Notícias SMM de 21 de fevereiro:
Uma equipe de pesquisa da Universidade Gadjah Mada, na Indonésia, e outras instituições está dedicada a explorar métodos inovadores para recuperar lítio de baterias de íon-lítio descartadas. Os pesquisadores alcançaram com sucesso uma taxa de recuperação de lítio de até 95,7%, com seletividade de 100%, a partir de baterias ternárias, combinando redução carbotérmica com lixiviação em água sob condições atmosféricas.
Atualmente, o mercado global de veículos elétricos continua a se expandir, e dois tipos de baterias de íon-lítio dominam o setor. Entre elas, as baterias ternárias são conhecidas por sua alta densidade de energia e adequação para veículos elétricos de longa distância, enquanto as baterias LFP são preferidas por sua alta segurança, boa estabilidade e custo-benefício. No entanto, a composição complexa e diversificada das baterias de íon-lítio descartadas apresenta desafios significativos para a reciclagem. Em particular, as diferenças de composição entre baterias ternárias e LFP aumentam ainda mais a complexidade do processo de reciclagem. Este estudo foca no uso de lixiviação em água atmosférica para extrair seletivamente lítio da massa negra de baterias ternárias, abordando desafios-chave no processo de reciclagem.
Os pesquisadores coletaram cátodos de baterias ternárias e LFP descartadas de fontes locais de reciclagem e extraíram a massa negra como material principal para o processamento. Posteriormente, foi realizado tratamento carbotérmico em diferentes misturas de massa negra (variando de ternária pura a uma proporção de 50:50 de ternária e LFP, com temperaturas de tratamento entre 750-950°C) e testado em taxas de aquecimento de 5°C, 10°C e 15°C por minuto. Após o tratamento carbotérmico, foi realizada lixiviação em água na massa negra para avaliar a eficiência de recuperação de lítio.
Para analisar o processo em profundidade, os pesquisadores empregaram vários métodos analíticos. A composição elementar foi detectada usando espectroscopia de emissão por plasma acoplado indutivamente; a fase e a composição foram determinadas por difração de raios X; a morfologia da superfície e a distribuição elementar foram estudadas usando microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios X por dispersão de energia; os grupos funcionais nos compostos foram explorados por espectroscopia Raman; e a análise termogravimétrica foi conduzida na faixa de temperatura de 30-1.200°C para monitorar mudanças de calor e massa durante o processo de redução carbotérmica em tempo real.
O estudo descobriu que a taxa de aquecimento durante o processo carbotérmico afeta significativamente as taxas de recuperação de lítio durante a lixiviação em água. Especificamente, as taxas de recuperação de lítio diminuem à medida que a taxa de aquecimento aumenta, com a maior taxa de recuperação de 92,06±0,42% alcançada a uma taxa de aquecimento de 5°C/min. Isso ocorre porque taxas de aquecimento mais altas interrompem a uniformidade da reação de redução, levando a uma distribuição desigual de temperatura dentro das partículas e à formação de compostos residuais insolúveis de lítio.
A temperatura-alvo também impacta a eficiência da redução carbotérmica. À medida que a temperatura aumenta, as taxas de recuperação de lítio apresentam uma tendência de declínio. Embora a análise termogravimétrica indique uma redução metálica aprimorada em temperaturas mais altas, o lítio torna-se incorporado em fases de ligas de Ni-Co formadas nessas temperaturas, resultando em taxas reduzidas de recuperação de lítio. Os resultados de difração de raios X também confirmaram a presença dessas fases de liga, que dificultam a extração de lítio durante o processo de lixiviação.
A análise TGA revelou mudanças significativas de massa durante a redução carbotérmica da massa negra mista LFP-ternária, indicando reações potenciais ou transformações de fase/estrutura no material sólido. Além disso, à medida que a proporção de LFP na massa negra mista aumenta, as taxas de recuperação de lítio diminuem gradualmente, particularmente durante a redução carbotérmica a 950°C. Além disso, mudanças na temperatura de tratamento têm um impacto relativamente menor na recuperação de lítio de misturas ternárias-LFP. Isso sugere que os principais desafios no processo de redução carbotérmica da massa negra de baterias mistas não surgem das condições operacionais, mas das reações químicas entre os componentes, que geram compostos resistentes à lixiviação em água.
O estudo demonstra que combinar redução carbotérmica com lixiviação em água atmosférica é um método eficaz para recuperar lítio da massa negra mista de baterias ternárias-LFP. Sob condições otimizadas (950°C, taxa de aquecimento de 15°C/min, tempo de tratamento de 2 horas), a eficiência de recuperação de lítio da massa negra ternária pura atingiu 95,7±0,31%, com pureza de 100%.
No entanto, quando uma quantidade igual de LFP é adicionada à massa negra ternária, o processo de recuperação é interrompido, e as taxas de recuperação de lítio caem significativamente para 9,78±0,44%. Isso ocorre devido à formação de Li3PO4 insolúvel em água e ao encapsulamento do lítio dentro de matrizes de ligas Fe-Ni-Co e Ni-Co.
Para resolver esse problema, os pesquisadores adicionaram carbonato de sódio durante o processo de redução carbotérmica para suprimir a formação de Li3PO4. Esse ajuste aumentou as taxas de recuperação de lítio para 59,47%, mantendo 100% de pureza ao converter o lítio em carbonato de lítio estável. Esses achados sugerem que, em aplicações práticas de reciclagem, a adição de aditivos de carbonato e o ajuste razoável das condições do processo podem melhorar a eficiência de recuperação de lítio.
Equipe de Pesquisa de Nova Energia da SMM
Cong Wang 021-51666838
Rui Ma 021-51595780
Disheng Feng 021-51666714
Ying Xu 021-51666707
Yanlin Lü 021-20707875
Yujun Liu 021-20707895
Xiaodan Yu 021-20707870
Zhicheng Zhou 021-51666711
He Zhang 021-20707850
