《鎳鈷廢料的清潔循環過程及其相關材料製備基礎》是依託清華大學，由徐盛明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鎳鈷廢料的清潔循環過程及其相關材料製備基礎
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：徐盛明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈷鎳是重要的緊缺戰略金屬，我國約90％鈷和47％鎳依賴進口，資源短缺已成為國家發展的瓶頸和經濟安全的重大隱患。鎳鈷二次資源的再生循環與高價值利用已成為緩解我國鎳鈷資源緊缺局面、節約礦產資源的必然選擇和研究熱點。擬研究典型的鎳鈷二次廢料在硫酸或硫酸－硝酸的混酸體系或電化學作用下有價元素的選擇性溶出過程及其動力學；重點開展二葵基次膦酸物化特性、新萃取體系中多金屬離子的分離新原理與新工藝及其過程強化機制研究，包括萃取分離鋁、鋅、鈷、鎳等元素的工藝參數；深入研究選擇性分離與淨化後溶液的材料化可控制備過程，包括鎳鈷功能材料製備過程中還原/沉澱/絡合體系的選擇原理、前驅體的化學成分和顆粒尺寸及形貌可控機制、液相還原體系中的分散劑與保護劑的選擇及其作用機理等。通過上述研究，確定新萃取劑的物化特性和萃取動力學，建立鎳鈷資源再生直接製備超細鈷、鎳粉、鎳鈷合金粉及鎳鈷錳酸鋰等鎳鈷功能材料的工藝理論與方法。
結題摘要
鈷鎳是重要的緊缺戰略金屬，其資源短缺已成為我國經濟發展的瓶頸和經濟安全的重大隱患，故鎳鈷二次資源的再生循環與高價值利用已成為必然選擇和研究熱點。 針對高矽含量的鈷白合金，分別研究了硫酸－鹽酸混合體系的浸出過程和添加氯化銨條件下的電化學溶解行為。前者確定了工藝參數；後者研究了矽在電化學溶解過程的鈍化機理及氯化銨添加劑消除鈍化作用的機制，且能實現銅、鈷、鐵元素間的初步分離。 針對普遍採用複合正極材料的趨勢且廢舊鋰離子電池材質難以區分的情況，採用混合正極材料，模擬研究了鋰離子電池混合正極材料的浸出工藝。結果表明，Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2廢料中混有LiMn2O4的電池廢料比混有LiCoO2的廢料更易被浸出，且所確定的還原酸浸工藝可適用於處理各類鋰離子電池廢料。 為確定再生工藝流程的除雜深度，重點研究了雜質離子對鋰離子電池再生正極材料性能的影響規律。結果表明：高倍率或高電壓條件下，當浸出液中雜質離子Al3+和Mg2+含量分別不超過810 g•L-1和360g•L-1時，由該溶液合成的正極材料Li[(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-xMx]O2（M=Al、Mg；x≤0.01）的容量雖略有降低，但其循環性能卻大有改善。故對Al3+和 Mg2+的除雜深度可分別適當放寬至810 g•L-1和360g•L-1，以避免主元素的損失、節約回收成本。 採用共沉澱法研究了Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH) 2等錳系前驅體晶體的形成機理。用晶體生長和團聚的重結晶模型解釋了Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2初級顆粒的硬團聚、分子生長和光滑緻密球形顆粒的形成過程，還根據第一性原理計算了Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2晶體各個晶面的晶面能。對球形富鋰錳基正極材料xLi2MnO3•(1-x)Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2（x=0.2，0.4，0.6）的合成、結構與電化學性能進行了研究。 採用溶膠凝膠摻雜和磷酸鎳包覆法進行了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的電化學性能改性研究，其結果表明兩者都具有良好的循環性能和倍率性能。 此外，採用改進的Lewis槽對硫酸鹽溶液中二癸基次膦酸(DDPA)的鈉皂(Na-DDPA)萃取Co(II)動力學進行了研究，併合成了有機螯合試劑的關鍵中間體—α-苯偶姻和具有良好萃取性能的新型有機膦萃取劑。
