酸-EDTA-H₂O₂缓冲泄露溶液用于从已耗尽的离子电池中回收Ni/Co/Mn的黑质量

科学领域:

• 材料科学与工程 材料科学与工程
• 环境科学与技术 环境科学与技术
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 对离子电池 (LIB) 的需求不断增长,加剧了对可持续回收和关键金属回收的需求.
• 传统的回收方法通常涉及苛刻的化学品和高温,这给环境带来了挑战.
• 使用过的LIB阴极材料,特别是那些含有混合NMC/LiCoO2组成的材料,需要高效和环保的回收工艺.

研究的目的:

• 开发和优化一种新的,环保可持续的酸盐-EDTA缓冲漏系统,用于从已耗尽的LIB阴极材料中回收Li,Co,Ni和Mn.
• 在温和条件下研究浸出过程的热力学和动力学方面.
• 为了比较开发的绿色化学方法的有效性与传统的酸方法.

主要方法:

• 使用了一种新的浸出系统,该系统结合了酸盐缓冲剂 (pH 4-6),Na2EDTA (复合剂) 和H2O2 (减少剂).
• 使用可旋转中央复合材料设计的响应表面方法 (RSM) 来优化关键参数 (H2O2度,酸盐缓冲度,Na2EDTA度).
• 进行了热力学分析 (Pourbaix图) 和动力学研究 (Avrami-Erofeev,Peleg方程),以了解金属的溶解性和浸出机制.

主要成果:

• 在优化的条件下 (1.211 v/v% H2O2,0.778 mol L-1 酸盐缓冲剂,0.05 mol L-1 Na2EDTA,pH 5.0, 1:20 S/L 比率,50 °C) 产生了高回收率:Li (100.0%),Co (98.65%),Ni (90.69%) 和Mn (82.87%).
• 酸盐-EDTA系统通过形成稳定的复合物和防止被动化层,有效地提高了金属的溶解性,并得到了热力学分析的支持.
• 动力建模表明不同金属具有不同的漏机制,其中Li和Co表现出界面反应控制,Ni/Mn表现出扩散有限的行为.

结论:

• 开发的酸盐-EDTA缓冲漏系统提供了一种高效和环境可持续的方法,可以在温和的条件下从已耗尽的LIB中回收关键金属.
• 这种绿色化学方法的效率与传统的酸性方法相提并论,但对环境的影响显著减少.
• 该系统的生物相容性,温和的操作条件和工业扩展潜力使其成为可持续电池回收利用的有希望的解决方案.