A zero-liquid discharge process based on statistically optimized leaching, in-situ crystallization, and thermal decomposition to recover all critical metals from spent NCM111 cathode material of end-of-life lithium ion batteries using concentrated formic acid

化学 甲酸 浸出(土壤学) 格式化 试剂 溶解度 溶解 无机化学 核化学 有机化学 催化作用 环境科学 土壤科学 土壤水分
作者
Alexandru Sonoc,Rajashekhar Marthi,J. Jeswiet
出处
期刊:Hydrometallurgy [Elsevier]
卷期号:: 106362-106362
标识
DOI:10.1016/j.hydromet.2024.106362
摘要

A green chemistry process has been developed to recycle cathode material from end-of-life lithium ion batteries. NCM111 (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) was completely leached with 13 M formic acid to produce two groups of salts with different solubilities: sparingly soluble cobalt, manganese, and nickel (CMN) formates and highly soluble lithium formate. During leaching, CMN formate salts exceeded their solubility limit in the pregnant leach solution (PLS) and crystallized. Mixed CMN formate salts were recovered by filtering the PLS. Lithium was completely recovered by evaporating the filtered PLS then thermally decomposing the lithium formate obtained in air to lithium carbonate. The purity of the lithium carbonate was 98.1 wt%. The leaching process was optimized through response surface methodology experiments. The minimum time required to completely leach NCM111 with 13 M formic acid was 30.8 h. Optimum leaching conditions were L/S = 2.81 mL/g (equivalent to S/L = 356 g/L) and T = 95 °C. During leaching, 98% of CMN formate salts exceeded their solubility limit and crystallized from the PLS. The recycling process is simple and generates no liquid or solid waste products. The only reagent is 13 M formic acid. The only by-products are water vapour, which can be condensed and reused, and carbon dioxide gas.
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