Nghiên cứu khả năng thu nhận coban và liti từ pin Li – ion đã qua sử dụng bằng phương pháp chiết dung môi

Bài viết Nghiên cứu khả năng thu nhận coban và liti từ pin Li – ion đã qua sử dụng bằng phương pháp chiết dung môi trình bày kết quả của nghiên cứu về quá trình hoà tách và chiết để thu hồi Co, Li từ catot pin Li – ion đã qua sử dụng (LIBs) với tác nhân chiết PC88A.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng thu nhận coban và liti từ pin Li – ion đã qua sử dụng bằng phương pháp chiết dung môi NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU NHẬN COBAN VÀ LITI TỪ PIN Li – ION ĐÃ QUA SỬ DỤNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT DUNG MÔI STUDY ON RECOVERY ABILITY OF COBANT AND LITHIUM FROM SPENT LITHIUM – ION BATTERIES BY SOLVENT EXTRACTION METHOD NGUYỄN ĐÌNH VIỆT, BÙI CÔNG TRÌNH, TRẦN HOÀNG MAI, NGÔ QUANG HUY, LƯU XUÂN ĐĨNH Viện Công nghệ xạ hiếm - Số 48, Láng Hạ, Đống Đa, Hà Nội Email: Dinhviet0701@gmail.com Tóm tắt: Báo cáo này trình bày kết quả của nghiên cứu về quá trình hoà tách và chiết để thu hồi Co, Li từ catot pin Li – ion đã qua sử dụng (LIBs) với tác nhân chiết PC88A. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoà tách như: ảnh hưởng của nồng độ axit, ảnh hưởng thời gian hoà tách đã được nghiên cứu. Từ kết quả của quá trình khảo sát, chúng tôi đưa ra quy trình hoà tách catot pin LIBs cho hiệu suất thu hồi đạt trên 95%. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết như: ảnh hưởng của pH trong pha nước, ảnh hưởng thời gian tiếp xúc pha đã được nghiên cứu. Từ kết quả thí nghiệm, các thông số tối ưu của quá trình chiết được đưa ra: pH trong pha nước là 4.5, thời gian tiếp xúc pha 5 phút. Sản phẩm CoO và Li2CO3 thu được đạt độ sạch tương ứng trên 96% và 97%. Từ khóa: LIBs, PC88A, tác nhân chiết … Abstract: This report presents the results of leaching and solvent extraction process to recovery of Co and Li from spent Li-ion batteries cathode (LIBs) using PC88A extraction agent. The factors which have an effect on the leaching process such as concentration of acid, time reaction, have been studied. We give hydrometallurgical processes of battery cathode LIBs with recovery efficiency above 95%. The factors which have an effect on the solvent extraction process such as pH in the aqueous phase, phase contact time, have been studied. From the experimental results, the optimized parameters of the solvent extraction process are: pH in aqueous phase is 4.5, phase contact time is 5 minutes. The CoO and Li2CO3 products achieved purity above 96% and 97%, respectively. Keywords: LIBs, PC88A, extraction agent … 1. MỞ ĐẦU Theo thống kê của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), trong rác thải điện tử có chứa hơn 1.000 hợp chất khác nhau, chủ yếu là thành phần kim loại nặng, các chất hữu cơ cao phân tử, kim loại quý... trong đó có nhiều hợp chất gây độc hại, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Đặc biệt, pin là một trong những loại rác thải độc hại nhất, trong pin có các kim loại nặng như chì, thủy ngân, kẽm, cadmium… cực độc nếu đi vào cơ thể con người dù chỉ một lượng nhỏ. Hiện nay, sự phổ biến rộng dãi của điện thoại thông minh cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp xe điện đã làm gia tăng nhu cầu sử dụng pin LIBs (Lithium-ion batteries). Trong khi đó, các LIBs đời cũ sẽ tích lũy và nhu cầu tái chế các LIBs đã qua sử dụng là một thách thức lớn trong thời gian gần đây. Bên cạnh đó, dòng chảy của rác thải điện tử đi từ các nước phát triển sang các nước đang hoặc kém phát triển trong đó có Việt Nam qua đường hợp pháp (qua các công ty được phép tạm nhập tái xuất, nhập khẩu thiết bị điện tử cũ) hoặc qua đường tiểu ngạch khiến Việt Nam trở thành “Bãi rác công nghệ”.Trong tương lai, việc xử lý LIBs đã qua sử dụng không đúng cách sẽ gây ra các mối đe dọa đối với môi trường, tinh thần và sức khỏe con người vì chúng chứa tỷ lệ cao kim loại nặng và chất điện phân độc hại. Trên thế giới có một số nghiên cứu về việc chiết tách cũng như thu hồi Co/Li từ việc tái chế pin Li - ion. Trong một nghiên cứu mới đây của Licheng Zhang và các cộng sự đã đưa ra chi tiết các thông số của quá trình chiết Li khỏi dung dịch hòa tách pin LIBs trong môi trường clorua bằng tác nhân chiết HBTA and TOPO [5]. Một nghiên cứu khác của Junmin Nan và cộng sự đã mô tả một quy trình tái chế kim loại từ pin LIBs. Kết quả cho thấy rằng khoảng 90% coban đã được thu hồi dạng oxalat có ít hơn 0,5% tạp chất. Acorga M5640 và Cyanex272 có hiệu quả và chọn lọc để chiết xuất đồng và coban trong dung dịch sunfat. Hơn 98% đồng và 97% coban đã được thu hồi trong quy trình [6]. Đầu năm 2020 Lei Shuya và cộng sự đã công bố nghiên cứu quá trình tách liti và kim loại chuyển tiếp từ nước rỉ pin liti-ion đã qua sử dụng bằng phương pháp chiết sử dụng dung môi với Versatic 10. Kết quả cho thấy Versatic 10 có tính chọn lọc tốt hơn với niken và coban so với mangan, và nó hầu như không chiết được liti. Tổng hiệu suất chiết của niken, mangan và coban sau hai giai đoạn chiết tương ứng đạt 575 Tiểu ban E: Hóa phóng xạ, Hóa bức xạ và hóa học hạt nhân, Chu trình nhiên liệu, Công nghệ nhiên liệu hạt nhân, Quản lý chất thải phóng xạ Section E: Radiochemistry and adiation & nuclear chemistry, Nuclear fuel cycle, nuclear material science and technology, Radioactive waste management 99,18%, 97,05% và 98,47%. Các kết quả thí nghiệm phù hợp với kết quả phân tích lý thuyết. Cuối cùng, liti được thu hồi bằng kết tủa với Na2CO3. Độ tinh khiết của liti cacbonat thu hồi cao lên tới 99,61% [7]. Rezvan Torkaman và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu chiết coban trong môi trường clorua bằng dung môi, tập trung vào việc sử dụng ba tác nhân chiết axit (Cyanex301, D2EHPA, Cyanex272) và hai tác nhân chiết bazơ (Alamine336, TOA)[8]. Kết quả chỉ ra rằng tác nhân chiết Cyanex 301 và TOA cho hiệu suất chiết Co khá tốt. Hình 1: Hiệu suất chiết coban và các kim loại khác từ dung dịch hòa tách pin LIBs của ba tác nhân chiết axit và hai tác nhân chiết bazơ [8] Quá trình chiết Co từ dung dịch hòa tách pin LIBs trong môi trường sunphat bằng dun ...