1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теоретические основы химической технологии
  4. T. 57, № 5, 2023

Теоретические основы химической технологии, 2023, T. 57, № 5, стр. 553-562

Выделение концентрата Ti(IV) из отработанных литий-ионных аккумуляторов

А. В. Кожевникова a, Е. С. Уварова a, b, Н. А. Милевский a, Ю. А. Заходяева a, *, А. А. Вошкин a

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Москва, Россия

b Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Москва, Россия

* E-mail: yz@igic.ras.ru

Поступила в редакцию 28.07.2023
После доработки 29.07.2023
Принята к публикации 30.07.2023

Аннотация

Литий-титанатные аноды все чаще начинают применяться в реальном производстве литий-ионных аккумуляторов ввиду их преимуществ в скорости заряда/разряда и безопасности использования относительно графитных анодов. Помимо высокого содержания кобальта и лития, добавление титана в состав аккумуляторов еще сильнее поднимает их стоимость, и вопрос переработки таких батарей становится крайне актуальным. В рамках данной статьи проведен сравнительный анализ гидрометаллургической переработки батарей, содержащих литий-титанатный анод и никель-марганец-кобальтовый катод, методом выщелачивания минеральными кислотами: серной и соляной. Показаны зависимости степени выщелачивания металлов из реальных образцов анода и катода в их смеси в зависимости от концентрации минеральной кислоты, вспомогательных добавок, соотношения твердое тело : жидкость, а также получены температурные и кинетические зависимости данного процесса. По результатам качественного и количественного анализа растворов выщелачивания были предложены условия проведения процесса выщелачивания для дальнейшего экстракционного разделения. Показано, что целесообразно двухэтапное последовательное выщелачивание соляной, а затем серной кислотой с выделением концентрата титана. Важным аспектом работы является изучение совместного выщелачивания катода и анода, поскольку в известных процессах механической переработки отсутствует стадия их разделения.

Ключевые слова: выщелачивание, литий-ионные аккумуляторы, литий-титанатный анод, разделение, гидрометаллургия

Список литературы

  1. IEA (2023), Global EV Outlook 2023, IEA, Paris Https://Www.Iea.Org/Reports/Global-Ev-Outlook-2023, License: CC BY 4.0;

  2. Xuan W., de Souza Braga A., Korbel C., Chagnes A. New Insights in the Leaching Kinetics of Cathodic Materials in Acidic Chloride Media for Lithium-Ion Battery Recycling. Hydrometallurgy 2021, 204, 105705, https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105705

  3. Liu C., Lin J., Cao H., Zhang Y., Sun Z. Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries in View of Lithium Recovery: A Critical Review. J. Clean Prod 2019, 228, 801–813, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.304

  4. Shishov A., Chromá R., Vakh C., Kuchár J., Simon A., Andruch V., Bulatov A. In Situ Decomposition of Deep Eutectic Solvent as a Novel Approach in Liquid-Liquid Microextraction. Anal Chim Acta 2019, 1065, 49–55, https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.03.038

  5. Shishov A., Bulatov A., Locatelli M., Carradori S., Andruch V. Application of Deep Eutectic Solvents in Analytical Chemistry. A Review. Microchemical J. 2017, 135, 33–38, https://doi.org/10.1016/j.microc.2017.07.015

  6. Zinov’eva I.V., Fedorov A.Ya., Milevskii N.A., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Dissolution of Metal Oxides in a Choline Chloride–Sulphosalicylic Acid Deep Eutectic Solvent. Theoretical Foundations of Chemical Engineering 2021, 55, 663–670, https://doi.org/10.1134/S0040579521040370

  7. Abbott A.P., Capper G., Davies D.L., McKenzie K.J., Obi S.U. Solubility of Metal Oxides in Deep Eutectic Solvents Based on Choline Chloride. J. Chem Eng. Data 2006, 51, 1280–1282, https://doi.org/10.1021/je060038c

  8. Pateli I.M., Thompson D., Alabdullah S.S.M., Abbott A.P., Jenkin G.R.T., Hartley J.M. The Effect of PH and Hydrogen Bond Donor on the Dissolution of Metal Oxides in Deep Eutectic Solvents. Green Chemistry 2020, 22, 5476–5486, https://doi.org/10.1039/D0GC02023K

  9. Cao J., Chen L., Li M., Cao F., Zhao L., Su E. Two-Phase Systems Developed with Hydrophilic and Hydrophobic Deep Eutectic Solvents for Simultaneously Extracting Various Bioactive Compounds with Different Polarities. Green Chemistry 2018, 20, 1879–1886, https://doi.org/10.1039/C7GC03820H

  10. Spathariotis S., Peeters N., Ryder K.S., Abbott A.P., Binnemans K., Riaño S. Separation of Iron(III), Zinc(II) and Lead(II) from a Choline Chloride–Ethylene Glycol Deep Eutectic Solvent by Solvent Extraction. RSC Adv 2020, 10, 33161–33170, https://doi.org/10.1039/D0RA06091G

  11. Mokhodoeva O., Maksimova V., Shishov A., Shkinev V. Separation of Platinum Group Metals Using Deep Eutectic Solvents Based on Quaternary Ammonium Salts. Sep Purif Technol 2023, 305, 122427, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.122427

  12. Wazeer I., Hizaddin H.F., Hashim M.A., Hadj-Kali M.K. An Overview about the Extraction of Heavy Metals and Other Critical Pollutants from Contaminated Water via Hydrophobic Deep Eutectic Solvents. J. Environ Chem Eng 2022, 10, 108574, https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.108574

  13. Zinov’eva I.V., Kozhevnikova A.V., Milevskii N.A., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Extraction of Cu(II), Ni(II), and Al(III) with the Deep Eutectic Solvent D2EHPA/Menthol. Theoretical Foundations of Chemical Engineering 2022, 56, 221–229, https://doi.org/10.1134/S0040579522020178

  14. Ku H., Jung Y., Jo M., Park S., Kim S., Yang D., Rhee K., An E.-M., Sohn J., Kwon K. Recycling of Spent Lithium-Ion Battery Cathode Materials by Ammoniacal Leaching. J. Hazard Mater 2016, 313, 138–146, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.03.062

  15. Chen H., Gu S., Guo Y., Dai X., Zeng L., Wang K., He C., Dodbiba G., Wei Y., Fujita T. Leaching of Cathode Materials from Spent Lithium-Ion Batteries by Using a Mixture of Ascorbic Acid and HNO3. Hydrometallurgy 2021, 205, 105746, https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105746

  16. Zhang P., Yokoyama T., Itabashi O., Suzuki T.M., Inoue K. Hydrometallurgical Process for Recovery of Metal Values from Spent Lithium-Ion Secondary Batteries. Hydrometallurgy 1998, 47, 259–271, https://doi.org/10.1016/S0304-386X(97)00050-9

  17. Sun L., Qiu K. Vacuum Pyrolysis and Hydrometallurgical Process for the Recovery of Valuable Metals from Spent Lithium-Ion Batteries. J. Hazard Mater 2011, 194, 378–384, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.07.114

  18. Https://Www.Kbkeurope.de/Products-Service/LTO-Battery-for-EV-Bus.

  19. Mei J., Cheng E.K.W., Fong Y.C. Lithium-Titanate Battery (LTO): A Better Choice for High Current Equipment. In Proceedings of the 2016 International Symposium on Electrical Engineering (ISEE); IEEE, December 2016; pp. 1–4.

  20. Bhar M., Ghosh S., Krishnamurthy S., Kaliprasad Y., Martha S.K. A Review on Spent Lithium-Ion Battery Recycling: From Collection to Black Mass Recovery. RSC Sustainability 2023, https://doi.org/10.1039/D3SU00086A

  21. van Dyk J.P., Vegter N.M., Pistorius P.C. Kinetics of Ilmenite Dissolution in Hydrochloric Acid. Hydrometallurgy 2002, 65, 31–36, https://doi.org/10.1016/S0304-386X(02)00063-4

  22. Imahashi M., Takamatsu N. The Dissolution of Titanium Minerals in Hydrochloric and Sulfuric Acids. Bull Chem Soc Jpn 1976, 49, 1549–1553, https://doi.org/10.1246/bcsj.49.1549

  23. Chen W.-S., Ho H.-J. Recovery of Valuable Metals from Lithium-Ion Batteries NMC Cathode Waste Materials by Hydrometallurgical Methods. Metals (Basel) 2018, 8, 321, https://doi.org/10.3390/met8050321

  24. Tang W., Chen X., Zhou T., Duan H., Chen Y., Wang, J. Recovery of Ti and Li from Spent Lithium Titanate Cathodes by a Hydrometallurgical Process. Hydrometallurgy 2014, 147–148, 210–216, https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.05.013

  25. Nguyen T.H., Lee M.S. A Review on the Recovery of Titanium Dioxide from Ilmenite Ores by Direct Leaching Technologies. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review 2019, 40, 231–247, https://doi.org/10.1080/08827508.2018.1502668

  26. Zhao Y., Liu B., Zhang L., Guo S. Microwave Pyrolysis of Macadamia Shells for Efficiently Recycling Lithium from Spent Lithium-Ion Batteries. J Hazard Mater 2020, 396, 122740, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122740

  27. Vieceli N., Benjamasutin P., Promphan R., Hellström P., Paulsson M., Petranikova M. Recycling of Lithium-Ion Batteries: Effect of Hydrogen Peroxide and a Dosing Method on the Leaching of LCO, NMC Oxides, and Industrial Black Mass. ACS Sustain Chem Eng 2023, 11, 9662–9673, https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c01238

  28. Kozhevnikova A.V., Zinov’eva I.V., Zakhodyaeva Y.A., Baranovskaya V.B., Voshkin A.A. Application of Hydrophobic Deep Eutectic Solvents in Extraction of Metals from Real Solutions Obtained by Leaching Cathodes from End-of-Life Li-Ion Batteries. Processes 2022, 10, 2671, https://doi.org/10.3390/pr10122671

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теоретические основы химической технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал