LiCoO_2在酸性环境中焙烧元素的赋存状态及其分布分配的研究

【摘要】锂离子电池具有其高的性价比、轻便、易携等特点,在生活中的电子领域已经占据了很高的位置,这在未来的电子领域也具有广泛的应用前景。随着锂离子电池在电子领域的数量不断的猛增,由于其寿命的有限性,导致大量的锂离子电池被淘汰,如果不及时进行治理的话,会给人们的生活环境带来很大的威胁。由于锂离子电池中的有价金属的含量比较高,在我们这个钻资源比较短缺、又没有大量的矿产资源得到开发的国家,对失效锂离子电池进行回收处理,不仅有利于减轻环境的污染问题,也有利于缓解我国钴资源的供求矛盾。本文主要论述了对失效锂离子的回收的国内外的研究现状,目前主要有两种方法,火法和湿法。基于LiCoO2在酸性溶液中的化学溶解性质开发的湿法冶金技术,尽管具有金属回收率高的优点,但均难以避免浸出过程污染性气体的产生这一严重缺点,这限制了该技术的实际应用。目前已开展的研究在LiCoO2物理化学性质的全面认识上存在明显的缺陷限制了废LiCoO2中有价金属回收新工艺的设计与开发。本文主要是用LiCoO2与NaHSO4·H2O或Na2S2O7等按照一定的摩尔比混合,经酸性焙烧后产物中元素的存在形式、化合物的种类、离子的价态等方面的物理化学特征仍不清楚。本文研究针对该酸性焙烧过程中元素迁移的化学形式及元素定向迁移控制的机理科学问题,采用TG-DSC-MS,XRD和SEM-EDS等研究手段揭示元素在酸性焙烧过程所处的物态、化合物种类和逸出气体的成分、产物的形貌随着温度的变化颗粒的变化和元素在产物中的分布和分配等方面的物理化学特征。混合焙烧的研究结果表明：(1)将LiCoO2与NaHSO4H20按照摩尔比1：3混合均匀,研究结果表明：LiCoO2与NaHSO4·H2O发生反应,首先是NaHSO4·H2O失去结晶水的阶段,当温度上升时,NaHSO4·H2O还要失去物理吸附水,当温度达到600℃左右时,有二氧化硫和氧气的溢出。通过XRD分析检测,锂元素主要是以LiNa(SO4)的形式存在,钴元素在低温时是以CoSO4.H2O和Na2Co(SO4)2的形式存在,当温度相对升高时,则是以Na6Co(SO4)4的形式存在,随着温度的升高产物的颗粒尺寸不断的减小,由块状物转化为鱼鳞状,Li、Co、S、O元素呈现弥散状态均匀分布在产物中。(2)将LiCoO2与Na2S2O7按照摩尔比1：1.5混合均匀,TG-DSC-MS的结果表明,热重过程呈现出了三个失重台阶,在第一阶段主要是Na2S2O7失去物理吸附水的阶段,第二阶段明显有二氧化硫气体溢出。通过XRD的结果表明：Li元素主要是以LiNa(SO4)的形式存在,而Co元素随着温度的升高主要是以Na6Co(SO4)4的形式存在,在低温时,产物的形貌是不规则的,主要是以块状物为主,还出现一些团聚体,随着温度的升高,产物的形貌越来越不规则,呈现出条状结构,Li、Co、S、O元素呈现弥散状态均匀分布在产物中。
【作者】刘沛静；
【导师】王大辉；
【作者基本信息】兰州理工大学，有色金属冶金，2014，硕士
【关键词】锂离子电池；酸性焙烧；元素的赋存状态；分布分配；

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