РАЗДЕЛЕНИЕ ЛИТИЯ ОТ КОБАЛЬТА, НИКЕЛЯ И МАРГАНЦА С ПОМОЩЬЮ ОРГАНИЧЕСКОЙ КИСЛОТЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследовано влияние щавелевой кислоты и её производных на степень отделения лития от кобальта, никеля, марганца и других элементов при переработке литий-ионных аккумуляторов. Приведен метод переработки литий-ионных аккумуляторов с применением щавелевой кислоты и её производных. Определены оптимальные условия добавления щавелевой кислоты и её производных в литийсодержащий продуктивный раствор для осаждения попутных элементов. Полученные результаты обсуждены и обоснованы с помощью рентгенофлуорецентного анализа.

ABSTRACT

This article examines the influence of oxalic acid and its derivatives on the degree of separation of lithium from cobalt, nickel, manganese and other elements during the processing of lithium-ion batteries. A method for processing lithium-ion batteries using oxalic acid and its derivatives is presented. The optimal conditions for adding oxalic acid and its derivatives to a lithium-containing product solution for the precipitation of associated elements have been determined. The results obtained are discussed and substantiated using X-ray fluorescence analysis.

Ключевые слова: литий, литий-ионный аккумулятор, щавелевая кислота, оксалаты, рентгенофлуоресцентный анализ.

Keywords: lithium, lithium-ion battery, oxalic acid, oxalates, X-ray fluorescence analysis

Введение. Батареи ценны и пригодны для вторичной переработки, но из-за технических, экономических и других факторов сегодня перерабатывается менее 5 %. По мере того, как популярность электро-гаджетов и электромобилей стремительно начинает стремительно расти, растет и много отработанных литий-ионных батарей, которые когда-то питали эти устройства. Если текущие тенденции обращения с этими отработанными батареями сохранятся, большинство из них могут оказаться на свалках, хотя литейно-ионные батареи могут быть переработаны. Эти популярные блоки питания содержат ценные металлы и другие материалы, которые могут быть восстановлены, обработаны и использованы повторно [1].

Специалисты по батареям и экологи приводят длинный список причин утилизации литий-ионных аккумуляторов. Восстановленные материалы могут быть использованы для изготовления новых батарей, что снижает производственные затраты. В настоящее время на эти материалы приходится более половины стоимости батареи. В дополнении к потенциальным экономическим выгодам, переработка может уменьшить количество материала, поступающего на свалки. Кобальт, никель, марганец и другие элементы, содержащиеся в батареях, могут легко вытекать из корпуса батарей и загрязнять почву и грунтовые воды, угрожая экосистемам и здоровью человека [2].

Целью данного исследования является отделение лития от кобальта, никеля, марганца и других элементов при переработке литий-ионных аккумуляторов. Эта цель достигается добавлением щавелевой кислоты и её производных в литийсодержащий продуктивный раствор.

Методология. Одностадийный процесс разделения лития от попутных металлов при переработке литий-ионных аккумуляторов. Электродный материал состоящий из анодного графита и катодного комплексного оксида прокаливали при 400 °С, после чего выщелачивали раствором серной кислоты (25%-ный, ГОСТ 2184-77) при температуре 60-90 ℃ в течении 2-3 ч. Далее в продуктивный раствор при температуре 40-80 ℃ добавляется смесь щавелевой кислоты (Ч, ГОСТ 22180-76) и её производных (конц.щ.к.-200 гр/л) для получения не растворимых в воде солей кобальта, меди, никеля, марганца. Этот процесс позволит разделить попутные элементы от лития на одной стадии. После фильтрования в раствор добавляется карбонат натрия для получения конечного продукта карбоната лития. Не водорастворимые соли металлов отправляются на прокалывание для дальнейшей переработки. Осаждение кобальта, никеля, марганца не менее 99%.

Результаты и обсуждение. Рентгенофлуорецентный анализ осадка и раствора после добавления щавелевой кислоты и её производных. 

Рисунок 1. Рентгенофлуоресцентный анализ раствора после добавления щавелевой кислоты и её производных

На рис.1 наблюдается пики характерные для кобальта, никеля, железа, марганца, серы. Наиболее интенсивный пик наблюдается у марганца. По полученным данным можно сделать вывод что при переработке литий-ионных аккумуляторов применение щавелевой кислоты и её производных осаждает более 99% попутных металлов таких как кобальт, никель, марганец, медь и другие (см. табл.1 и 2). Данная технология может служить для одностадийного разделения лития от попутных металлов.

Таблица 1.

Степень осаждения металлов щавелевой кислотой и её производными при переработке литий-ионных материалов

Таблица 2.

Содержание никеля, меди, кобальта, марганца в растворе после добавления щавелевой кислоты и её производных

Рисунок 2. Рентгенофлуоресцентный анализ металлов осажденных щавелевой кислотой и её производными

Как видно из рис.2, на рентгенофлуорецентном анализе осадка наблюдаются пики кобальта, марганца, никеля и меди. Самый интенсивный пик наблюдается у никеля. Состав осадка приведено в табл.3.

Таблица 3.

Содержание никеля, меди, кобальта, марганца в осадке после добавления щавелевой кислоты и её производных

Выводы

На основе полученных результатов можно сделать что щавелевая кислота и её производные осаждают до 99% никель, кобальт, марганец при переработке литий-ионных аккумуляторов. Данный метод переработки может служить для одностадийного разделения лития от кобальта, никеля, марганца и других элементов. Полученные результаты обоснованы с помощью рентгенофлуорецентного анализа

Список литературы:

1. Переработка литий-ионных аккумуляторов [Электронный ресурс]/ солнечная энергетика. – Режим доступа: https://rocla.ru/o-kompanii/poleznayainforaciya/pererabotka-litiy-ionnykh-akkumulyatorov/.– Дата доступа: 22.04.2022.
2. Утилизация литиевых аккумуляторов [Электронный ресурс]/ солнечная энергетика. – Режим доступа: https://eco2eco.ru/utilizaciya /utilizatsiya-litievyhakkumulyatorov/ .– Дата доступа: 22.04.2022.
3. RU 2768846 C1. Патент. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЛИТИЙ ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ. Авторы: Рычков В.Н., Кириллов Е.В., Кириллов С.В., Буньков Г.М., Дедюхин И.А., Смышляев Д.В., Боталов М.С. Опубликовано: 25.03.2022 Бюл. № 9.
4. Зайцев В. А. Утилизация литиевых источников тока / В. А. Зайцев, В. В. Горбунова // Энергия: экономика, техника и экология. - 2008. - № 2. - С. 34-39.
5. Ольшанская Л.Н., Лазарева Е.Н., Клепиков А.П. «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УТИЛИЗАЦИИ ЛИТИЕВЫХ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА». Вестник Саратовского государственного технического университета. 2005. Т. 1. № 1(6). С. 124—132.