采用低共熔溶剂从废旧钴酸锂中回收钴的研究

作     者：任相宇 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐存英;王玉天

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：低共熔溶剂 钴酸锂 电沉积 钴镀层 共沉淀法 

摘      要：随着中国社会经济的高速发展,中国已经成为电池消费大国,每年产生的废旧锂离子电池高达数亿只。因此废旧锂离子电池的回收利用已成为社会关注的问题。其中,钴酸锂正极材料的回收利用是废旧锂离子电池回收的关键环节。寻找一种对环境友好的浸出剂,对废旧钴酸锂正极材料进行处理,回收有价稀缺金属钴,将有助于缓解钴资源的供需紧张状况。本论文尝试采用新型溶剂-低共熔溶剂从废旧钴酸锂中回收金属钴,基体研究如下:首先,采用响应曲面法对LiCoO在Ch Cl-EG DES中的溶解量进行了研究,溶解量较大的较优的溶解条件为:温度160℃、时间35.87 h、搅拌速度500 r/min、LiCoO粒度38μm。采用电喷雾质谱、傅里叶红外光谱以及紫外吸收光谱对溶解进入Ch Cl-EG DES中的钴存在形式进行分析,结果表明钴离子在Ch Cl-EG DES中的存在形式为[Co Cl]。在测定温度范围内,温度对LiCoO-ChCl-EG DES黏度及电导率的影响较为显著,随着温度的升高,黏度减小,电导率增大,两者呈反比例关系,而LiCoO浓度对其影响不明显。其次,通过电化学行为的研究,循环伏安测试表明,随着温度、LiCoO浓度的增加,起始还原电位将正移,有利于电沉积的进行。研究沉积电位对沉积产物的影响,当沉积电位为-1.1～-1.4 V时只可以沉积出金属钴,当沉积电位负于-2.2 V时可共沉积出钴和锂,通过控制沉积电位可以回收LiCoO中的有价金属。同时研究了不同沉积电位、沉积温度以及LiCoO浓度等条件对钴镀层形貌的影响,在沉淀电位为-1.3 V、沉积温度为120℃、LiCoO浓度为2.0 g·L得到的镀层最佳。通过X射线衍射(XRD)的分析表明,钴镀层在热处理前是无定形结构的。并且发现在Ch Cl-EG DES中添加HCO·2HO有助于LiCoO在溶液中的溶解量得到提升,并且可以在槽电压为2.6～3.0 V电沉积出钴镀层。最后,采用共沉淀法回收LiCoO中的有价金属钴,研究了LiCoO在Ch Cl-HCO·2HO-LiCoO DES中的溶解量,在溶解时间为36 h,便可以得到该温度下的饱和溶液。在不同条件下进行共沉淀实验研究,在沉淀温度为25℃下搅拌30 min得到Co CO·2HO,钴的回收率最高。在不同条件下进行煅烧实验,通过物相分析得知,煅烧温度为400℃下煅烧8 h得到的CoO,钴的回收率最高,在微观形貌和晶体结构上均是最佳的。在上述条件下钴的回收率为96.1%。