晶体结构，使原材料发生物理和化学变化[31-34]，提高后续金属浸出率和原始工艺的产量。图2-2机械化学应用研磨机类型：(a)行星球磨机，(b)振动球磨机，(c)搅拌球磨机Figure2-2Typesofmillsappliedonmechanochemistry(a)planetarymill,(b)vibratorymill,(c)stirringballmill(attritor)
2文献综述11主要的研磨设备包括搅拌球磨机、振动球磨机、行星球磨机等，如图2-2所示。其中，行星球磨机的高能球磨作用可引起材料原子尺度的结合与化学反应，可实现制备单质元素的纳米级粉体材料等。机械化学研磨与传统工艺相比具有许多优点，例如，工艺简单、成本低及周期短等特点，已被广泛应用于化学工程、材料工程、矿物加工、制药、农业、金属冶炼等领域[35-39]，特别是固体废弃物中有价金属回收效率方面应用颇多[88]，具体如图2-3所示。图2-3机械化学法在废弃物回收中的应用Figure2-3TheapplicationofmechanochemistryinwasterecyclingZhang等利用机械化学法从废弃锂离子电池中回收Co和Li[86]。使用行星式球磨机将电极材料与PVC共磨，研磨30h时Co和Li的产率最高，分别为100%和90%，PVC的脱氯率为90%。机械研磨法不仅能提取废弃锂离子电池中Co和Li，而且使PVC脱氯，两者之间存在密切关系。Wang等将电极材料钴酸锂和EDTA共磨，形成稳定的水溶性化合物Li-EDTA和Co-EDTA[40]。当钴酸锂与EDTA的质量比为1:4、磨矿时间为4h、转速为600r/min时，回收98%的Co和99%的Li。为Co和Li的回收提供了一种高效、环保的工艺。机械化学法是一种新兴的回收电子废弃物中有价金属的方法，尚有一系列的基础科学问题需要研究，主要包括理论研究和应用开发两个方面。其中理论研究方面对机械化学机理、机械化学法研磨后对浸出率的影响以机械化学处理后浸出动力学等研究不足，并且在废弃锂离子电池回收方面研究较少。因此，本课题以废弃锂离子电池正极材料粉末为研究对象，通过加入助磨剂与原材料共磨，对机械化学改性机理、机械化学研磨后电极材料有价金属浸出以及浸出反应动力学进行研究，揭示机械化学研磨过程中助磨剂对电极材料表面化学性质（化
【参考文献】：
期刊论文
[1]废旧锂离子电池回收处理技术研究进展[J]. 杨宇,梁精龙,李慧,郑天新,王斌. 矿产综合利用. 2018(06)
[2]锂离子电池全生命周期安全性演变研究进展[J]. 邵晓挺,冯浩. 化工设计通讯. 2018(12)
[3]废旧锂离子电池中锰的回收利用[J]. 卢东亮,朱显峰,蔡东方,赵瑞瑞. 电池. 2018(06)
[4]新形势下铜矿资源勘查技术要点[J]. 郑兵华. 低碳世界. 2018(09)
[5]废旧锂离子电池回收利用研究进展[J]. 朱虹,洪剑波,彭正军. 盐湖研究. 2018(03)
[6]柠檬酸浸出废弃电池材料中镍钴锰金属的研究[J]. 高马也,邬建勋,牛素艳,蒋茹,张青青,熊艳,刘红丽,徐文广,吴龙华,乐莎. 环境科学与管理. 2016(04)
[7]电动汽车与锂离子电池[J]. 黄学杰. 物理. 2015(01)
[8]未来全球钴资源供应形势分析[J]. 李颖,周艳晶,张艳飞. 中国矿业. 2014(08)
[9]我国铝土矿资源开发利用中存在的问题与对策[J]. 唐志阳. 陶瓷. 2014(06)
[10]我国再生镍钴资源综合利用现状[J]. 徐爱东,顾其德,范润泽. 中国有色金属. 2013(03)
博士论文
[1]废荧光灯中稀土元素机械活化强化浸出机理及工艺研究[D]. 谭全银.清华大学 2016
硕士论文
[1]废旧LiCoO2锂离子电池回收及再利用研究[D]. 昝振峰.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3599874
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3599874.html
