Nikkelin selektiivinen neste-nesteuutto Li-ioniakkujen muuttuvien katodimateriaalien kierrätyksessä
Lappi, Joonas (2021)
Kandidaatintyö
2021
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021041610774
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021041610774
Tiivistelmä
Liikenteessä olevien sähköautojen määrä tulee moninkertaistumaan lähitulevaisuudessa. Näissä käytettyjen litiumioniakkujen katodimateriaaleissa koboltin osuutta pyritään korvaamaan enenemissä määrin nikkelillä. Tämä tulee näkymään myös tulevaisuudessa kierrätettävän litiumioniakkujätteen koostumuksessa.
Kierrätysprosessit litiumioniakkujätteelle pystytään toteuttamaan monella eri tavalla, mutta tutki-musta tullaan suuntaamaan tulevaisuudessa hydrometallurgisiin kierrätysprosesseihin muun muassa sen energiatehokkuuden ja huonolaatuiselle jätteelle soveltuvuuden ansiosta. Neste-nesteuutto on tärkeä hydrometallurgisen prosessin osa arvokkaiden NMC-katodimateriaalien eli litiumin lisäksi nikkeliä, mangaania ja kobolttia sisältävien katodimateriaalien metallien talteen ottamisessa. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia kirjallisuuteen perustuen neste-nesteuuton toteuttamista nikkelille selektiivisesti, koska korkean nikkelipitoisuuden on todettu aiheuttavan nikkelihäviötä tavanomaisessa tavassa toteuttaa neste-nesteuutto.
Työssä tarkasteltiin erityisesti nikkelille selektiivisten uuttoreagenssien ja Versatic 10 -hapon muodostamia synergistisiä uuttosysteemejä vertaamalla toisiinsa näiden erotustehokkuutta, takaisinuuton tehokkuutta, liukenemista kaupallisiin orgaanisiin liuottimiin ja stabiiliutta. Työssä tarkastellut pyridiinikarboksylaatteja, alfahydroksioksiimeja ja asetofenonioksiimia sisältävät uuttosysteemit soveltuisivat nikkelin selektiiviseen neste-nesteuuttoon eli uuttoon, jossa nikkeli uutetaan ensimmäisenä NMC-katodimateriaalien metalleista. Kuitenkin potentiaalisimmatkin näistä vaativat lisätutkimusta syöttöliuoksessa olevien metallien, takaisinuuton kinetiikan ja näissä uuttosysteemeissä tapahtuvien metallihäviöiden näkökulmista. Nikkelin selektiivinen neste-nesteuutto voisi olla enemmän tutkittuna mahdollinen tapa toteuttaa NMC-katodimateriaalin metallien talteen otto korkeasti nikkelipitoisesta jätemateriaalista.
Kierrätysprosessit litiumioniakkujätteelle pystytään toteuttamaan monella eri tavalla, mutta tutki-musta tullaan suuntaamaan tulevaisuudessa hydrometallurgisiin kierrätysprosesseihin muun muassa sen energiatehokkuuden ja huonolaatuiselle jätteelle soveltuvuuden ansiosta. Neste-nesteuutto on tärkeä hydrometallurgisen prosessin osa arvokkaiden NMC-katodimateriaalien eli litiumin lisäksi nikkeliä, mangaania ja kobolttia sisältävien katodimateriaalien metallien talteen ottamisessa. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia kirjallisuuteen perustuen neste-nesteuuton toteuttamista nikkelille selektiivisesti, koska korkean nikkelipitoisuuden on todettu aiheuttavan nikkelihäviötä tavanomaisessa tavassa toteuttaa neste-nesteuutto.
Työssä tarkasteltiin erityisesti nikkelille selektiivisten uuttoreagenssien ja Versatic 10 -hapon muodostamia synergistisiä uuttosysteemejä vertaamalla toisiinsa näiden erotustehokkuutta, takaisinuuton tehokkuutta, liukenemista kaupallisiin orgaanisiin liuottimiin ja stabiiliutta. Työssä tarkastellut pyridiinikarboksylaatteja, alfahydroksioksiimeja ja asetofenonioksiimia sisältävät uuttosysteemit soveltuisivat nikkelin selektiiviseen neste-nesteuuttoon eli uuttoon, jossa nikkeli uutetaan ensimmäisenä NMC-katodimateriaalien metalleista. Kuitenkin potentiaalisimmatkin näistä vaativat lisätutkimusta syöttöliuoksessa olevien metallien, takaisinuuton kinetiikan ja näissä uuttosysteemeissä tapahtuvien metallihäviöiden näkökulmista. Nikkelin selektiivinen neste-nesteuutto voisi olla enemmän tutkittuna mahdollinen tapa toteuttaa NMC-katodimateriaalin metallien talteen otto korkeasti nikkelipitoisesta jätemateriaalista.