2022年从废弃锂离子电池中回收钴的分析研究.docx

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1、精品学习资源分别工程期末论文从废弃锂离子电池中回收钴的讨论Research of recycling cobalt from the waste lithium-ion batteries学院：化学工程学院专业班级：化学工程与工艺化工 081欢迎下载精品学习资源同学姓名：刘兆明学050811135号：欢迎下载精品学习资源指导老师：戴卫东 has becoming more and more important with the growth of production and use of LIBs. Recycling treatment has attracted more and mor

2、e attentions. Compared to other methods of treatment, recycling can not only resolves environmental problems, but also slows the lack of resource effectively by recovering and reusing of valued metals from LIBs.The paper proposed a hydrometallurgical process combining leach and salting out.The proce

3、ss included two main steps, the fast step is leaching of LiCoO2 cathode from LIBs in acid solution , and then cobalt can be dissolved ； the second step is salting out , it can makes separation and recovery of cobaltous from other ions in the leachate. Compared to organic solvent extraction, salting

4、out which is adopted in the paper for the first time is an economic and green environmental technique. It has many advantages such as cheap raw materials, simple flow sheet, low energy consuming, nonpolluting, and so on.Key words:spent lithium-ion batteries ； disposal of recycle ； leach ； salt outl引

5、言欢迎下载精品学习资源目前废弃锂离子电池的再生处理讨论主要是应用酸浸和溶剂萃取联用的湿 法冶金工艺；酸浸可使电极材料中的金属元素溶解而转移到溶液中，掌握适当 的条件可使目标金属离子的浸出率接近100% ； 而溶液中具有相近性质的金属元素的分别，目前最有效的方法就是溶剂萃取，挑选合适的有机萃取剂、确定 适当的萃取级数可获得较好的成效，之后与有机萃取剂结合的金属离子通过反 萃回收；虽然这样的湿法冶金工艺沿用己久，已经比较成熟且效率较高，但其 中的有机溶剂萃取和反萃步骤存在流程长、操作复杂、污染大等缺陷；火法冶 金是再生处理讨论的另一个方向，其主要是将电池中的金属元素以合金的形式回收，步骤包括高温热

6、解和金属的高温仍原等；其存在的问题是: 高温需要消耗大量的能量，同时高温热解产生的气体和飞灰必需进行严格掌握，否就将造成大气污染，这使得操作条件更为复杂，而对飞灰和排放气体的掌握将造成建设投入增加、运行费用增加等；本文通过探讨目前废弃锂离子电池再生处理最常用的湿法冶金工艺及其存在的不足并进行改进，期望找到一个更为简洁、经济、有效且环保的绿色技 术，为废弃锂离子电池的工业化再生处理供应理论依据和路线支持；拟采纳的处理流程如塑料、金属外壳废弃锂离子电池石墨负极电极材料LiCoO2正极钴盐等浸出液残渣锂离子电池再生处理工艺流程图1盐析的理论基础盐析是盐效应的一种形式，盐效应包括盐析作用和盐溶作用，黄

7、子卿将它欢迎下载精品学习资源们阐述为 sod: 假如把盐加入饱和的非电解质水溶液，非电解质的溶解度就起变化，假如溶解度下降，就叫盐析作用；假如溶解度增加，就叫做盐溶作用；盐析作用概念中的对象不仅仅局限于盐对非电解质分子，一种盐对另一种盐、非电解质分子对盐也都存在这种作用；晶体盐分子具有很大的晶格能，它由正和负离子间的吸引能和推斥能组成；所以，要让盐分子在溶剂中溶解成为自由离子，就必需拆散盐分子的晶 格，这需要从外面加入大量的能量；但是在合适的溶剂中大多数盐能够自动溶解而不需要从外面加功，是由于在这个过程中发生了一种溶剂化作用，这种作用的溶剂化能用于拆散晶格；因此，盐在溶剂中的溶解是一个可逆过程

8、 : 当溶剂化能大到能够用于拆散盐的晶格时，就盐在该溶剂中就能自动溶解 : 反之，如溶剂中的离子溶剂化能降低，就会重新结合成为盐分子而析出；因此，溶剂化能是判定盐析作用能否发生的依据；依据溶剂化能的运算模型，其影响因素包括离子的性质 溶剂化半径、电荷 、溶剂的性质 结构、介电常数；2 盐析试验2.1 1 试验原料和分析测试仪器LiCoO2电极浸出液 : 用盐酸浸出得到的混合液硫酸按 分析纯无水乙醇 分析纯 722S分光光度计DIMax-IIIA 型X射线衍射仪2.2 2试验方案取肯定体积 LiCoO2电极的盐酸浸出液 V1，在其中加入 NH42SO饱4 和水溶液V2和无水乙醇 V3，调整混合体

9、系的介电常数，使溶液达到过饱和，就钴离子发生盐析作用而结晶析出；过滤得到的盐析产品，干燥之后溶解于蒸馏水中配置成V1mL的溶液，用分光光度法测定其吸光度，就可运算盐析率；溶液的过饱和度是影响盐析率和盐析产品纯度的重要因素，过饱和度与NI-142SO4饱和水溶液和无水乙醇的用量有关，考察这两者的用量和加入方式对盐析率和盐析产品纯度的影响；2.2.1 固定水相与乙醉相的休积比为 1：1取盐酸浸出液 V1ml，分别加入 NH42SO饱4 和水溶液 V22mL,3 mL,4mL,5mL和6mL混合之后，按水相与乙醇相体积比为 1:1V1+V2:V3=1:1 分别加入无水乙醇 V3，充分混合后静置析出盐

10、，过滤得到的产品定容至lOm L. 测定其吸光度，考察水相与乙醇相体积比固定为1:1 时硫酸钱溶液的用量对盐析率的影欢迎下载精品学习资源响；2.2.2 固定浸出液与 NH42SO饱4和水溶液的体积比为 2： 1欢迎下载精品学习资源取盐酸浸出液 V110mL, NH42SO4饱和水溶液 V25mLV1：V2=2:1混合之后，分别加入无水乙醇 V35mL, lOmL, 15mL 和20mL，充分混合后静置析出盐， 过滤得到的产品定容至 10mL,测定其吸光度，考察浸出液与硫酸按溶液体积比固定为2:1 时乙醇的用量对盐析率的影响；2.2.3 固定浸出液、 NH42SO饱4 和水溶液与无水乙醉的体积比

11、为 2:1 ： 3取盐酸浸出液 120mL, NH42SO4饱和水溶液 60mL混合之后，加入无水乙醇进行分段盐析 : 当乙醇加入量为 45mL时，析出盐并抽滤 : 滤液中连续加入乙醇， 当乙醇加入量为 90mL. 135mL和180mL时，分别抽滤得到盐析产品；由此得到OmL-45mL, 45mL-90mL, 90mL-135mL, 135mL-180mL的分段盐析产品，用 X射线衍射方法作物相分析，考察乙醇的加入方式对盐析产品纯度的影响；2.3 3试验结果与分析欢迎下载精品学习资源2.3.1 盐析率NH42SO饱4和水溶液用量对钴盐析出率的影响欢迎下载精品学习资源当V1+V2 :V3=1:

12、1 时，在 NH42SO饱4 和水溶液用量小于 5mL时，随着其加入量的增多，钴盐析出率逐步上升，这与溶液的介电常数随电解质浓度上升而 降低的规律是一样的 : 介电常数的降低引起溶剂化能的削减，从而使钴盐析出率上升；过此之后，连续增加加入的 NH42SO饱4 和水溶液的量，当为 6mL时，钴盐析出率显现下降的反常现象，在试验中观看到此时溶液显现分层: 下层为淡红色的溶液，体积较小；上层为无色的溶液，体积较大；这种分层是另一种盐析作用盐对非电解质水溶液的盐析 :NH42SO4是一种很强的盐析剂，在水与乙醇混合的匀称溶液中，当其浓度达到肯定程度时，可使这两种能以任意比例互 溶的液体显现分相，分相导

13、致的结果是下相以水为主，而上相以乙醇为主；因 此下相溶液中乙醇含量削减，介电常数又显现上升的现象，使得钴盐的析出率 下降；同时，上相中含有的少量水也溶解了肯定量的钴，这也造成了钴盐析出 率的下降；当V1:V2=2:1 时，钴盐的析出率随乙醇加入量的增多先提高后降低，当加入的乙醇体积与水相体积比为 1:1 时，析出率达最大值，过此之后，连续增加乙醇的量，钴盐析出率显现下降的现象；析出率的提高是由于混合液中乙醇相对含 量的上升而使得介电常数下降，混合液的过饱和度增大；而析出率的下降，就 不仅仅是由于溶液介电常数的缘由，它仍涉及到溶剂分子蒸发热、溶剂结构、 溶剂化离子半径等的变化；范阿克尔和德博尔模

14、型将溶剂化能分解为三个部分，分别为溶剂分子的蒸欢迎下载精品学习资源发热、蒸发的水分子与离子相互作用的能量以及由此产生的溶剂化离子进入溶液放出的能量；乙醇的加入使溶液变为混合溶剂体系，与离子作用的溶剂分子己经不仅仅是原先的水分子，仍包括加入的乙醇分子，当乙醇的量较多时，其所引起的溶剂分子蒸发热、溶剂分子与离子的作用能、溶剂化离子半径等的转变将变得不行忽视，由此而所引起的溶剂化能的变化将变得显著；此时，这些因素的变化抵消了因介电常数下降引起的溶剂化能的减小，造成钴盐析出率又显现下降的趋势；23. 2 盐析产品纯度分析X射线衍射技术进行定量相分析是通过精确测定混合物中各相衍射强度，从而求出多相物质中

15、各相的含量；其理论基础是物质参加衍射的体积或重量与其所产生的衍射强度成正比；因而，可通过衍射强度的大小求出混合物中某相参加衍射的体积分数或重量分数；目前，定量相分析已经进展了多种方法，包括内标法、直接对比法、基体冲洗法、绝热法、无标法等；本试验采纳无标法对盐析产品进行纯度分析；无标法的优点是无需制备任何待测物相的纯物质、无需加入任何参考物质等，这样就克服了标样纯物质难于获得，或即使获得而与试样中该相的粒度、外形等差异而导致相当的误差的问题；2.4 4 试验小结由试验结果可知，利用盐析法从锂离子电池的正极浸出液回收钴盐是可行的: 在浸出液中加入饱和硫酸铵溶液和无水乙醇，可使Co2+, 以NH42

16、CoS042 的形式析出，当浸出液、硫酸铵溶液和乙醇的体积比为2:1:3 时， Co2+的析出率可达到 92%以上，具有较高的析盐率；由于加入盐析剂使溶液的过饱和度在瞬时增大，过高的过饱和度使析出的NH42CoSO4晶2 体颗粒细小，具有很大的比表面积，因此吸附严峻，能大量吸附溶液中的共存离子而使之共同析出，使得到的产品纯度降低，需进一步进行纯化处理；为明白决由吸附而产生的共同盐析问题，通过分段盐析减缓溶液过饱和度的增大趋势，可使对共存离子的吸附减弱，提高目标产品的纯度；通过XRD分析可知，盐析产品中含有 NH42CoSO4和2 AlSO42,Co2+先于A13+被盐析，利用分段盐析可提高钴盐

17、产品 NH42CoSO4的2 纯度，如通过进一步的处理仍可回收铝盐 NH4AlSO42虽然在实际操作中由于一些缘由而存在不同离子共同盐析的现象，但进行初步分别是可行的，而且共同盐析有望通过试验条件的改进而掌握，这样就有可能使分别效率提高；同时，盐析时不需要考虑调整溶液的pH，因此防止了酸碱试剂的消耗，也为盐析后剩余溶液的处置供应了便利；欢迎下载精品学习资源3 结论本文总结了废弃电池 包括锂离子电池 回收再生处理技术的讨论进展，在此基础上对废弃锂离子电池 LiCoO2电极的湿法浸出和浸出液中 Co的盐析回收进行了讨论；对于浸出液中 Co2+的分别回收，首次采纳了盐析的方法 : 通过在浸出液中加入

18、硫酸钱和乙醇来调整溶液的饱和度、使Co2+溶剂化能转变而重新结晶析出；初步探讨了饱和硫酸按溶液和乙醇用量对盐析率的影响本文首次采纳的盐析方法分别回收低浓度浸出液中的金属离子，是一个简易、经济、低能耗、环保的绿色技术；虽然目前该方法在对不同金属离子的分别效率仍不是很高，但是随着溶液理论的进展和现代仪器技术的进步，盐析的分别效率仍将有很大的提高空间；以下几个问题的进一步深化讨论与进展，将使盐析方法用于溶液中金属离子分别回收的工业化生产大大向前迈进 :1 溶剂结构、金属离子与溶剂分子的溶剂化作用机制及其对金属离子性质和溶剂结构的影响，这些将为盐析供应系统化的理论依据和数据资料；2 溶液过饱和度增加过

19、快使盐析的晶体盐分子颗粒过小、比表面积过大，这将造成对溶液中共存离子的吸附，因此，如何有效的掌握盐析过程中溶液过饱和度的增长速度、掌握盐析产品的粒径，将防止过大的比表面积引起的对溶液中共存离子的吸附，提高盐析产品的纯度；3 溶液中性质相近的离子，它们的盐析分别需要在很小的范畴内掌握溶剂化能的变化，这可通过信号放大的试验来完成: 将溶剂化能的表征因素溶液的介电常数通过仪器将其信号放大，这样能够更精确的掌握溶液中离子的析出；欢迎下载精品学习资源参考文献：1 吴宇平，万春荣，姜长印等 . 锂离子二次电池 . 北京: 化学工业出版社， 20022 吴芳. 从废旧锂离子二次电池中回收钴和锂 . 中国有色

20、金属学报，2004,144:697-703 申勇峰. 从废锂离子电池中回收钴 . 有色金属， 2004,54 4 :6 9-714 金泳勋，松田光明 . 用浮选法从废锂离子电池中回收锂钴氧化物，资源综合利用， 2003,79 :32 -375 黄子卿，电解质溶液理论导论 修订版.北京:科学出版社， 19836 丘利，胡玉和主编二 x 射线衍射技术及设备 . 北京: 冶金工业出版社， 1998 7L. 工. 安特罗波夫著 . 吴仲达，朱耀斌，吴万伟译 . 理论电化学 . 北京: 高等版社， 19828M.J. Lain. Recycling of lithium ion cells and batteries. Journals ofPower Sources ,97-982001:736-738931L.Pietrelli, B.Bellomo,D.Fontana, et al. Rare earths recovery from NiMHspent batteries.Hydrometallurgy,662002:135-13910 R.Burri,A.Weber.TheWimmisproject.JournalofPowerSources,571995:3 1-3511 专利介绍 : 用离子筛从废锂离子电池中分别回收锂 . 湿法冶金，20046:112欢迎下载