【废旧锂电回收】ACESCE：通过废石墨辅助选择性硫酸化工艺回收锂电中 Li2CO3、Co3O4的可持续工艺—Minyu He

文摘 2024-09-30 18:30 北京

【论文链接】

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c02488

【作者单位】

重庆大学

【论文摘要】

从废旧锂离子电池(LIBs)中回收有价金属对环境保护和资源可持续性至关重要。在本研究中，提出了一种新的加速选择性硫酸焙烧工艺，用于在废石墨的辅助下从废LiCoO₂(LCO)阴极中回收有价金属。在硫酸化反应中，废锂中的废石墨通过加速CoSO₄的分解，促进了锂的选择性萃取。在焙烧温度为600℃、硫酸亚铁与LCO质量比为1.4:1、碳与LCO质量比为20%的最佳条件下，锂和钴的浸出效率分别约为99.29%和0.17%。通过实验和密度泛函理论(DFT)的计算，确定了LCO的硫化机理，并遵循了两条途径。首先，将具有立方晶体结构的硫酸亚铁晶体进行脱硫，释放出SO₂。其次，生成的SO₂在与LCO的气固硫酸酸化反应中发挥了重要作用。在600℃的高温下，碳的存在加速了选择性磺化反应。DFT计算进一步证实，碳的加入显著降低了硫酸盐钴分解中速率控制步骤的能垒，从而加速了锂和钴的分离。该研究为加速选择性硫酸化反应提供了基础见解，有助于未来从废LIBs中优先回收锂的方法的发展。

【实验方法】

硫化焙烧--水浸：

将干燥后的阴极粉、阳极粉或活性炭与废硫酸亚铁在陶瓷坩埚中混合。在初步研究的基础上，确定了阳极粉或活性炭与LCO阴极粉的重量比(0、10、20、30、40 wt %)，硫酸亚铁与LCO的质量比(1:1、1.4:1为化学计量比，2:1、3:1、4:1)。一旦完全混合，所得到的混合物被转移到马弗炉(TNX1400)中，在空气中以10°C/min的加热速度进行选择性硫酸焙烧。焙烧过程包括一系列持续时间(10、30、60、120、180分钟)和温度(400、500、600、700、800°C)。应该提到的是，在这个过程中会释放出一些多余的二氧化碳，因此需要一个吸收/洗涤装置。由于二氧化碳浓度低，氨吸收可能是一种替代方法。

焙烧样品在浸出前进行研磨。超纯水用于浸出过程在100毫升的玻璃烧杯与磁性搅拌器。浸出条件为固液比40 g/L，在室温条件下进行。

Li₂CO₃和Co₃O₄的制备：

为了便于蒸发，将富锂溶液加热并在95℃以上搅拌。为了沉淀锂，将碳酸钠逐渐加入到溶液中，锂与碳酸钠的摩尔比为1:1.3.48，将pH调节到11以上。得到的锂沉淀在95°C以上的水浴中陈化。过滤然后进行干燥，得到Li₂CO₃的最终产物。经过水浸过程，得到了一种残渣。在这个过程中，固体废硫酸亚铁作为还原剂(在水条件下，超过90°C)。剩余的残渣随后在反应釜中与硫酸溶液反应。反应持续12小时，生成含有Co和Fe的硫酸盐溶液。在不同pH下，用NH₃·H₂O溶液对Fe−Co硫酸盐溶液进行沉淀和分离。得到的沉淀物在800℃左右进一步焙烧，得到高纯度的Co₃O₄。

【图文摘取】

【主要结论】

本研究表明，废硫酸亚铁辅助硫酸焙烧技术可以有效地从废LiCoO₂电池中提取锂和钴。焙烧产物中，锂选择性转化为水溶性Li₂SO₄，沉淀为碳酸锂产物。含CoFe₂O₄和Co₃O₄的浸出渣可以用含硫酸亚铁的酸性溶液进一步浸出、沉淀和焙烧，得到有价值的Co₃O₄和Fe₂O₃。结合各种表征、热力学分析和DFT计算，揭示了硫酸亚铁与阳极材料在焙烧过程中的协同作用机理。可以得出以下几点结论：

(1)研究表明，最佳焙烧条件为600℃，硫酸亚铁与LiCoO₂质量比为1.4:1，负极材料添加量为LCO的20%。反应时间为120 min, Li的浸出率约为88.58%，Co的浸出率为1.20%，Fe几乎没有浸出。此外，用多孔结构活性炭代替阳极材料，锂浸出效率达到99.29%，钴浸出效率达到0.17%，取得了显著的改善。

(2)在碳和硫的协同作用下，LCO的硫化机制有两条途径。具有立方晶体结构的结晶硫酸亚铁失去结晶水，发生脱硫，释放出SO₂。生成的SO₂在LiCoO₂中与锂的选择性反应中起重要作用。随着温度的升高，阳极材料的加入加速了选择性硫酸化反应。负极材料作为还原剂，促进硫酸钴的分解，导致钴锂过早分离。

(3) DFT计算进一步证实，碳的加入降低了CoSO₄分解的能垒，降低了分解温度，从而加速了锂的选择性硫酸化。

碳碳碳友会

介绍新能源循环利用方式，创造清洁世界，助力碳中和碳达峰。

【废旧NCM回收】CEJ：新型焙烧-废水电解辅助废旧锂离子电池闭环NCM前驱体再合成工艺的设计与运行优化—SunwooKim

【金属回收】SPT：功能性聚叔胺大孔树脂的制备及其对钨和钼的吸附分离性能—Tiantian Shi

【废旧NCM回收】JECE：混酸浸废锂离子电池共沉淀法制备热敏陶瓷的实验方法、结构及机理—NiAi

【光伏组件回收】EIAR:预测中国未来光伏废物的产生：应对挑战，探索未来的回收解决方案—Guangzheng Wang

【废旧NCM回收】ACB：从废旧三元锂离子电池中回收有价金属，用于具有高熵配位的多活性位点电催化剂—YongbinXu

【光伏组件回收】RCR: 光伏组件回收过程中重金属去除的水处理方法综述—Shuang Song

【金属回收】SPT：从碱液中结晶回收铌化合物—Cassia Ribeiro Souza

【金属回收】SPT：从含钛和铁杂质的H₂SO₄溶液中分离和提取铌—Linquan Sun

【光伏组件回收】PT: 硅光伏板回收利用中旋转振动筛分工艺的设计与优化：颗粒尺度模型研究—Xin Jin

【废旧锂电池回收】SPT：采用氯化铵溶剂热法从废旧锂离子电池中高选择性、高效率地提取锂—ZhengjunPeng

【金属回收】RCR：一种新型膜集成可持续技术用于回收工业下游废水中的钼—Ramesh Kumar

【金属回收】JCP：利用可循环硫化剂实现了钨酸盐溶液中钼的绿色分离和回收—Jiawei Du

【光伏组件回收】JCP: 基于不同生产和废物处理情景的中国各省太阳能电池板的碳足迹—Miaorui An

【光伏组件回收】SE:太阳能光伏回收策略—Zita Ngagoum Ndalloka

【废旧锂电池回收】AFM：通过直接回收和改性从废旧锂离子电池中回收的单晶Ncm的高倍率性能—KaipeiWang

【光伏组件回收】SE: 下一代光伏回收利用的逆向物流网络：前景与挑战—Eleftherios Iakovou

【光伏组件回收】CEJ: 回收废晶硅光伏组件的生命周期评价：传统与绿色溶剂回收工艺的比较—Yuxiu Duan

【金属回收】SPT：钨矿历史遗留废渣的表征、潜在有价值金属的回收及修复—Zhengdong Han

【废旧锂电池回收】GC：通过再利用废弃的咖啡粉，实现废旧锂离子电池正极活性材料的可持续再生—Md.AnikHasan

【废旧NCM回收】AFM：利用选择性协同配位作用，实现废旧三元锂离子电池中关键金属元素的短时高效回收—TianchiLiu

【光伏组件回收】Energy: 循环经济战略对未来能源转型技术的影响及其影响：以太阳能光伏为案例研究—Xueyue Hu

【光伏组件回收】JCP: 静电分离回收废结晶硅光伏板机械破碎后回收硅—Jiayan Li

【金属回收】JECE：钨和钼在改性锆基金属有机框架UiO-66-CTAB上的吸附和分离性能—Congjian Zhang

【锂回收】SPT：用石膏渣从废锂离子电池中选择性回收锂的热力学和动力学研究—Junjie Shi

【LIBs回收】CEJ：利用氧化还原介导的双极膜电渗析技术对废旧锂电回收废水中的 Na₂SO₄ 进行增值—Hyunjin Kim

【光伏组件回收】SEMSC:具有文献计量学视角的废弃硅基太阳能电池板回收的技术现状—Javier Ramírez-Cantero

【金属回收】WM：通过加压氨蒸馏从氨–碳酸氢铵体系中一步回收钴—Jiancheng Yu

【NCM回收】JECE：粉末电解法从废旧NCM型锂离子电池材料中选择性回收锂—Guohui Zhu

【锂回收】SPT：通过硫磺焙烧法从废旧锂离子电池中选择性回收和再生锂—Liqiang Wang

【光伏组件回收】MTS: 废光伏硅转化为硅碳纳米笼的锂电池阳极制备—Yihao Li

【金属回收】CEJ：钴配合物的光电化学解络合和通过带电膜提高钴回收率—Jhen-Cih Wu

【金属回收】SPT：一种高效的双室电沉积-电渗析组合工艺，用于从废化学镀镍液中回收镍和去除磷—Kai Yan

【金属回收】SPT：电镀污泥中铜、镍、锌、铁综合回收的创新技术与机制—Tianrui Gao

【金属回收】JCP：一种新的试剂辅助机械化学法从红土矿中回收镍—Seda Çetintas

【光伏组件回收】SE:从报废晶体硅太阳能光伏板中回收银的现状和挑战—Neha Balaji Jadhav

【提锂】NC：电化学浸出法直接从矿石中提取锂—Hanrui Zhang

【资源回收】CEJ：危废含锂铝电解液中储能功能材料的环保回收—Jiaxin Yang

【金属回收】JHM：硅胶沉淀法从废水中回收镍离子—Ruilin Wang

【光伏组件回收】WM:中国光伏产业的废弃物和回收潜力—BingchunLiu

【废旧LFP电池回收】STE：废旧磷酸铁锂直接再生研究进展：从废物到财富—TianyuZhao

【光伏组件回收】RCR:基于“减量化、再使用、再循环”的循环经济原则对27国废光伏组件进行评估—Eleni Kastanaki

【金属回收】EST Engineering：氧化/氨浸-磷酸协同调控镍冶炼渣分级高值回收铁镍的新方法及机理—Zhiren Wu

【废旧锂电池回收】ACS SCE：通过三元深共晶溶剂增强锂离子电池阴极的快速高效回收—Fengyi Zhou

【废旧锂电池失效机制】JEC：锂电池退化/失效研究的相场建模研究进展与展望—Wenhao Wu

【金属回收】RM：从废选择性还原催化剂中综合回收W、V、Ti—LiWen Ma

【光伏组件回收】SEMSC: 废光伏组件回收价值材料：环保试剂DMC联合热解层分离—GuijunXu

【LIBs回收】ESM：先进的直接回收技术使废旧锂离子电池获得二次利用—Ji Shen

【锂回收】CEJ：从废旧锂离子电池中智能提取锂后构建富缺陷的 CoO 以实现高效的氧气析出反应—Shu-Ya Lei

【金属回收】CEJ：硅酸盐镍制硫化镍的CO₂矿化及同步利用—Fei wang

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉