Переработка аккумуляторов: 99% чистоты никеля и кобальта

Исследовательская группа из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) представила инновационную технологию переработки, способную извлекать более 95% никеля и кобальта из отработанных аккумуляторов с чистотой свыше 99%. Этот передовой метод преодолевает ограничения традиционных методов мокрой переработки, которые часто включают сложные химические процедуры и приводят к образованию больших объемов вредных сточных вод. Новый подход обещает более устойчивое и высокоэффективное решение, способное трансформировать индустрию переработки аккумуляторов.

Профессор Квийонг Ким и его команда с кафедры гражданского, городского и природоохранного строительства успешно продемонстрировали процесс селективного электрохимического разделения с использованием многофункционального специального растворителя. Эта разработка, опубликованная в журнале Energy Storage Materials, позволяет эффективно извлекать никель и кобальт из отработанных аккумуляторов за один экологически чистый этап.

Отработанные аккумуляторы часто называют "городскими шахтами" из-за обилия в них таких критически важных металлов, как никель, кобальт и марганец. Однако сосуществование нескольких металлов затрудняет их разделение. Традиционные методы основаны на сильных кислотах, таких как серная кислота, и химических экстрагентах, которые производят опасные сточные воды и включают многостадийные, энергоемкие процессы.

Новый электрохимический процесс минимизирует использование химикатов и образование сточных вод, одновременно повышая чистоту и эффективность извлечения. При подаче контролируемого напряжения на жидкую смесь, содержащую измельченный материал аккумулятора, ионы металлов избирательно осаждаются в виде твердых металлов. Этот метод использует разное напряжение, при котором восстанавливается каждый ион металла, что обеспечивает точное разделение.

Команда преодолела распространенную проблему одновременного соосаждения никеля и кобальта – обычно происходящего при схожих напряжениях – путем использования специализированного сорастворителя. Этиленгликоль в растворителе предпочтительно связывается с ионами никеля, в то время как хлорид-ионы стабилизируют кобальт в виде тетрахлоркобальтатных комплексов. Эта дифференциальная координация смещает напряжения восстановления, позволяя никелю осаждаться при –0,45 В, а кобальту – при –0,9 В, эффективно разделяя два металла.

Дополнительным преимуществом этого процесса является естественное образование хлорных побочных продуктов, которые избирательно растворяют примеси кобальта. Эта самоочистка in-situ повышает чистоту извлекаемого никеля без необходимости дополнительных этапов очистки. Хлорсодержащий раствор может быть безопасно отведен, поскольку он образует инертные ионы, а содержание соляной кислоты в растворителе может быть регенерировано и повторно использовано, минимизируя воздействие на окружающую среду.

Применение к реальным вытяжкам из NCM (никель-кобальт-марганец) аккумуляторов позволило достичь коэффициента извлечения более 95% с чистотой разделения, превышающей 99,9% как для никеля, так и для кобальта. Важно отметить, что специальный растворитель сохранял свою эффективность в течение как минимум четырех циклов повторного использования, что еще больше сократило количество отходов.

Профессор Ким отметил: "Преодолев давний компромисс между чистотой и скоростью извлечения при электрохимическом разделении, наш метод предлагает устойчивое и экономически эффективное решение. Он минимизирует использование химикатов и образование сточных вод, способствуя созданию более устойчивой экосистемы переработки аккумуляторов".