Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали новые экономичные высокоэффективные технологии переработки отработанных литий-железо-фосфатных аккумуляторов с использованием глубоких эвтектических растворителей. Разработка перспективна для организации рециклинга современных химических источников тока. Результаты работы опубликованы в октябрьском номере международного журнала Hydrometallurgy https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2024.106369.
Благодаря своим уникальным потребительским характеристикам, литий-железо-фосфатные аккумуляторы приобретают всё большее распространение, в первую очередь в городском электротранспорте. Рост экспорта данного типа аккумуляторов и организация их собственного производства в РФ уже в скором времени приведет к накоплению отработанных источников тока. Поэтому поиск доступных, дешевых, экологичных способов их переработки и возврат ценных металлов в цикл производства является очень важной задачей.
Возрастающее внимание к защите окружающей среды стимулирует общество к переходу на более экологичные технологии замкнутого цикла. Экстракционный метод является одним из основных способов переработки аккумуляторов, однако зачастую в экстракционных процессах используются дорогостоящие экстрагенты и токсичные, пожароопасные растворители. В настоящее время во всем мире ведется активный поиск альтернативных, более безопасных экстракционных систем.
В ИОНХ РАН успешно реализуются исследования, направленные на разработку высокоэффективных, производительных технологий переработки химических источников тока. В качестве перспективных экстрагентов было предложено использовать новое поколение растворителей ‒ глубокие эвтектические растворители. Изменяя состав эвтектических растворителей, который определяет их экстракционные свойства, можно создавать эффективные и селективные экстрагенты для разделения той или иной конкретной смеси металлов.
В работе российских исследователей предложен ряд двух- и трехкомпонентных глубоких эвтектических растворителей, в состав которых входят промышленно выпускаемые реагенты – трибутилфосфат, ди(2-этилгексил) фосфорная кислота и ментол. Выбранные составы смесей имеют технологически приемлемые физические свойства и высокую экстракционную способность по отношению к широкому кругу металлов, что дает возможность применять их в реальных химико-технологических процессах. С использованием глубокого эвтектического растворителя ди(2-этилгексил) фосфорная кислота – ментол реализована принципиальная технологическая схема разделения смеси металлов из раствора выщелачивания литий-железо-фосфатного аккумулятора, которая позволяет путем варьирования кислотности среды поэтапно выделять соединения металлов высокой степени чистоты. Это особенно важно для экологичного рециклинга, поскольку такие батареи содержат большое количество ценных элементов (литий, медь, алюминий, железо, марганец и др.), а также токсичные электролиты. Как отметил один из авторов работы член-корреспондент РАН Андрей Вошкин, достоинством предложенного процесса является высокоэффективное разделение компонентов отработанных источников тока с использованием доступных селективных экстрагентов и серийного экстракционного оборудования российских производителей.
Результаты проведенных исследований показали высокую перспективность синтезированных глубоких эвтектических растворителей в процессах переработки химических источников тока. В дальнейшем авторы планируют отработать экстракционные этапы разработанной технологической схемы переработки литий-железо-фосфатных аккумуляторов на лабораторном оборудовании с получением готового продукта.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (№ 23-79-10275).
Замкнутый цикл переработки литий-железо-фосфатных аккумуляторов с применением экстракционных систем на основе глубоких эвтектических растворителей
Источник: A.V. Kozhevnikova, D.V. Lobovich, N.A. Milevskii, I.V. Zinov’eva, Y.A. Zakhodyaeva, A.A. Voshkin The use of organophosphorus extractants as a component of hydrophobic deep eutectic solvents (HDES) for the processing of spent lithiumiron phosphate batteries // Hydrometallurgy. 2024, 106369 DOI:10.1016/j.hydromet.2024.106369. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2024.106369