1.3 การแยก การกู้คืน และการใช้ประโยชน์ของโลหะมีค่า

การกู้คืนและการใช้ประโยชน์ของโลหะมีค่าในแบตเตอรีลิเธียมไอออนของเสียนั้นส่วนใหญ่เป็นการกู้คืนวัสดุแอกทีฟเชิงบวก วิธีการรีไซเคิลและแปรรูปแคโทดส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีทางชีวภาพ วิธีการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูง วิธีละลายกรด และวิธีการละลายด้วยไฟฟ้าเคมี

1.3.1 กฎหมายชีวภาพ

วิธีการทางชีววิทยาใช้ฟังก์ชันเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์ในการเปลี่ยนองค์ประกอบโลหะในอิเล็กโทรดบวกให้เป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้และคัดเลือกให้ละลายออก หลังจากได้รับสารละลายโลหะแล้ว ส่วนประกอบของวัสดุอิเล็กโทรดบวกจะถูกแยกออกด้วยกรดอนินทรีย์ และสุดท้าย การแยกและการนำโลหะมีค่ากลับคืนมา . Jia Zhizhi และคณะ ใช้เฟอร์โรออกซิแดนและไธโอออกซิแดนในการบำบัดของเสียแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วิธีนี้มีต้นทุนการกู้คืนต่ำ และทำได้ง่ายที่อุณหภูมิห้องและความดัน อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีนี้คือ เพาะพันธุ์ได้ไม่ง่าย และน้ำยาชะล้างแยกออกได้ยาก เซงและคณะ ใช้แบคทีเรียที่เป็นกรดเพื่อใช้ไอออนของกำมะถันและเหล็กเป็นแหล่งพลังงานในการเผาผลาญผลิตภัณฑ์ เช่น กรดซัลฟิวริกและไอออนของเหล็กเพื่อละลายธาตุโลหะในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของเสีย อย่างไรก็ตาม การตกตะกอนร่วมของ Fe(III) กับธาตุโลหะอื่นๆ ที่มีเนื้อหาสูงกว่าจะลดความสามารถในการละลายของโลหะ ส่งผลต่ออัตราการเติบโตของเซลล์ชีวภาพ และลดอัตราการละลายของโลหะ วิธีการทางชีวภาพมีลักษณะเฉพาะของต้นทุนต่ำ มลพิษต่ำ และการนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และได้กลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของเทคโนโลยีการกู้คืนของเสียโลหะมีค่าลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไข เช่น การเลือกและการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ สภาวะการชะล้างที่เหมาะสม และกลไกการชะทางชีวภาพของโลหะ การตกตะกอนร่วมของ Fe(III) กับธาตุโลหะอื่นๆ ที่มีเนื้อหาสูงกว่าจะลดการละลายของโลหะ ส่งผลต่ออัตราการเติบโตของเซลล์ชีวภาพ และลดอัตราการละลายของโลหะ วิธีการทางชีวภาพมีลักษณะเฉพาะของต้นทุนต่ำ มลพิษต่ำ และการนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และได้กลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของเทคโนโลยีการกู้คืนของเสียโลหะมีค่าลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไข เช่น การเลือกและการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ สภาวะการชะล้างที่เหมาะสม และกลไกการชะทางชีวภาพของโลหะ การตกตะกอนร่วมของ Fe(III) กับธาตุโลหะอื่นๆ ที่มีเนื้อหาสูงกว่าจะลดการละลายของโลหะ ส่งผลต่ออัตราการเติบโตของเซลล์ชีวภาพ และลดอัตราการละลายของโลหะ วิธีการทางชีวภาพมีลักษณะเฉพาะของต้นทุนต่ำ มลพิษต่ำ และการนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และได้กลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของเทคโนโลยีการกู้คืนของเสียโลหะมีค่าลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไข เช่น การเลือกและการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ สภาวะการชะล้างที่เหมาะสม และกลไกการชะทางชีวภาพของโลหะ และได้กลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของเทคโนโลยีการกู้คืนของเสียของโลหะมีค่าลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไข เช่น การเลือกและการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ สภาวะการชะล้างที่เหมาะสม และกลไกการชะทางชีวภาพของโลหะ และได้กลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของเทคโนโลยีการกู้คืนของเสียของโลหะมีค่าลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไข เช่น การเลือกและการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ สภาวะการชะล้างที่เหมาะสม และกลไกการชะทางชีวภาพของโลหะ

1.3.2 วิธีการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูง

วิธีการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงหมายถึงการแช่วัสดุแคโทดที่ถูกขจัดออกในตัวทำละลายอินทรีย์ แล้วเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้โลหะมีค่า Sony และ Sumitomo Corporation ของญี่ปุ่นแช่แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนของเสียในกรดออกซาลิกและเผาที่ 1,000 ℃ เพื่อเอาอิเล็กโทรไลต์และตัวแยกออก และตระหนักถึงการแตกร้าวของแบตเตอรี่ วัสดุที่เหลือหลังจากการเผาถูกคัดแยกและแยกด้วยสนามแม่เหล็ก เพื่อแยก Fe, Cu, Al และโลหะอื่นๆ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อความเข้มข้นของกรดออกซาลิกเท่ากับ 1.00 โมล·L-1 อัตราส่วนของแข็ง-ของเหลวคือ 40-45 ก·L-1 และความสามารถในการละลายจะเหมาะสมที่สุดภายใต้การกวนเป็นเวลา 15-20 นาทีที่ 80°C Matsuda Guangming ของญี่ปุ่นและคณะ แช่วัสดุอิเล็กโทรดบวกแล้วใช้วิธีแตกหักทางกลเพื่อทำลายมัน แล้วใช้การรักษาความร้อนที่อุณหภูมิสูงเตาเผาลอยลอยและวิธีการอื่น ๆ เพื่อแยกโลหะหลังจากการแตกหักทางกล อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีการใช้พลังงานสูงและอุณหภูมิสูง และจะผลิตก๊าซเสียเพื่อก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม และโลหะที่ได้รับมีปริมาณสิ่งเจือปนสูง ซึ่งต้องมีการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมเพื่อให้ได้วัสดุโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง

1.3.3 วิธีการละลายกรด

วิธีนี้หมายถึงการใช้กรดในการละลายวัสดุอิเล็กโทรดบวก จากนั้นจึงทำการสกัดโลหะในสารละลายด้วยสารแยกสารอินทรีย์เพื่อให้เกิดการแยกไอออนของโลหะ และเพื่อให้ได้โลหะมีค่าหลังการบำบัด ที่ 80 °C Halliper และคณะ ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่ละลายในวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ 1.5 โมล/ลิตร และ 0.9 โมล/ลิตร H2SO4 และ H2O2 ตามลำดับ โจวเถาและคณะ ใช้สารละลายโคบอลต์ไอออนที่ได้รับข้างต้น สกัดทองแดงโดยใช้สารสกัด AcorgaM5640 สกัดโคบอลต์โดยใช้ Cyanex 272 อัตราการฟื้นตัวของทองแดงถึง 98% อัตราการฟื้นตัวของโคบอลต์คือ 97% และลิเธียมที่เหลือสามารถตกตะกอนด้วยโซเดียมคาร์บอเนต ออกมา วังและคณะ ใช้กรดไฮโดรคลอริกเพื่อละลายวัสดุแคโทด PC-88A ถูกใช้เป็นตัวสกัดเพื่อแยกไอออนโคบอลต์ และได้โคบอลต์ซัลเฟตภายหลังการบำบัดภายหลัง ข้อดีของวิธีนี้คือโลหะที่ได้มีความบริสุทธิ์สูง ข้อเสียคือ สารสกัดมีราคาแพง เป็นพิษ เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ และกระบวนการแปรรูปก็ซับซ้อนกว่า

1.3.4 วิธีการละลายด้วยไฟฟ้าเคมี

ในวิธีนี้ วัสดุอิเล็กโทรดบวกใช้เป็นแคโทด ตะกั่วถูกใช้เป็นแอโนด และสารละลายผสมของกรดอนินทรีย์ (กรดซัลฟิวริกหรือกรดไฮโดรคลอริก) และกรดซิตริกหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ และ การทดลองอิเล็กโทรลิซิสเพื่อตกตะกอนโคบอลต์พลาสมา จากนั้นจึงใช้สารสกัดเพื่อสกัดโลหะ ช้างเหว่ยและคณะ ใช้กรดซัลฟิวริก 0.4 โมล/ลิตร และกรดซิตริก 36 ก./ลิตร เป็นอิเล็กโทรไลต์ และอิเล็กโทรไลต์ที่ 25 °C เป็นเวลา 120 นาที อัตราการชะล้างโคบอลต์ถึง 90.85% และอัตราการละลายของอะลูมิเนียมเท่ากับ 5.8% Lu Xiuyuan[18] นำวิธีการทดลองแบบมุมฉากมาใช้ โดยใช้กรดซัลฟิวริก 3 โมล/ลิตร และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 2.4 โมล/ลิตร เวลาทำปฏิกิริยาคือ 20 นาที และอัตราการชะล้างโคบอลต์สูงถึง 99.6% วิธีการละลายด้วยไฟฟ้าเคมีนั้นค่อนข้างง่ายและเป็นไปได้ และอัตราการชะล้างของโลหะมีค่านั้นสูง แต่การใช้พลังงานระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสค่อนข้างมาก ดังนั้นจึงยังคงจำเป็นต้องปรับปรุงวิธีการไฟฟ้าเคมีต่อไปเพื่อให้เหมาะสำหรับขนาดใหญ่ -ขนาดการผลิต ในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส สมการปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสที่เกิดขึ้นคือ:

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

แอโนด:
2H2O-4e-=O2(g)+4H+

2 การรีไซเคิลและการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสีย

(1 ) ในกระบวนการรื้อและบดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง ผลการแยกยังไม่เหมาะ ดังนั้น การถอดแยกชิ้นส่วนและบดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพจึงเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการรีไซเคิลแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วทิ้ง

(2) ในปัจจุบัน ในกระบวนการวิจัยโลหะมีค่าในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง กระบวนการกู้คืนโลหะมีค่าส่วนใหญ่จะใช้วิธีเปียกเป็นหลัก วิธีนี้ใช้สารเคมีเช่นกรดและด่างซึ่งจะผลิตก๊าซเสียที่เป็นอันตรายและของเหลวเสียซึ่งจะก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้คนและสิ่งแวดล้อม ดังนั้นมลพิษทุติยภูมิในกระบวนการจึงเป็นปัญหาสำคัญที่ต้องแก้ไข

(3) ในกระบวนการกู้คืนโลหะมีค่าจากแบตเตอรีลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การกู้คืนโลหะมีค่าในวัสดุแคโทด ละเลยขั้วลบและอิเล็กโทรไลต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อิเล็กโทรไลต์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีความเข้มข้นสูง เกลือลิเธียมอิเล็กโทรไลต์ สารเติมแต่ง และวัตถุดิบอื่นๆ สารเหล่านี้เป็นพิษและก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาทางเลือกอื่นแทนวัสดุเหล่านี้เพื่อลดอันตรายของอิเล็กโทรไลต์ต่อสิ่งแวดล้อม

(4) งานวิจัยส่วนใหญ่ในปัจจุบันส่วนใหญ่เกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง และมีงานวิจัยน้อยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกาเนตลิเธียมนิกเกิล-โคบอลต์และแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ดังนั้นควรขยายขอบเขตของการวิจัยและควรพัฒนากระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทต่างๆ เพื่อให้โลหะมีค่าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียประเภทต่างๆ สามารถรีไซเคิลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3 บทสรุป

โดยสรุป การรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งยังอยู่ในขั้นตอนของห้องปฏิบัติการ และกระบวนการของอุตสาหกรรมค่อนข้างช้า ในการรีไซเคิลและแปรรูปแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง ยังมีปัญหาอยู่บ้างในการถอดแยกชิ้นส่วนอย่างปลอดภัย วิธีปรับปรุงอัตราการนำโลหะมีค่ากลับคืนมาในวัสดุแคโทดพร้อมทั้งหลีกเลี่ยงมลพิษทุติยภูมิ วิธีจัดการกับอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่เสียใน วิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และวิธีปรับปรุงกระบวนการรีไซเคิลอย่างมีประสิทธิภาพ ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้น ดังนั้นจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องเสริมสร้างการวิจัยเกี่ยวกับการกู้คืน การบำบัด และการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอนาคต เพื่อให้ตระหนักถึงการนำกลับมาใช้ใหม่และการรีไซเคิลแบตเตอรี่ใช้แล้วที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอย่างแท้จริง "