بهينه سازي فرايند انحلال انتخابي ليتيم از باتري ليتيم- يون مستعمل توسط اگزاليك اسيد با به كارگيري روش رويه پاسخ

Optimization of the Selective Dissolution of Li from the Spent Li-ion Batteries using Oxalic Acid by a Response Surface Methodology

در اين پژوهش، بازگرداني باتري ليتيم- يون از نوع LiNixMnyCozO2 با هدف بازيابي ليتيم از كاتد باتري، مورد آزمايش قرار گرفته است. پس از دشارژ و پياده سازي اجزاي باتري، كاتد با استفاده از يك خردكن تا ابعاد زير پنج ميلي متر ريز شد. سپس آلومينيوم محتوي با انحلال در محلول سديم هيدروكسيد 2.5 مولار تحت شرايط دماي محيط و زمان دو ساعت به طور انتخابي از ماده كاتدي حذف شد. در مرحله بعد انحلال انتخابي ليتيم از ماده كاتدي آلومينيومزدايي شده توسط اگزاليك اسيد با استفاده از روش رويه پاسخ (طرح مركب مركزي) بررسي شد. سه پارامتر زمان (100-35 دقيقه) ، دما (70-40 درجه سانتي گراد) و غلظت اگزاليك اسيد (1.2-0.5 مولار) به عنوان متغيرهاي كنترل شده و درصد بازيابي ليتيم و غلظت منگنز در محلول به عنوان متغيرهاي پاسخ انتخاب شدند. درنهايت با تجزيه و تحليل آماري نتايج و مدل هاي تعيين شده، شرايط بهينه (زمان 122 دقيقه، دماي 70 درجه سانتي گراد و غلظت اگزاليك اسيد 1/1 مولار) پيش بيني شد و تحت اين شرايط، بازيابي ليتيم حدود 95 درصد و منگنز حل شده به ميزان حدود 110 ميلي گرم بر ليتر به دست آمد.

In this study, the recovery of lithium from the cathode of the spent Li-ion batteries of the LiNixMnyCozO2 type was investigated. After complete discharging and dismantling, the cathodic section was cut and its aluminum content was selectively dissolved in 2.5 M NaOH solution at room temperature for 2 hr. In the next step, selective dissolution of lithium by oxalic acid from the de-aluminized cathode material was investigated and optimized using the response surface methodology of the central composite design. The effect of three parameters of time (35-100 min), temperature (40-70 °C), and oxalic acid concentration (0.5-1.2 M) on the lithium recovery percentage and manganese concentration was studied as the response variables. According to the statistical analysis of the results and the developed models, an optimum condition (T = 70 °C, t = 122 min and oxalic acid concentration of 1.1 M) was suggested and verified experimentally, resulting in the lithium recovery of about 95% and Mn2+ concentration of about 110 mg/L.