【NCM回收】SPT：锂镍钴锰氧化物废旧锂离子电池黑液中活性物质的直接浮选分离—Gilsang Hong

[NCM 回收] SPT: 利用锂镍钴锰氧化物从废锂离子电池黑液中直接浮选分离活性物质 - 香港

【论文链接】

【作者单位】

漢阳大學

抽象的

基于锂镍钴锰氧化物 (NCM) 的电池尚未得到广泛研究，因此被视为本研究的主题。从不同 NCM 型电池混合物中提取的黑色物质 (BM) 在浮选前在三个不同的温度下进行热解。

通过X射线光谱法、接触角测量、热重分析、X射线衍射仪和X射线光电子能谱法确定了BM的最佳热解温度为400℃，在此温度下BM中的活性物质成功释放，材料表面不会生成新的相。这对于利用浮选法从BM中回收材料及其在需要高纯度材料的电池制造中的潜在应用至关重要。将处理后的BM经过优化的预处理后进行浮选分离活性物质。在实验室规模下，当叶轮转速为、捕收剂用量为150g/t、起泡剂用量为150g/t、矿浆浓度为20g/L时，通过增加洗涤和清扫阶段，初始阳极和阴极品位分别从84%和92%提高到97%和95%。

因此，该研究为系统的热解预处理和随后的高纯度活性物质的浮选回收提供了一种有前途的方法。

【实验方法】

热解预处理：

原料 BM 的热解预处理在定制的马弗炉中在受控大气条件下进行。将两个坩埚（每个坩埚含有 100 克原料 BM）放置在炉中，并使用真空泵将炉中的空气完全除去。预处理后以 2 L/min 的速率注入高纯度氮气（>99.99%）。热解温度以 10°C/min 的升温速率从初始室温（25°C）升至最终温度，并在所需的等温温度下处理样品 12 小时。此外，还研究了热解温度的影响，以确定最佳预处理条件。

泡沫浮选：

使用包含 1 L 电解槽的实验室规模自充气浮选机进行粗浮选实验 5 分钟。对原始活性材料混合物进行了初步粗浮选实验，以确认使用浮选将活性材料从预处理后完全释放的 BM 中分离出来的可行性。原始活性材料混合物含有 40 wt％的石墨和 60 wt％的 NCM 622，这是 LIB 活性材料的常规组成。煤油和甲基异丁基甲醇分别用作捕收剂和起泡剂。调整叶轮转速（1200-1800 rpm）、捕收剂和起泡剂剂量（50-450 g/t）和矿浆浓度（20-100 g/L）等变量以确定最佳浮选条件。在浮选过程中，收集并过滤沉没和漂浮部分。此后，将过滤后的残渣干燥并用酸消化以去除金属成分。确定残留石墨的重量，并据此计算两种馏分中各活性物质的品位和回收率。利用分离效率 (SE) 确定最佳浮选条件，分离效率使用以下表达式计算。

【图片摘录】

【主要结论】

本研究采用热解和浮选分离技术研究从电动汽车废旧三元电池混合物中分离正极和负极活性材料。

一系列热解实验确定了在 N2 气氛下 400°C 持续 12 小时的最佳条件，可有效将有机物含量降低至 1% 以下。进行了深入的表征测试，以观察活性材料中晶体结构和原子键的演变，揭示了所研究的氧化物矿物在较高温度下的相变。这突出了阴极材料的表面敏感性，并强调了在热解过程中需要小心谨慎。

此外，在最佳条件下使用预处理过的 BM 进行的浮选分离试验结果显示，两种活性材料的回收率均超过 85%，品位均超过 95%，这是迄今为止已知的最佳报告值。还需要进一步研究，例如评估回收材料的电化学性质以评估其是否适合再利用，以及通过改进浮选回路来提高回收率。