Ученые институтов «Гиредмет» и «ВНИИХТ», входят в Химико-технологический кластер научного дивизиона Госкорпорации «Росатом» (ХТК), запустили и ввели в эксплуатацию лабораторный экстракционный каскад и получили образцы особо чистых солей цветных металлов – кобальта и никеля, ГОСТируемого качества из растворов отработанных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА).
Это заключительный этап крупного НИОКР по созданию технологии гидрометаллургической переработки «черной массы», полученной в результате операций по измельчению литий-ионных аккумуляторов разных типов. Технология позволяет выделить и вернуть в производственный цикл критические металлы: карбонат лития, сульфата кобальта и никеля батарейного качества. При этом вторичное сырье имеет высокую степень чистоты.
Проект «Переработка отработанных литий-ионных аккумуляторов» выполняется в рамках Единого отраслевого тематического плана (ЕОТП) научно-технических работ, заказчиком выступило Частное учреждение по обеспечению научного развития атомной отрасли «Наука и инновации». В рамках программы ЕОТП выполняется большинство наиболее значимых научных исследований и разработок Госкорпорации «Росатом». Внедрение технологии переработки отработанных источников тока – это значимая составляющая для сырьевой независимости России.
Практическую значимость исследовательской работы прокомментировал заместитель директора по науке и инновациям АО «Гиредмет» Константин Ивановских:
«С увеличением доли ЛИА на рынке вторичных аккумуляторов и их применения в электромобилях, утилизация отработанных аккумуляторов стала насущной задачей. Количество отработанных литий-ионных аккумуляторов растет с каждым годом.
Ожидается, что к 2030 году ежегодная генерация электроэнергии посредствам ЛИА в мире достигнет 3.5 тераватт-час, превысив нынешний уровень более чем в 3 раза. С учетом активного развития в России электротранспорта на базе систем накопления энергии, данная проблема вскоре станет весьма острой и для нашей страны. Помимо экологического аспекта, переработка ЛИА открывает уникальные возможности для становления бизнеса по выделению ценных металлов из отработанных литий-ионных катодных материалов. Путем гидрометаллургической переработки можно извлечь такие металлы, как кобальт, никель, литий, марганец и алюминий. При этом основную коммерческую ценность представляют первые три компонента».
На практике привлекательная возможность повторного использования лития, кобальта и никеля в производстве новых аккумуляторов сопряжена с объективными технологическими проблемами. Каждый компонент аккумулятора содержит большое количество химических элементов, которых сложно отделить друг от друга. Литиевые батареи требовательны к чистоте используемых составляющих компонентов, поэтому так важно качество исходных материалов. Для обывателя разница между показателями 99,8% и 99,9% чистоты не кажется существенной, но она приводит к сокращению примесей в разы. Примеси в литиевых батареях могут кристаллизоваться, в результате сокращается срок службы батареи и производительность, может произойти короткое замыкание.
Сначала специалисты ХТК разработали технологию выделения лития и получения карбоната лития батарейного качества. Эффективность способа подтверждена лабораторно — получен карбонат лития чистотой не хуже 99.5%, который используется в современных аккумуляторах. Следующей наиболее сложной задачей стала необходимость получения товарных продуктов – высокочистых кобальта и никеля из смеси металлов ЛИА. Ученые выбрали и обосновали метод жидкостной экстракции, позволяющий разделить близкие по свойствам металлы и глубоко очистить их от сопутствующих примесей. Гидрометаллургический метод отработали на модельных растворах с применением селективных экстрагентов по отношению к цветным металлам на экстракционном каскаде из делительных воронок. С целью реализации процесса в укрупненном масштабе специалисты «Гиредмета» собрали и ввели в эксплуатацию лабораторный экстракционный каскад из 88 ступеней. Для отработки режимов и условий получения кобальта и никеля с характеристиками по ГОСТу было задействовано менее 30 разделительных ступеней каскада. На сегодняшний день проект находятся в высокой степени готовности для масштабирования из лабораторных условий на производство.
Начальник лаборатории Ольга Юрасова подчеркнула:
«Вновь запущенное аппаратурное оснащение технологической лаборатории позволяет проводить исследования по извлечению и разделению близких по свойствам элементов при выполнении научных исследований в интересах внешних заказчиков, в том числе из контура «Росатома». Сегодня мы выпускаем малотоннажные партии высокочистых материалов, создаем новые и дорабатываем существующие экстракционные схемы производства высокочистых соединений редких и редкоземельных металлов с квалифицированным аналитическим сопровождением. Испытательный аналитико-сертификационный центр «Гиредмета» является одним из наиболее передовых в России и аккредитован на соответствие стандарту ИСО МЭК 17025. В целом, мы добились отличного результата при извлечении, разделении и очистке ценных цветных и редких металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов и не исключаем ещё более впечатляющих результатов по разделению и глубокой очистке близких по свойствам элементов в будущих работах».
Институт «Гиредмет» имени Н.П. Сажина (входит в Химико-технологический кластер научный дивизион Госкорпорации «Росатом» – АО «Наука и инновации») является ведущей координирующей научно-исследовательской и проектной организацией материаловедческого профиля Госкорпорации «Росатом», специализирующейся на разработке новых материалов на основе редких металлов, их соединений и сплавов, высокочистых веществ, полупроводниковых материалов, наноматериалов и нанотехнологий. С учетом геополитических вызовов «Гиредмет» решает междисциплинарные научные и научно-прикладные задачи, нацеленные на создание продуктов и технологий с высокой добавленной стоимостью, а также имеющих экспортный потенциал. В работе новые направления, связанные с водородной энергетикой, а также металл-ионными накопителями энергии. На базе «Гиредмета» формируется критически важный потенциал создания новых продуктов для высокотехнологичных отраслей, создаются многопрофильные ресурсосберегающие малотоннажные производства большого спектра редких металлов и их соединений. Это обеспечит комплексное освоение отечественных природных и техногенных сырьевых ресурсов в жизненном цикле «сырье – новые материалы – изделия». Практические знания по извлечению, разделению и глубокой очистке редкоземельных металлов – компетенции, которыми обладает и развивает «Гиредмет».
Ученые институтов «Гиредмет» и «ВНИИХТ», входят в Химико-технологический кластер научного дивизиона Госкорпорации «Росатом» (ХТК), запустили и ввели в эксплуатацию лабораторный экстракционный каскад и получили образцы особо чистых солей цветных металлов – кобальта и никеля, ГОСТируемого качества из растворов отработанных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА).
Загрузка ...
