1.3 Séparation, récupération et utilisation des métaux précieux

La récupération et l'utilisation des métaux précieux dans les batteries lithium-ion usagées consistent principalement à récupérer les matières actives positives. Les méthodes de recyclage et de traitement des cathodes comprennent principalement la méthode biologique, la méthode de combustion à haute température, la méthode de dissolution acide et la méthode de dissolution électrochimique.

1.3.1 Loi biologique

La méthode biologique utilise la fonction métabolique des micro-organismes pour convertir les éléments métalliques de l'électrode positive en composés solubles et les dissoudre de manière sélective. Après avoir obtenu la solution métallique, les composants du matériau d'électrode positive sont séparés par des acides inorganiques, et enfin la séparation et la récupération des métaux précieux sont réalisées. . Jia Zhizhi et al. utilisé des ferrooxidanes et des thiooxidanes pour traiter les déchets de batteries lithium-ion. Cette méthode a un faible coût de récupération et est facile à réaliser à température et pression ambiantes. Cependant, l'inconvénient de cette méthode est que la souche n'est pas facile à cultiver et que la solution de lessivage est difficile à séparer. Zeng et al. ont utilisé des bactéries acidophiles pour utiliser le soufre et les ions ferreux comme sources d'énergie afin de métaboliser des produits tels que l'acide sulfurique et les ions de fer pour dissoudre les éléments métalliques dans les déchets de batteries lithium-ion. Cependant, la co-précipitation de Fe (III) avec d'autres éléments métalliques à une teneur plus élevée réduira la solubilité des métaux, affectera le taux de croissance des cellules biologiques et réduira le taux de dissolution des métaux. La méthode biologique a les caractéristiques d'un faible coût, d'une faible pollution et d'une réutilisabilité, et est devenue une direction de développement importante de la technologie de récupération des déchets de métaux précieux à ion lithium. Cependant, il a également des problèmes à résoudre, tels que la sélection et la culture de souches microbiennes, les conditions optimales de lixiviation et le mécanisme de biolixiviation des métaux. la co-précipitation de Fe (III) avec d'autres éléments métalliques à une teneur plus élevée réduira la solubilité des métaux, affectera le taux de croissance des cellules biologiques et réduira le taux de dissolution des métaux. La méthode biologique a les caractéristiques d'un faible coût, d'une faible pollution et d'une réutilisabilité, et est devenue une direction de développement importante de la technologie de récupération des déchets de métaux précieux à ion lithium. Cependant, il a également des problèmes à résoudre, tels que la sélection et la culture de souches microbiennes, les conditions optimales de lixiviation et le mécanisme de biolixiviation des métaux. la co-précipitation de Fe (III) avec d'autres éléments métalliques à une teneur plus élevée réduira la solubilité des métaux, affectera le taux de croissance des cellules biologiques et réduira le taux de dissolution des métaux. La méthode biologique a les caractéristiques d'un faible coût, d'une faible pollution et d'une réutilisabilité, et est devenue une direction de développement importante de la technologie de récupération des déchets de métaux précieux à ion lithium. Cependant, il a également des problèmes à résoudre, tels que la sélection et la culture de souches microbiennes, les conditions optimales de lixiviation et le mécanisme de biolixiviation des métaux. et est devenu une direction de développement importante de la technologie de récupération des déchets de métaux précieux au lithium-ion. Cependant, il a également des problèmes à résoudre, tels que la sélection et la culture de souches microbiennes, les conditions optimales de lixiviation et le mécanisme de biolixiviation des métaux. et est devenu une direction de développement importante de la technologie de récupération des déchets de métaux précieux au lithium-ion. Cependant, il a également des problèmes à résoudre, tels que la sélection et la culture de souches microbiennes, les conditions optimales de lixiviation et le mécanisme de biolixiviation des métaux.

1.3.2 Méthode de combustion à haute température

La méthode de combustion à haute température consiste à tremper le matériau cathodique retiré dans un solvant organique, puis à le brûler à haute température pour obtenir des métaux précieux. Les japonais Sony et Sumitomo Corporation ont immergé des batteries lithium-ion usagées dans de l'acide oxalique et les ont incinérées à 1 000 ℃ pour éliminer l'électrolyte et le séparateur, et ont réalisé le craquage de la batterie. Le matériau résiduel après incinération a été tamisé et séparé magnétiquement. Pour séparer Fe, Cu, Al et autres métaux. Les résultats montrent que lorsque la concentration en acide oxalique est de 1,00 mol·L-1, le rapport solide-liquide est de 40-45 g·L-1, et la solubilité est optimale sous agitation pendant 15-20 min à 80°C. Matsuda Guangming du Japon et al. trempé le matériau d'électrode positive puis utilisé la méthode de rupture mécanique pour le casser, puis utilisé le traitement thermique à haute température du four à moufle, la flottation et d'autres méthodes pour séparer le métal après la rupture mécanique. Cependant, cette méthode a une consommation d'énergie élevée et une température élevée, et produira des gaz résiduaires pour polluer l'environnement, et le métal obtenu a une teneur élevée en impuretés, ce qui nécessite une purification supplémentaire pour obtenir des matériaux métalliques de haute pureté.

1.3.3 Méthode de dissolution acide

Cette méthode fait référence à l'utilisation d'acide pour dissoudre le matériau d'électrode positive, puis à extraire le métal dans la solution avec un extractant organique pour obtenir la séparation des ions métalliques et pour obtenir des métaux précieux après traitement. A 80 °C, Halliper et al. oxyde de cobalt et de lithium dissous dans le matériau de la cathode des batteries lithium-ion à 1,5 mol/L et 0,9 mol/L H2SO4 et H2O2, respectivement. Zhou Tao et al. utiliser la solution d'ions cobalt obtenue ci-dessus, extraire le cuivre à l'aide de l'agent d'extraction AcorgaM5640, extraire le cobalt à l'aide de Cyanex 272, le taux de récupération du cuivre atteint 98 %, le taux de récupération du cobalt est de 97 % et le lithium restant peut être précipité avec du carbonate de sodium. sortir. Wang et al. utilisé de l'acide chlorhydrique pour dissoudre le matériau de la cathode, PC-88A a été utilisé comme extractant pour extraire les ions cobalt, et du sulfate de cobalt a été obtenu après un traitement ultérieur. L'avantage de cette méthode est que le métal obtenu est d'une grande pureté. L'inconvénient est que l'extractant est coûteux, toxique, nocif pour le corps humain et que le processus de traitement est plus compliqué.

1.3.4 Méthode de dissolution électrochimique

Dans cette méthode, le matériau d'électrode positive est utilisé comme cathode, le plomb est utilisé comme anode et la solution mixte d'acide inorganique (acide sulfurique ou acide chlorhydrique) et d'acide citrique ou de peroxyde d'hydrogène est utilisée comme électrolyte, et le une expérience d'électrolyse est réalisée pour précipiter le plasma de cobalt, puis l'agent d'extraction est utilisé pour extraire le métal. Chang Wei et al. utilisé 0,4 mol/L d'acide sulfurique et 36 g/L d'acide citrique comme électrolyte, et électrolysé à 25 °C pendant 120 min, le taux de lixiviation du cobalt a atteint 90,85 % et le taux de dissolution de l'aluminium était de 5,8 %. Lu Xiuyuan [18] a adopté la méthode d'expérience orthogonale, en utilisant 3 mol/L d'acide sulfurique et 2,4 mol/L de peroxyde d'hydrogène, le temps de réaction était de 20 min et le taux de lixiviation du cobalt atteignait 99,6 %. La méthode de dissolution électrochimique est relativement simple et réalisable, et le taux de lixiviation des métaux précieux est élevé, mais la consommation d'énergie pendant le processus d'électrolyse est relativement importante, il est donc encore nécessaire de continuer à améliorer la méthode électrochimique pour la rendre adaptée aux grands -production à grande échelle. Au cours du processus d'électrolyse, l'équation de réaction d'électrolyse qui se produit est :

cathode :
LiCoO2+4H++e-=Li++Co2++2H2O2H++2e=H2(g)

anode :
2H2O-4e-=O2(g)+4H+

2 Recyclage et valorisation des batteries lithium-ion usagées

(1 ) Dans le processus de démantèlement et de broyage des batteries lithium-ion usagées, l'effet de séparation n'est toujours pas idéal. Par conséquent, le démontage et le broyage sûrs et efficaces des batteries lithium-ion usagées sont une condition préalable au recyclage des batteries usagées.

(2) À l'heure actuelle, dans le processus de recherche de métaux précieux dans les déchets de batteries lithium-ion, le processus de récupération des métaux précieux est principalement basé sur la méthode humide. Cette méthode utilise des substances chimiques telles que l'acide et l'alcali, qui produiront des gaz résiduaires nocifs et des déchets liquides, ce qui causera certains dommages aux personnes et à l'environnement. Par conséquent, la pollution secondaire dans le processus est également un problème important à résoudre.

(3) Dans le processus de récupération des métaux précieux des déchets de batteries lithium-ion, la plupart d'entre eux se concentrent sur la récupération des métaux précieux dans les matériaux cathodiques. Négliger l'électrode négative et l'électrolyte. En particulier, l'électrolyte est principalement composé de solvants organiques à haute concentration, de sels de lithium d'électrolyte, d'additifs et d'autres matières premières. Ces substances sont toxiques et polluent l'environnement. Par conséquent, il est nécessaire de trouver des alternatives à ces matériaux pour réduire les dommages de l'électrolyte à l'environnement.

(4) La plupart des recherches actuelles portent principalement sur les batteries au lithium fer phosphate dans les déchets de batteries lithium-ion, et il y a moins de recherche sur les batteries nickel-cobalt lithium manganate et lithium fer phosphate. Par conséquent, la portée de la recherche doit être élargie et le processus de recyclage de différents types de batteries lithium-ion doit être développé, de sorte que les métaux précieux de divers types de déchets de batteries lithium-ion puissent être efficacement recyclés.

3Conclusion

En résumé, le recyclage des déchets de batteries lithium-ion est encore au stade de laboratoire, et le processus d'industrialisation est relativement lent. Dans le recyclage et le traitement des déchets de batteries lithium-ion, il existe encore des problèmes de démantèlement en toute sécurité, d'amélioration du taux de récupération des métaux précieux dans les matériaux cathodiques tout en évitant la pollution secondaire, de traitement de l'électrolyte des déchets de batteries dans une voie verte et comment améliorer efficacement le processus de recyclage. des avantages économiques et des effets environnementaux améliorés. Par conséquent, il est urgent de renforcer la recherche sur la récupération, le traitement et l'utilisation des batteries lithium-ion à l'avenir, afin de réaliser véritablement la récupération et le recyclage écologiques des batteries usagées. "