Извлечение никеля, кобальта и марганца из отработанных катодов NMC методом выщелачивания малоновой кислотой
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc23(4)513-522Ключевые слова:
отработанные литий-ионные аккумуляторы, катодный материал NMC, гидрометаллургия, выщелачивание, малоновая кислота, переработка, зеленая химияАннотация
Настоящее исследование рассматривает возможность использования малоновой кислоты в качестве самостоятельного выщелачивающего агента для извлечения никеля, кобальта и марганца из катодной массы типа NMC без добавления внешних восстановителей. Проведена систематическая оптимизация параметров процесса выщелачивания, включая концентрацию кислоты, температуру, соотношение твердой и жидкой фаз и время контакта. Установлено, что оптимальные условия процесса составляют: концентрация малоновой кислоты 2 М, соотношение твердое/жидкое 20 г/л, температура 60 °C и время контакта 80-90 мин. При этих параметрах достигаются степени извлечения 98% для никеля, 97% для марганца и 93% для кобальта. Повышение температуры выше 60 °C приводит к снижению эффективности вследствие термического декарбоксилирования малоновой кислоты. Добавление перекиси водорода при оптимальных условиях не улучшает, а наоборот снижает эффективность извлечения. Высокая эффективность обусловлена двойной функцией малоновой кислоты, которая одновременно выступает агентом кислотного разрушения оксидной решетки и хелатирующим лигандом, стабилизирующим ионы металлов в растворе.Библиографические ссылки
(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
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 А.А. Елагина, А.А. Стародубцева, Т.В. Кан, С.Д. Мәлік, Я.С. Жигаленок, Ф.И. Мальчик
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Как цитировать
