废弃锂电池电极材料中有价金属的赋存状态

这是一篇材料工程领域的论文。随着近年来新能源行业的蓬勃发展,2030年我国退役磷酸铁锂动力电池规模或达153.1万t。出于保护我国战略性矿产资源和减少环境污染的需要,研究开发出绿色、高效、可持续的废旧磷酸铁锂电池回收工艺已刻不容缓。本文以废旧磷酸铁锂电池的主要组成部分及一般回收流程为研究对象,介绍了预处理、正极材料、负极材料、电解液等多种回收工艺的原理、优缺点及研究现状。在此基础上,对废旧磷酸铁锂电池回收的未来研究方向提出了自己的观点,以期为我国废旧磷酸铁锂电池回收技术的产业化发展提供参考。     

废旧磷酸铁锂正极材料回收再生研究进展

磷酸铁锂是动力型锂离子电池的理想正极材料,在新能源汽车领域得到广泛应用,磷酸铁锂动力电池将是国内未来几年废旧电池回收的重点。目前已报导的废旧磷酸铁锂正极材料回收再生技术多处于研发阶段,以中国学者的研究成果居多。本文介绍了国内外LiFePO4正极材料的多种回收再生方法,包括高温直接再生和高温修复再生技术、湿法回收以及再生技术、生物回收技术等,并总结了各自的优缺点,指出废旧磷酸铁锂正极材料回收再生未来仍将以湿法回收为主,需在介质循环、高效除杂等方面继续改进,实现正极材料的低成本、绿色、高效回收,加快技术的产业化进程。     

磷酸铁锂废料中磷、铁、锂的综合回收

采用氢氧化钠溶液除去经前处理后的废旧磷酸铁锂电池、极片或边角料粉料中的铝, 采用盐酸浸出-双氧水氧化-纯碱调pH值工艺, 得到二水磷酸铁和氯化锂溶液。二水磷酸铁经洗涤后与氢氧化钠反应得到氢氧化铁产品和磷酸三钠水溶液, 磷酸三钠水溶液蒸发结晶得到十二水磷酸三钠产品。氯化锂溶液经进一步除杂和蒸发后与碳酸钠反应得到碳酸锂产品。重点研究了磷酸铁的沉淀以及由磷酸铁制备磷酸三钠的工艺。制得的产品十二水磷酸三钠达到了工业级要求, 主含量高达99.03%。实现了磷、铁、锂的全部综合回收。     

废旧磷酸铁锂正极片中铁、锂的浸出

废旧磷酸铁锂正极片主要成分是LiFePO4,针对废旧磷酸铁锂正极片中有价金属的回收,以粉碎后的废旧磷酸铁锂正极片作为研究对象,研究硫酸作用下的浸出行为。考察了初始硫酸浓度、液固比、反应时间、反应温度对浸出效果的影响。实验结果表明,在最佳反应条件,Li、Fe的浸出率能达到98%,有价金属Li进入浸出液中,实现了废旧磷酸铁锂正极片中有价金属的回收。     

动力型锂离子电池正极材料LiFePO4的产业化进展

从磷酸铁锂国内外主要厂商及其产能、国内外市场状况、产业化技术路线和产业化面临的问题及产业风险等几个方面综述了磷酸铁锂材料近年来在产业化方面的最新进展。介绍了LiFePO4产业化合成方法及其优缺点,并提出了磷酸铁锂电池材料产业化急需解决的问题。     

废旧磷酸铁锂动力电池混合电极材料分选工艺研究

为实现废旧磷酸铁锂动力电池电极材料的清洁、高效及规模化回收,研究了磁选和浮选对废旧磷酸铁锂动力电池混合电极材料的分离提纯效果,提出了磁选与浮选联合的分选工艺。试验结果表明,在背景磁场强度为637kA/m,脉动冲次为300次/min,煤油用量为400 g/t和甲基异丁基甲醇用量为400 g/t的条件下,通过磁选-浮选联合分选工艺分离提纯混合电极材料,可获得产率为43.75%,C品位低至4.7%的磷酸铁锂精矿和产率为26.02%,C品位高达91.7%的石墨精矿。试验结果可为废旧动力电池电极材料的高效分离提供参考。     

微波辅助废旧锂电池正极材料有价金属回收技术进展

在国际前沿和国家战略性关键金属保护的大背景下, 废旧锂电池正极材料中的高价值材料如镍、钴、锰和锂等的回收利用已成为当前的研究热点。论文概述了锂电池正极废弃物有价金属回收工艺, 介绍了微波技术的原理及在冶金过程中的应用, 重点讨论了微波辅助火法—湿法联合工艺在焙烧还原过程、浸出过程、萃取过程的发展态势, 微波的参与节约了碳热还原时间、提高了金属离子的浸出率以及加快萃取过程的传质速率, 最终实现目标金属的产率和品质的提高。最后, 对未来废旧锂电池回收市场的发展前景进行了展望。     

高温固相法再生废旧磷酸铁锂电池正极材料

通过强碱溶液浸泡过程分离废旧磷酸铁锂(LiFePO₄)电池中的正极材料与铝箔集流体,经过热处理、砂磨混合和高温焙烧实现了LiFePO₄的再生利用。采用XRD、SEM对再生样品的物相和形貌进行表征,结果表明,再生LiFePO₄材料颗粒分布在纳米尺度下,粒径分布均匀,无团聚现象。电化学性能测试结果表明,在0.1C和5C电流密度下,再生LiFePO₄放电比容量分别为165.2 和101.5 mAh/g; 在1C倍率下循环100次后,材料容量为150.1 mAh/g,保持率为97.85%,表现出较好的倍率和循环性能。该再生工艺简单、合成的材料电化学性能良好,为加快废旧磷酸铁锂电池回收和再生提供了新的借鉴。     

低共熔溶剂浸出废旧锰酸锂电池正极材料锂和锰的研究

低共熔溶剂做为绿色溶剂在废旧锂电池有价组分回收领域研究受到人们日益关注,以废旧锰酸锂电池正极粉为对象,研究了盐酸胍和乳酸低共熔溶剂对锂和锰的浸出性能,考察了浸出温度、浸出液固比和浸出时间等条件对锂和锰的浸出率影响,研究结果表明：采用盐酸胍和乳酸摩尔比1∶2制备的低共熔溶剂,适宜的溶解条件为浸出液固体积质量比为10 mL/g,溶解温度为70℃,浸出时间为2 h,在此条件下锰酸锂正极粉中锂和锰的浸出率分别达到99.27%和99.20%。     

中国新能源汽车生产端锂消费的测算

掌握中国新能源汽车锂消费及其未来变化规律,不仅是新兴关键矿产——锂进行科学管理的前提,而且对于保障新能源汽车产业健康发展也有重要意义。本文基于新能源汽车单位车辆储电量、单位储电量锂消费等测算结果,采用"自下而上"和"自上而下"的测算思路,对新能源汽车生产端的锂消费进行测算,结果表明:中国锂电池生产技术持续提升,锂电池单位储电量锂消费由2014年的0.166 2kg/(kW·h)下降到2019年的0.146 3kg/(kW·h);2019年中国生产新能源汽车消费锂约8 740t,2012—2019年生产新能源汽车累计消费锂3.15万t,其中,生产纯电动乘用车、客车和专用车累计消费锂分别占总体累计锂消费的48%、33%和13%;新能源汽车的锂消费结构变化明显,纯电动乘用车的锂消费量已经超过纯电动客车,新能源汽车领域三元材料电池锂消费量已经超过磷酸铁锂电池。     

大新锰矿西北重叠矿体矿石运搬工艺系统优化

矿石运搬工艺系统的连续性、经济性是矿山技术管理的重要内容。基于大新锰矿西北采场重叠矿体开采现状,分析了现有矿石运搬工艺系统存在的问题,并在初选方案的基础上确定了4种运搬工艺优化方案。通过对优化方案的技术经济和系统性比较分析,综合确定出下盘脉外运输巷道b方案(Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿采用瀑布式共用溜井）为最优的运搬工艺系统方案。最优方案具备的优点：减少了Ⅰ矿的电耙级数,提高了出矿效率;整合了Ⅰ矿和Ⅱ、Ⅲ矿溜井结构,体现了出矿结构布置的系统性;降低了生产成本,增大了矿石回采率,经济上实现了最优。研究成果可为类似多层缓倾斜薄矿体开采矿石运搬工艺系统设计提供技术参考。     

L型工作面“推透法”末采技术应用与实践

为提高工作面回采率和回采速度,薛虎沟煤矿2-106L型工作面采用“推透法”连续回采,通过对L型工作面受双重动压影响段巷道加固和A、B面采撤协同运行两方面采取合理的技术方案,解决了“推透法”存在的关键技术问题。     

进路式采矿法在我国的应用现状

进路式采矿法在我国的黄金和有色金属矿山得到了较为广泛的应用 ,该方法具有采场布置灵活、回采率高、损失贫化率小、可开采矿岩不稳定的矿体等优点。本文介绍了各种技术方案的应用实例及取得的技术经济指标和存在的问题 ,提出了加强技术管理、研制新型配套设备、寻求新的充填材料是今后的改进方向。     

从汽车尾气废催化剂中回收铂族金属研究进展

汽车尾气废催化剂是重要的铂族金属二次资源,从中回收铂族金属具有十分重要的意义。本文介绍了目前研究和应用比较多的从汽车尾气催化剂中回收铂族金属的技术,并从实际生产的角度出发,分析了各种技术的优势与不足。     

二次加碳中有机碳源对LiFePO4/C性能的影响

采用高温固相合成法制备了碳包覆磷酸铁锂正极材料,使用不同有机碳源对LiFePO4进行碳包覆。通过热分析(TG-DSC)、X-射线衍射光谱法(XRD)、热场发射透射电子显微镜(HRTEM)、显微激光拉曼光谱等分析方法对其相组成、化学结构和碳结构等进行分析,并对LiFePO4/C为正极材料的电池进行了测试。结果表明:酚醛树脂、蔗糖、聚乙二醇和柠檬酸为有机碳源所制备的LiFePO4材料,都为纯相的LiFePO4;碳包覆LiFePO4材料,具有较完整的碳包覆层,且都有石墨结构的有序碳生成,能改善材料的电导率;酚醛树脂为有机碳源得到的LiFePO4/C材料性能最好,在0.1C倍率下充放电,首次放电比容量达到148.6 mAh/g,1C倍率下充放电的比容量达到125.1 mAh/g。     

某大洋富钴结壳选矿试验研究

富钴结壳是海洋中最具潜在经济价值的矿产类型之一,其加工技术研究一直是深海资源开发技术发展的热点。富钴结壳矿石以铁锰水合氧化物为主,锰、钴、铁主要赋存在结壳矿物的铁锰水合氧化物中,而富钴结壳中的基岩脉石因站位不同而有所不同,致使适宜富钴结壳选矿的方案也有所不同。现根据太平洋某站位富钴结壳矿石的矿物组成特点,对其进行了强磁选、重选-强磁选和浮选三个方案的试验研究,在试验的基础上确定了各方案处理该富钴结壳矿石相应的最佳试验参数。在对三方案试验指标和优缺点对比分析的基础上,提出了采用强磁选处理该站位富钴结壳矿石的选矿回收方案建议。     

高海拔矿山通风系统改造方案优选研究

呷村银多金属矿井下通风系统属于高海拔高山采矿通风类型。在当前矿井通风系统现状调查与测定的基础上,分析了通风系统存在的问题,提出了两种可行的高海拔矿山通风系统的改造方案。从技术、经济角度对方案进行了对比,优选出最佳方案,即中央进风两翼回风对角抽压混合式地温预热通风方案,可供类似高海拔矿山通风系统参考。