Как добывать ценные металлы из литий-ионных аккумуляторов с помощью лимонной кислоты и восстановителя из экстракта апельсиновой кожуры, написал недавно журнал Environmental Science & Technology.

Мы перевели эту новость сначала на русский — https://nplus1.ru/news/2020/08/31/cobalt-orange-peel . А теперь на белорусский — в рамках проекта «Языки России». Он создан при содействии АНО «Институт развития интернета»
Апельсінавая лупіна дапаможа перапрацаваць літый-іонныя акумулятары
Хімікі з Францыі і Сінгапура прапанавалі здабываць каштоўныя металы з літый-іонных акумулятараў з дапамогай лімоннай кіслаты і адноўніку з экстракту апельсінавай лупіны. Новы спосаб дазваляе рэгенерыраваць з катоднага матэрыялу больш за 90 адсоткаў кобальту без утварэння шкодных пабочных прадуктаў. Вынікі даследавання апублікаваныя ў часопісе Environmental Science & Technology.
Рынак літый-іонных акумулятараў пастаянна расце і, паводле прагнозаў, да 2026 года дасягне 139 мільярдаў даляраў. Разам з вытворчасцю расце і колькасць акумулятараў, якія зрабіліся непрыдатнымі. У цяперашні час у Еўрасаюзе перапрацоўваецца толькі пяць адсоткаў выкарыстаных літый-іонных акумулятараў, у іншых краінах, у тым ліку і ў Расіі — яшчэ менш. Між тым такая перапрацоўка магла б быць вельмі выгаднай: акрамя літыя, запасаў якога на нашай планеце робіцца ўсё менш, з выкарыстаных акумулятараў можна рэгенераваць кобальт (Co), а таксама марганец (Mn) і нікель (Ni).
Праблема ў тым, што таннага, экалагічнага і бяспечнага спосабу выдзялення металаў з літый-іонных акумулятараў пакуль не існуе. Металы можна аднаўляць так званым піраметалургічным спосабам: доўгім нагрэвам да тэмпературы 500 градусаў Цэльсія і вышэй, які патрабуе вялікіх выдаткаў энергіі. Іншы варыянт — выкарыстанне моцных неарганічных кіслот (сернай, азотнай, саляной) у спалучэнні з адноўнікам (часцей за ўсё гэта перакіс вадароду). Гэты працэс працякае пры больш нізкай тэмпературы (ад 100 да 200 градусаў Цэльсія), але ў яго ёсць іншы істотны недахоп — ўтварэнне вялікай колькасці шкодных пабочных прадуктаў, сярод якіх аксіды серы і азоту, а таксама газападобны хлор. Больш мяккія і экалагічныя спосабы выдзялення металаў, якія заснаваныя на выкарыстанні слабых неарганічных кіслот (напрыклад, лімоннай) і больш мяккіх адноўнікаў пакуль недастаткова эфектыўныя, каб прымяняць іх у прамысловасці.
Чор Ёнг Тай (Chor Yong Tay) і Мадхаві Шрынівасан (Madhavi Srinivasan) з Наньянскага тэхналагічнага універсітэта ў Сінгапуры сумесна з калегамі прапанавалі адначасова экалагічны і эфектыўны спосаб перапрацоўкі літый-іонных акумулятараў. Яны выкарыстоўвалі лімонную кіслату, а ў якасці адноўніку — экстракт апельсінавай лупіны. Аднаўленчыя ўласцівасці апельсінавай лупіны вядомыя навукоўцам ўжо даўно, хоць адназначнага тлумачэння гэтаму феномену пакуль няма. Як відаць, прычыны дзве: тэрмічнае пераўтварэнне цэлюлозы ў аднаўляючыя цукры (напрыклад, глюкозу і ксілозу) і наяўнасць прыродных антыаксідантаў, такіх як флаваноіды і фенольныя кіслоты.
Для таго, каб атрымаць аднаўляючы прэпарат, апельсінавую лупіну дробна пакрышылі, высушылі пры 60 градусах Цэльсія на працягу трох дзён і прапусцілі праз металічную сетку з дыяметрам адтуліны 250 мікраметраў. На гэтым этапе было важна дакладна ведаць колькасць адноўніку, таму навукоўцы разлічылі масу вільгаці ў кожным узоры лупіны з дапамогай тэрмагравіметрычнага аналізу. Спачатку новы адноўнік быў выпрабаваны на чыстым аксідзе літыя-кобальту LiCoO2, а затым прыступілі да рэгенерацыі металаў са старых літый-іонных батарэй з напружаннем элементарнай ячэйкі ад 3,1 да 3,4 вольт.
Перад рэгенерацыяй батарэі былі цалкам разраджаныя шляхам змяшчэння іх на ноч у раствор хларыду натрыю. Затым батарэі адкрывалі, чорны, багаты металамі парашок, які быў унутры, змешвалі з апельсінавай лупінай і лімоннай кіслатой і, перамешваючы, кіпяцілі — змянялі канцэнтрацыю кіслаты, хуткасць мяшання і колькасць адноўніку. Пасля чатырох гадзін кіпячэння рэакцыю спынялі і раствор, які атрымаўся, чысцілі ад нераствораных цвёрдых рэчываў спачатку цэнтрыфугаваннем, а затым фільтраваннем. Значная частка металаў пераходзіць у раствор, кобальт, нікель і марганец могуць выпадаць у асадак у выглядзе нерастваральных гідраксідаў (гідраксід літыя раствараецца і застаецца ў растворы). Навукоўцы правялі паралельна два эксперыменты — з апельсінавай лупінай і стандартным адноўнікам — перакісам вадароду, каб параўнаць іх эфектыўнасць. Колькасць адноўленых металаў разлічвалі з дапамогай атамна-эмісійнай спектраскапіі з індуктыўна звязанай плазмай. (ІСП-АЭС).
Навукоўцам атрымалася здабыць са старых акумулятараў 98,9 адсотка кобальту, 72,5 адсотка літыя, 98,2 адсотка нікелю і 99,8 адсотка марганцу — для ўсіх металаў акрамя літыю прэпарат апельсінавай лупіны апынуўся больш эфектыўным за перакіс вадароду. Атрыманы аксід кобальту змяшалі з карбанатам літыю і загартавалі на паветры пры тэмпературы 850 градусаў Цэльсія, каб атрымаць змешаны аксід літыю кобальту LiCoO2. З LiCoO2 затым вырабілі катоды для літый-іонных акумулятараў — па сваіх характарыстыках яны не саступалі стандартным прыладам. Акрамя таго, навукоўцы пратэставалі пабочныя прадукты, якія атрымліваюцца ў рэакцыі растварэння чорнага парашку, і пераканаліся, што яны не таксічныя.
Над пошукам танных і экалагічных спосабаў аднаўлення каштоўных металаў працуюць цяпер многія навукоўцы. Напрыклад, у чэрвені карэйскія хімікі распрацавалі сітаваты палімер, які дазваляе селектыўна выдзяляць золата са старых пакрыццяў друкаваных плат. Адзін грам такога сарбенту сабекоштам пяць даляраў мог захопліваць больш за паўтары грамы золата коштам каля 64 даляраў.
Перевод выполнила Марыя Бадзей