НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия:

В. И. Назаров, заместитель начальника отдела, канд. техн. наук, эл. почта: nazarov_vi41@mail.ru
В. М. Ретивов, исполняющий обязанности руководителя Курчатовского комплекса химических исследований (ИРЕА), канд. хим. наук
Д. А. Макаренков, заместитель руководителя Курчатовского комплекса химических исследований (ИРЕА) по научной работе по науке, докт. техн. наук
Г. Р. Афлятунова, лаборант-исследователь

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:
А. И. Почиталкина, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: pochitalkina@list.ru

Сегодня переработка отработанных литий-кобальтовых источников тока (ЛКИТ) является актуальной задачей. Созданная в Курчатовском комплексе химических исследований (ИРЕА) многостадийная комплексная технология переработки ЛКИТ заключается в их вскрытии, дроблении и помоле (с механоактивацией), последующих выщелачивании в системе жидкость – твердое и экстракции в системе жидкость – жидкость. При этом целевым продуктом является порошкообразный осадок, содержащий соединения кобальта (Co), лития (Li), марганца (Mn), никеля (Ni) и других компонентов. Комплексные аналитические исследования промежуточных и конечных продуктов выполняли с помощью методов атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, лазерной дифракции, низкотемпературной адсорбции азота, а также газовой хроматографии. Это обеспечило постадийный контроль качества получаемых продуктов при реализации технологического цикла переработки. Выявленные характеристики перерабатываемых материалов позволили управлять технологическим процессом и качеством получаемых промежуточных и целевых продуктов. Предложенная технология обеспечивает экологическую безопасность процесса переработки и получение ценного техногенного сырья, которое может быть возвращено в технологический цикл.

Работа выполнена в рамках научного гранта Российского научного фонда (РНФ) № 21-19-00403
«Исследование процессов механохимической деструкции катодных материалов при извлечении
кобальта и его соединений».
При проведении аналитических исследований элементный, рентгенофазовый, лазерный дифракционный анализ, сканирующая электронная микроскопия, газовая хроматография были выполнены с использованием оборудования ЦКП «ИХАЦ» НИЦ «Курчатовский институт» – ИРЕА.
Аналитические исследования текстурных характеристик образцов выполнены с привлечением оборудования ЦКП РХТУ имени Д. И. Менделеева.
Авторы выражают благодарность специалистам Курчатовского комплекса химических исследований (ИРЕА) А. П. Попову, Р. Р. Сайфутярову за существенный вклад в проведение экспериментов и обработку полученных данных.

1. Pražanová A., Knap V., Stroe D.-I. Literature review. Recycling of lithium-ion batteries from electric vehicles. Part I: Recycling technology // Energies. 2022. Vol. 15. 1086. DOI: 10.3390/en15031086
2. Chen L., Tang X. C., Zhang Y., Li L. X., Zeng Z. W. et al. Process for the recovery of cobalt oxalate from spent lithiumion batteries // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 108, Iss. 1-2. P. 80–86.
3. Zeng G. S., Deng X. R., Luo S. L., Luo X. B., Zou J. P. A copper-cataluzed bioleaching process for enhancement of cobalt dissolution from spent lithium-ion batteries // Journal of Hazardous Materials. 2012. Vol. 199-200. P. 164–169.
4. Кулифеев В. К., Тарасов В. П., Криволапова О. Н. Утилизация литиевых химических источников тока : моногр. — М. : Изд. Дом МИСиС, 2010. — 262 с.
5. Chagnes A., Pospiech B. A brief review on hydrometallurgical technologies for recycling spent lithium-ion batteries // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2013. Vol. 88. P. 1191–1199.
6. Aral H., Vecchio-Sadus A. Toxicity of lithium to humans and the environment — a literature review // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008. Vol. 70. P. 349–356.
7. Frohlich P., Lorenz T., Martin G. et al. Valuable metals-recovery processes, current trends, and recycling strategies // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2017. Vol. 56. P. 2544–2580.
8. The London Metal Exchange – an HKEX company: London Metal Exchange home page. — URL: www.lme.com (дата обращения: 17.02.2023).
9. Cobalt Institute. Cobalt Mining. — URL: https://www.cobaltinstitute.org/about-cobalt/cobalt-life-cycle/cobalt-mining/ (дата обращения: 17.02.2023).
10. Kanamori T., Matsuda M., Miyake M. Recovery of rare metal compounds from nickel – metal hydride battery waste and their application to CH4 dry reforming catalyst // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 169. P. 240–245.
11. Contestabile M., Panero S., Scrosati B. A laboratory-scale lithium-ion battery recycling process // J. Power Sources. 2001. Vol. 92. P. 65–69.
12. Mineral commodity summaries 2021 : U.S. Geological Survey. — 200 p. DOI: 10.3133/mcs2021
13. Назаров В. И., Гонопольский А. М., Макаренков Д. А., Клюшенкова М. И., Попов А. П. Технология утилизации отработанных литиевых источников тока с получением гидроксида и карбоната лития на основе механо активированных порошков соединений кобальта, марганца и лития // Кокс и химия. 2020. № 2. С. 45–52.
14. ГОСТ Р 55845–2013. Реактивы и особо чистые вещества. Определение примесей химических элементов атомно-эмиссионной спектрометрией с индуктивно связанной плазмой. — Введ. 01.01.2015.
15. Макаров В. А. Эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой нового поколения iCАР 6300 // Литье и металлургия. 2011. № 1. С. 102–104.
16. Ескина Г. М., Морозов В. П. Рентгенографический анализ в исследовании минералов, руд и горных пород : учебно-методическое пособие. — Казань : Казанский университет, 2020. — 43 с.
17. ГОСТ 25699.2–90. Углерод технический для производства резины. Методы определения удельной внешней поверхности. — Введ. 30.06.1991.
18. Криштал М., Ясников И. С., Полунин В. И. и др. Сканирующая электронная микроскопия и рентгено спектральный микроанализ в примерах практического применения. — М. : Техносфера, 2009. — 206 с.
19. ГОСТ Р 8.777–2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Дисперсный состав аэрозолей и взвесей. Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения. — Введ. 01.01.2013.
20. Арыстанбекова С. А., Волынский А. Б., Прудников И. А. Современные методы газохроматографического анализа нестабильного газового конденсата : монография. — М. : Газпром ВНИИГАЗ, 2011. — 180 с.

21. Назаров В. И., Мелконян Р. Г., Калыгин В. Г. Техника уплотнения стекольных шихт / Под общ. ред. О. С. Чехова. — М. : Легпромбытиздат, 1985. — 126 с.
22. Sing K. S. W., Everett D. H., Haul R. A. W., Moscou L., Pierotti R. A. et al. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity // Pure Appl. Chem. 1985. Vol. 57. P. 603–619.
23. Brunauer S., Deming L. S., Deming W. E., Teller E. On a Theory of the van der Waals Adsorption of Gases // Journal of the American Chemical Society.1940. Vol. 62. P. 1723–1732.
24. Lowell S., Shields J. E., Thomas M. A., Thommes M. Characterization of porous solids and powders: surface areas, pore size and density. — Netherlands : Kluwer Academic Publisher, 2010. Vol. 5. P. 11, 12.
25. Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. — Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2002. — 414 с.
26. ГОСТ 17022–81. Графит. Типы, марки и общие технические требования. — Введ. 01.01.1982.
27. Yang Y., Zheng X., Cao H., Zhao C., Lin X. et al. A closed-loop process for selective metal recovery from spent lithium iron phosphate batteries through mechanochemical activation // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017. Vol. 5. P. 9972–9980. DOI: 10.1021/acssuschemeng.7b01914.
28. Li L., Zhang X., Li M. et al. The Recycling of spent lithium-ion batteries: a review of current processes and technologies // Electrochem. Energ. Rev. 2018. Vol. 1. P. 461–482. DOI: 10.1007/s41918-018-0012-1.