Қолданыстан шыққан NMC катодтарынан никель, кобальт және марганецті малон қышқылымен шаймалау әдісі арқылы бөліп алу
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc23(4)513-522Кілт сөздер:
қолданыстан шыққан литий-ионды аккумуляторлар, NMC катодтық материалы, гидрометаллургия, шаймалау, малон қышқылы, қайта өңдеу, жасыл химияАңдатпа
Бұл зерттеуде малон қышқылын сыртқы тотықсыздандырғыштарды қоспай, NMC катодты пастасынан никельді, кобальтты және марганецті алу үшін дербес шаймалау агенті ретінде пайдалану мүмкіндігі қарастырылады.Қышқыл концентрациясын, температураны, қатты заттың сұйықтыққа қатынасын және жанасу уақытын қоса алғанда, шаймалау процесінің параметрлерін жүйелі түрде оңтайландыру жүргізілді.Процестің оңтайлы шарттары ретінде малон қышқылының концентрациясы 2 М, қатты/сұйық фазалар арақатынасы 20 г/л, температура 60 °C және жанасу уақыты 80-90 мин екені анықталды. Осы параметрлерде никель үшін 98%, марганец үшін 97% және кобальт үшін 93% деңгейіндегі бөлініп шығу дәрежесіне қол жеткізілді.Температураны 60 °C-тан жоғары көтеру малон қышқылының термиялық декарбоксилденуі салдарынан процестің тиімділігінің төмендеуіне әкеледі.Оңтайлы шарттарда сутек асқын тотығын қосу бөлініп шығу тиімділігін арттырмай, керісінше төмендетеді.Жоғары тиімділік малон қышқылының қосарлы функциясымен түсіндіріледі: ол бір мезгілде оксидтік торды қышқылдық бұзатын агент және ерітіндіде металл иондарын тұрақтандыратын хелаттаушы лиганд ретінде қызмет атқарады.Әдебиеттер тізімі
(1) J.C.-Y. Jung, P.-C. Sui, J. Zhang. A review of recycling spent lithium-ion battery cathode materials using hydrometallurgical treatments, J. Energy Storage, 35 (2021) 102217. Crossref
(2) X. Tang, P. Li, Z. Zhao, et al. Recovery of valuable metals and modification of cathode materials from spent lithium-ion batteries, J. Alloys Compd., 874 (2021) 159853. Crossref
(3) X. Xia, P. Li. A review of the life cycle assessment of electric vehicles: Considering the influence of batteries, Sci. Total Environ., 814 (2022) 152870. Crossref
(4) P. Li, X. Xia, J. Guo. A review of the life cycle carbon footprint of electric vehicle batteries, Sep. Purif. Technol., 296 (2022) 121389. Crossref
(5) S. Zhou, Y. Zhang, Q. Meng, et al. Recycling of LiCoO₂ cathode material from spent lithium ion batteries by ultrasonic enhanced leaching and one-step regeneration, J. Environ. Manage., 277 (2021) 111426. Crossref
(6) J. Lie, J.-C. Liu. Closed-vessel microwave leaching of valuable metals from spent lithium-ion batteries (LIBs) using dual-function leaching agent: Ascorbic acid, Sep. Purif. Technol., 266 (2021) 118458. Crossref
(7) P. Liu, L. Xiao, Y. Chen, et al. Recovering valuable metals from LiNixCoyMn1−x−yO₂ cathode materials of spent lithium ion batteries via a combination of reduction roasting and stepwise leaching, J. Alloys Compd., 783 (2019) 743–752. Crossref
(8) W. Yu, Y. Guo, S. Xu, et al. Comprehensive recycling of lithium-ion batteries: Fundamentals, pretreatment, and perspectives, Energy Storage Mater., 54 (2023) 172–220. Crossref
(9) P.M. Tembo, C. Dyer, V. Subramanian. Lithium-ion battery recycling – a review of the material supply and policy infrastructure, NPG Asia Mater., 16 (2024) 43. Crossref
(10) J. Piątek, S. Afyon, T. M. Budnyak, et al. Sustainable Li-Ion Batteries: Chemistry and Recycling, Adv. Energy Mater., 11 (2021) 2003456. Crossref
(11) R. Sommerville, J. Shaw-Stewart, V. Goodship, et al. A review of physical processes used in the safe recycling of lithium ion batteries, Sustain. Mater. Technol., 25 (2020) e00197. Crossref
(12) E. Fan, L. Li, Z. Wang, et al. Sustainable Recycling Technology for Li-Ion Batteries and Beyond: Challenges and Future Prospects, Chem. Rev., 120 (2020) 7020–7063. Crossref
(13) D. Patil, S. Chikkamath, S. Keny, et al. Rapid dissolution and recovery of Li and Co from spent LiCoO₂ using mild organic acids under microwave irradiation, J. Environ. Manage., 256 (2020) 109935. Crossref
(14) J.-W. Choi, J. Kim, S.-K. Kim, et al. Simple, green organic acid-based hydrometallurgy for waste-to-energy storage devices: Recovery of NiMnCoC₂O₄ as an electrode material for pseudocapacitor from spent LiNiMnCoO₂ batteries, J. Hazard. Mater., 424 (2022) 127481. Crossref
(15) L. Li, E. Fan, Y. Guan, et al. Sustainable Recovery of Cathode Materials from Spent Lithium-Ion Batteries Using Lactic Acid Leaching System, ACS Sustain. Chem. Eng., 5 (2017) 5224–5233. Crossref
(16) X. Chen, C. Luo, J. Zhang, et al. Sustainable Recovery of Metals from Spent Lithium-Ion Batteries: A Green Process, ACS Sustain. Chem. Eng., 3 (2015) 3104–3113. Crossref
(17) J.-S. Sohn, S.-M. Shin, D.-H. Yang, et al. Comparison of Two Acidic Leaching Processes for Selecting the Effective Recycle Process of Spent Lithium ion Battery, Geosystem Eng., 9 (2006) 1–6. Crossref
(18) L.-P. He, S.-Y. Sun, Y.-Y. Mu, et al. Recovery of Lithium, Nickel, Cobalt, and Manganese from Spent Lithium-Ion Batteries Using l-Tartaric Acid as a Leachant, ACS Sustain. Chem. Eng., 5 (2017) 714–721. Crossref
(19) E. Fan, J. Li, L. Li, et al. Leaching Mechanisms of Recycling Valuable Metals from Spent Lithium-Ion Batteries by a Malonic Acid-Based Leaching System, ACS Appl. Energy Mater., 3 (2020) 8532–8542. Crossref
(20) L. Sohbatzadeh, S. Shafaei Tonkaboni, M. Noaparast, et al. A Comparative Study of Malonic and l-Glutamic Acids for Metal Leaching from Spent Lithium-Ion Batteries: Kinetic and Optimization Analysis, Minerals, 13 (2023) 1104. Crossref
(21) P. Li, X. Xue, J. Huang, et al. Optimization of Synergistic Leaching of Valuable Metals from Spent Lithium-Ion Batteries by the Sulfuric Acid–Malonic Acid System Using Response Surface Methodology, ACS Appl. Mater. Interfaces, 14 (2022) 11359–11374. Crossref
(22) K. Davis, G. P. Demopoulos. Hydrometallurgical recycling technologies for NMC Li-ion battery cathodes: current industrial practice and new R&D trends, RSC Sustain., 1 (2023) 1932–1951. Crossref
(23) S. Badre-Eddine, L. Muhr, A. Chagnes. Innovative Integration of Citric Acid Leaching and Electrodialysis for Selective Lithium Recovery from NMC Cathode Material, Metals (Basel)., 15 (2025) 598. Crossref
(24) G. A. Hall. The Kinetics of the Decomposition of Malonic Acid in Aqueous Solution, J. Am. Chem. Soc., 71 (1949) 2691–2693. Crossref
(25) N. Gunawardena, T. Brill. Spectroscopy of Hydrothermal Reactions 15. The pH and Counterion Effects on the Decarboxylation Kinetics of the Malonate System, J. Phys. Chem. A, 105 (2001) 1876–1883. Crossref
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2025 А.А. Елагина, А.А. Стародубцева, Т.В. Кан, С.Д. Мәлік, Я.С. Жигаленок, Ф.И. Мальчик
Бұл жұмыс Creative Commons атрибуты бойынша лицензияланған. 4.0 Халықаралық лицензия.
Дәйексөзді қалай келтіруге болады
