【摘要】：由于鋰離子電池具有壽命長(zhǎng)、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)、重量輕、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于電子設(shè)備中,因而產(chǎn)生大量廢舊鋰離子電池。鑒于鋰離子電池中的組成成分,若不合理處置,將會(huì)對(duì)人類(lèi)及環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。因此,在資源回收再利用及環(huán)境保護(hù)意義上來(lái)說(shuō),回收廢舊鋰離子電池中的有價(jià)金屬是需要的。本課題研究了機(jī)械活化LiCoO_2強(qiáng)化酸法浸出體系,以及添加還原劑活性炭對(duì)LiCoO_2樣品進(jìn)行機(jī)械還原強(qiáng)化酸法浸出體系。在機(jī)械活化LiCoO_2強(qiáng)化酸法浸出體系中,研究了活化過(guò)程的單因素(活化時(shí)間、轉(zhuǎn)速、球料比)對(duì)浸出率的影響。通過(guò)對(duì)未活化和活化后的樣品進(jìn)行SEM、XRD等表征,提出了機(jī)械活化機(jī)制。結(jié)果表明:機(jī)械活化過(guò)程能夠提高金屬的浸出率,且LiCoO_2中Co和Li的浸出率隨著球磨時(shí)間、轉(zhuǎn)速、球料比的增大而提高。在浸出過(guò)程中,Co和Li的浸出率隨H_2SO_4濃度的升高而增大,隨固液比的增大而減小。并且,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn),得出LiCoO_2中Co和Li能夠在無(wú)需加熱、1 M H_2SO_4的條件下便可實(shí)現(xiàn)高效浸出。浸出動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明:在等長(zhǎng)的浸出時(shí)間內(nèi),未球磨樣品的浸出反應(yīng)階段處于表面化學(xué)反應(yīng)控制階段(固液反應(yīng)的第一階段),而球磨樣品的浸出反應(yīng)階段在很短的時(shí)間內(nèi)便結(jié)束了化學(xué)表面反應(yīng)階段,進(jìn)入擴(kuò)散反應(yīng)階段。因此,機(jī)械活化后的樣品比未活化樣品的浸出速率要快。最終,通過(guò)機(jī)械活化處理廢舊鋰離子電池中LiCoO_2材料,結(jié)果指出,Co和Li的浸出率分別達(dá)到93.4%和100%。該體系研究出了一種能夠在無(wú)需加熱、低濃度酸的溫和條件下就能夠?qū)崿F(xiàn)金屬的高效回收工藝。為了探索在機(jī)械球磨過(guò)程中加入還原劑是否有同樣的浸出效率,并且,由于活性炭具有還原性,價(jià)格便宜,實(shí)驗(yàn)成本低。在該實(shí)驗(yàn)體系中,通過(guò)加入還原劑活性炭對(duì)LiCoO_2樣品進(jìn)行機(jī)械還原強(qiáng)化酸法浸出,同樣對(duì)活化過(guò)程的單因素(活化時(shí)間、轉(zhuǎn)速)進(jìn)行了研究。結(jié)合SEM、BET、XRD、XPS等表征,綜合得出:LiCoO_2受到機(jī)械力的作用,其表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)受到破壞,LiCoO_2嵌入到活性炭中,粒度增大,比表面積減小,從而使得將樣品加入到浸出液后,LiCoO_2和活性炭能迅速接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)。通過(guò)對(duì)浸出過(guò)程的單因素(H_2SO_4濃度、固液比)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),同樣得出:Co和Li的浸出率隨H_2SO_4濃度的升高而增大。但是,浸出率隨固液比的增大而減小。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn),得出該體系也能夠在無(wú)需加熱和1 M H_2SO_4的條件下進(jìn)行。浸出動(dòng)力學(xué)研究表明:機(jī)械還原LiCoO_2后,浸出反應(yīng)速率控制步驟很快進(jìn)入后期的擴(kuò)散反應(yīng)階段。同樣說(shuō)明:機(jī)械還原樣品能夠加快浸出速率。最后,用廢舊鋰離子電池中的LiCoO_2材料進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),Co和Li的浸出率分別為81.7%和73.2%。雖然沒(méi)有能達(dá)到如上一體系中的浸出率,但該體系是機(jī)械還原提高金屬浸出率研究方向的一個(gè)創(chuàng)新,同樣能夠在無(wú)需加熱的條件下進(jìn)行,是一種溫和、環(huán)保、高效的技術(shù)。
【學(xué)位授予單位】：上海第二工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X705;TF803.21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2703732