Исследование процессов механохимической деструкции катодных материалов при извлечении кобальта и его соединений.

В современном мире растёт выпуск электронных устройств с различными типами аккумуляторов и батарей, которые после окончания жизненного цикла изделий необходимо утилизировать. Их утилизация сопровождается образованием большого количества газовой, жидкой и твёрдой фазы, которые оказывают негативное влияние на биосферу. На данный момент самыми распространенными видами химических источников тока являются литий-ионные химические источники тока (ЛИХИТ) различных модификаций, в состав катодных материалов которых входят различные компоненты, в том числе: LiCoO2; LiMn2O4; LiFePO4. Актуальность решения данной научной проблемы подтверждается тем, что при утилизации ЛИХИТ извлекаются ценные компоненты в виде соединений кобальта, карбоната и гидроксида лития, железа и алюминия. Это позволяет решить вопросы импортозамещения, как в электронной промышленности, так и в ряду смежных отраслей. Научной новизной данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование процессов механохимической деструкции реагентно-агломерированных масс, содержащих соединения кобальта, карбоната и гидроксида лития, железа и алюминия. А также создание экологически безопасной лабораторной технологии извлечения указанных компонентов. на основе совмещённых процессов, включающих новый процесс механохимической деструкции, экстрагирование компонентов и комплексную очистку отходов от примесей, и концентрирование целевых продуктов с помощью баромембранных технологий. Практическая значимость работы состоит в создании опытно-промышленного оборудования и технологии пожаровзрыво безопасного дробления, отработанных литий-кобальтовых источников тока и кобальт содержащих рудных отходов, а также изделий. Процесс осуществляется либо в инертной среде аргона с дальнейшей абсорбцией отходящих газов, что предотвращает загрязнение биосферы, либо в дистилированной воде. Используя магнитную сепарацию, из измельчённой массы отделяют частицы железа и стали, а с применением механической классификации – медь и алюминий. Выделяемую целевую фракцию, содержащую соединения кобальта, лития и углерода, отправляют на дальнейшую переработку с целью извлечения кобальта. Для выделения кобальта после проведения механохимической деструкции электродной массы ЛХИТ, целевую фракцию подвергают экстрагированию в растворителе, после чего осадочную металлическую массу фильтруют из раствора. Полученный на фильтре осадок состоит из литированного оксида кобальта (кобальтата лития) LiCoO2 и углерода. Для их разделения используется электрохимическое восстановление кобальта. Для получения попутных соединений лития в виде гидроксида LiOH и карбоната Li2CO3 используется реактор с мешалкой, обеспечивающий высокоэффективное извлечение ценных компонентов методами экстракции в ускоренном режиме. Дальнейшее выделение литиевых продуктов осуществляется в баромембранной установке, содержащей ультрафильтрационный и обратноосмотические модули. Комбинация процессов ультрафильтрации и обратного осмоса обеспечивает высокий выход целевых продуктов при малых энергетических затратах. Это позволит проводить высокоэффективное извлечение ценных компонентов методами экстракции в ускоренном режиме.