بازيافت فلزات ارزشمند از باتري‌هاي ليتيوم-يوني مستعمل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندس مواد و متالورژي

كارشناسي ارشد

گسترش كاربرد و استفاده از باتري‌هاي ليتيوم-يوني در مصارف خانگي، صنعتي، حمل‌ونقل و پزشكي سبب شد تا مقولۀ توليد و امحاي آن‌ به چالشي مهم براي جهان امروز بدل شود. تأمين مواداوليه براي توليد، سرعت فزايندۀ توليد و مصرف، خطرات زيست‌محيطي باتري‌هاي ليتيوم-يوني مستعمل و عيار بالاي فلزات ارزشمند و صنعتي موجود در تركيب باتري‌ها حاوي تركيبات فلز اكسيدي ليتيوم، كبالت، نيكل، منگنز و آلومينيوم دلايل محكمي براي بازيافت به شمار مي‌آيد. از اين رو پژوهش با هدف بازيابي فلزات ارزشمند و صنعتي موجود در تركيب كاتد باتري‌هاي ليتيوم-يوني مستعمل، حذف و يا كاهش خطرات زيست‌محيطي، تأمين مواداوليه و ايجاد يك حلقۀ بسته از توليد تا مصرف و كاهش استفاده از منابع اوليه آغاز شد. از ميان روش‌هاي پيرومتالورژي، هيدرومتالورژي و بيوهيدرومتالورژي، روش هيدرومتالورژي به دليل بازدهي و سرعت توليد بالا، سازگاري بيشتر با محيط‌زيست و توليد آلاينده‌هاي كمتر روش بهينه و مناسب تشخيص داده شد. در مراحل آماده‌سازي نمونه و به كمك فرآيندهاي تخليۀ الكتريكي، باز كردن باتري و تفكيك كاتد از ساير بخش‌هاي تشكيل‌دهنده، خردايش مكانيكي و الك كردن، پودر مناسبي براي فرآيند انحلال تهيه گرديد. در فرآيند مذكور از محلول‌هاي اسيدي و قليايي استفاده شد كه در ميان دو نوع اسيد معدني و آلي، اسيد آلي مانند سيتريك اسيد، اگزاليك اسيد و فسفريك اسيد با خاصيت‌هايي از قبيل اسيديتۀ بالا، آلايندگي كم و امكان بازيابي و استفادۀ مجدد در اولويت مصرف قرار گرفت. محصول هر فرآيند انحلال شامل رسوب پودري و محلول حاوي فلزات هدف بود. به كمك فرآيند فيلتر رسوب به دست آمده از محلول جدا شده و پس از خشك شدن و حذف رطوبت موجود، در فرآيند انحلال بعدي مورداستفاده قرار گرفت تا فلزي ديگر از ساير فلزات موجود در تركيب پودر جدا گردد. فلزات انحلال يافته در محلول نيز به كمك فرآيند رسوب‌گذاري و با افزودن يك تركيب نمك فلزي ديگر رسوب داشته و ساير فلزات موجود در محلول جدا مي‌شد. در مرحلۀ اول انحلال و با هدف حذف آلومينيوم از تركيب پودر، محلول اگزاليك اسيد با انحلال بيش از 99 درصد آلومينيوم و 96 درصد ليتيوم و هم‌چنين رسوب‌دهي بيش از 99 درصد از تركيب فلزات كبالت، نيكل، منگنز و آهن به عنوان بهينه‌ترين گزينه تعيين گردد. در انحلال مرحلۀ دوم نيز با هدف بازيابي كبالت، رسوب به دست آمده از انحلال مرحلۀ اول با اگزاليك اسيد، در محلول حاوي سولفوريك اسيد به عنوان محلول پايه و سيتريك اسيد به عنوان احياكننده انحلال يافت كه توانست ضمن انحلال بيش از 99 درصد نيكل و منگنز، رسوبي حاوي 95 درصد تركيبات كبالت و 3 درصد ليتيوم را ته‌نشين نمايد و به عنوان بهينه‌ترين گزينۀ مرحلۀ دوم انحلال معرفي گردد. محلول حاوي تركيبات ليتيوم و آلومينيوم محصول از انحلال مرحلۀ اول نيز در رسوب‌گذاري مرحلۀ اول مورداستفاده قرار گرفت. در اين مرحله اضافه شدن سديم كربنات سبب شد تا رسوب‌دهي ليتيوم كربنات با بازدهي 85 درصد انجام شده و محلولي حاوي تركيبات آلومينيومي برجاي بماند. در مرحلۀ سوم رسوب‌گذاري نيز از محلول به دست آمده از انحلال مرحلۀ دوم حاوي تركيبات نيكل و منگنز استفاده شد كه با افزودن آمونيوم كلريد، تركيب پودري منگنز دي‌اكسيد با بازدهي 88 درصدي رسوب نموده و محلول حاوي تركيبات نيكلي بود. در ادامۀ پژوهش مذكور نيز توصيه مي‌شود كه به منظور بازيابي دو فلز آلومينيوم و نيكل موجود در محلول‌هاي حاصل از رسوب‌گذاري‌هاي مراحل اول و سوم، از روش الكتروشيمي استفاده شود.

230766

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان