ÄûÃʵ¼º½

Väitöskirjan nimi: Leaching behaviour of battery metals and impurities during black mass recycling

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Yuanmin Zou
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Professori Bernd Friedrich, RWTH Aachen University, Saksa
Kustos: Professori Mari Lundström, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Maailman siirtyessä kohti kestäviä energiajärjestelmiä litiumioniakut (LIB:t) ovat keskeisiä kannettavassa elektroniikassa, sähköajoneuvoissa ja uusiutuvan energian varastoinnissa. Käytöstä poistuvien LIB-akkujen nopea kertymä aiheuttaa kuitenkin ympäristö-, turvallisuus- ja resurssihaasteita. Siksi tehokas kierrätys sekä litiumin, nikkelin, koboltin, mangaanin ja grafiitin kaltaisten kriittisten materiaalien talteenotto on välttämätöntä kiertotalouden ja kestävän energiaekonomian edistämiseksi.

Tässä väitöskirjassa tutkitaan teollisen LIB-mustan massan liuotusta ja liuosvaiheen puhdistusta. Työ keskittyy hydrometallurgisen kierrätysprosessin valittujen vaiheiden optimointiin, keskeisten epäpuhtauksien (pii, alumiini) liukenemiskäyttäytymisen ymmärtämiseen, grafiittijäännöksen karakterisoinnin ja puhdistuksen parantamiseen, sekä liuenneen raudan ja alumiinin poistamisen tehostamiseen rikastetusta liuotusnesteestäa (PLS).

Tulokset osoittavat, että liuotustehokkuus riippuu vahvasti happotyypistä ja pelkistimen käytöstä. Rikkihapossa vaaditaan pelkistin, kuten vetyperoksidi, litiumrautafosfaatti tai kupari. Sen sijaan 4 mol/l suolahapossa nikkelin, koboltin ja mangaanin korkea uutto saavutettiin ilman ulkoisia pelkistimiä kloridi-ionien in situ -pelkistävän vaikutuksen ansiosta. Epäpuhtauksien käyttäytyminen on herkkää prosessiparametreille: suolahappo minimoi piin liukenemisen, kun taas rikkihappo edellytti tarkkaa hallintaa—alhainen happopitoisuus (2 mol/l), matala lämpötila, lyhyt liuotusaika ja ylimääräisen vetyperoksidin välttäminen—piin ja alumiinin liukenemisen rajoittamiseksi.

Grafiitin liuotusjäännöksen käsittelyyn kehitettiin myös strategioita. Sekä rikkihappo että suolahappo mahdollistivat grafiitin puhdistuksen, joista suolahappo tuotti korkeimman puhtauden. Fosforihappo heikensi grafiitin laatua ei-toivotun mangaanifosfaatti-monohydraatin saostumisen vuoksi. Mustan massan ja grafiittijäännöksen grafitoitumis-asteessa ei havaittu merkittävää eroa. PLS:n puhdistuksessa fosfaatin lisäys pH:ssa 2,0 mahdollisti raudan selektiivisen saostamisen rautafosfaattina, kun taas pH:ssa 4,5 saostuivat sekä rauta että alumiini, tosin pienten arvometallihäviöiden kera.
Havainnot tarjoavat käytännön oivalluksia teollisen mittakaavan akkujen kierrätykseen, erityisesti kasvavien epäpuhtauspitoisuuksien ja jätevirrassa lisääntyvien litiumrautafosfaattiakkujen hallintaan. Työ edistää tehokkaampien ja kestävämpien hydrometallurgisten kierrätysprosessien kehittämistä.

Avainsanat: LIB:t, grafiitti, valorisointi, hydrometallurgia, pelkistin, saostus.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .

Yhteystiedot: yuanmin.zou@aalto.fi