Извлечение лития и переходных металлов из отработанных ЛИБ с использованием низкоконцентрированных аммиачных сред

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.15328/cb2026_87

Ключевые слова:

переработка отходов, гидрометаллургия, аммонийное выщелачивание, электродная масса, литий-ионные батареи

Аннотация

Экспоненциальный рост использования литий-ионных батарей требует разработки экологически безопасных технологий переработки для решения проблемы надвигающегося резкого увеличения количества отходов. В данном исследовании представлен новый, устойчивый гидрометаллургический подход к извлечению критически важных металлов (Li, Ni, Co) из отработанных катодных материалов NMC/LCO с использованием низкоконцентрированной аммиачной системы. В отличие от традиционных методов, основанных на высоких концентрациях аммиака (4-6 М), в данной работе демонстрируется эффективное выщелачивание металлов с использованием всего 0,5 М NH4OH, буферированного сульфатом аммония, с применением сульфита натрия (Na2SO3) в качестве восстановителя для облегчения разрушения оксидной матрицы.

Благодаря систематической оптимизации были установлены оптимальные параметры процесса: 0,5 М NH4OH, 0,273 М (NH4)2SO4 и 0,8 М Na2SO3 при pH 10,5 и 80 °C. В этих условиях система достигла эффективности выщелачивания 99,6% для Ni, 96,4% для Li и 89,1% для Co. Отличительной особенностью разработанного процесса является частичная нерастворимость марганца; в отличие от кислотного выщелачивания, этот метод сохраняет 76 % марганца в твердом остатке, что значительно упрощает последующие стадии очистки и выделения целевых компонентов. Предложенный метод обеспечивает восьмикратное снижение потребления аммиака по сравнению с традиционными аммиачными схемами, что существенно снижает как эксплуатационные расходы, так и углеродный след процесса переработки.

 

Биографии авторов

А. Григорьев, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан

Undergraduate student, research engineer at al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan (Laboratory of Technology of Electrochemical Production Technologies), e-mail: artur.grigoryev8@gmail.com

С. Әбдімомын, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан

PhD student, research fellow at al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan (Laboratory of Technology of Electrochemical Production Technologies), e-mail: abdimomyn03@gmail.com

М. Симонов, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан

Research engineer at al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan (Laboratory of Technology of Electrochemical Production Technologies), mikl.sim2004@gmail.com

 

Ф. Мальчик, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан

Assoc. prof., head of the Laboratory of Technology of Electrochemical Production Technologies (al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan), e-mail: frodo-007@mail.ru

 

Библиографические ссылки

1. Chacana-Olivares J, Peceo B, Grageda M, Cruz C, Rojas L, et al (2025) Mater Sustain 3:38. http://doi.org/10.1038/s44296-025-00083-7.

2. Latini D, Vaccari M, Lagnoni M, Orefice M, Mathieux F, Huisman J, et al (2022) J Power Sources 546:231979. http://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.231979

3. Wang J, Ma J, Zhuang Z, Liang Z, Jia K, Ji G, et al (2024) Chem Rev 124:2839–2887. http://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00884

4. Das P, Hewage K, Kotagodahetti R, Wanniarachchi S (2026) Sep Purif Technol 382:135847. http://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.135847

5. US Geological Survey (2025) Mineral Commodity Summaries 2025. https://doi.org/10.3133/mcs2025

6. Machala ML, Chen X, Bunke SP, Forbes G, Yegizbay A, de Chalendar JA, et al (2025) Nat Commun 16:988. http://doi.org/10.1038/s41467-025-56063-x

7. Chen Z, Zhou Y, Li Y, Li T (2024) J Energy Chem 98:284–293. http://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.07.001

8. Cornelio A, Zanoletti A, Bontempi E (2024) Curr Opin Green Sustain Chem 46:100881. http://doi.org/10.1016/j.cogsc.2024.100881

9. Makuza B, Tian Q, Guo X, Chattopadhyay K, Yu D (2021) J Power Sources 491:229622. http://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.229622

10. Meshram P, Pandey BD, Mankhand TR (2014) Hydrometallurgy 150:192–208. http://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.10.012

11. Rajaeifar MA, Raugei M, Steubing B, Hartwell A, Anderson PA, Heidrich O (2021) J Ind Ecol 25:1560–1571. http://doi.org/10.1111/jiec.13157

12. Smith GW, Jacobson HW (1956) J Phys Chem 60:1008–1012. http://doi.org/10.1021/j150541a047

13. Chernyaev A, Zhang J, Seisko S, Louhi-Kultanen M, Lundström M (2023) Sci Rep 13:1–12. http://doi.org/10.1038/s41598-023-48247-6

14. Ou H, Zhang J, Shen A, Chen Y, Wang C (2024) J Power Sources 590:233799. /https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233799

15. Batkal A, Kamunur K, Mussapyrova L, Milikhat B, Nadirov R (2025) Metals (Basel) 15:1–20. http://doi.org/10.3390/met15070690

16. Shiskowski DM, Mavinic DS (1998) Water Res 32:2533–2541. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00465-X

17. Guan Z-Z, Chen D-Z, Thomas A (2013) Huan jing ke xue= Huanjing kexue [环境科学 = Huanjing kexue] 34:2464–2472. (In Chinese)

18. Kee CM, Mun NK, Kumaran P, Selvam R, Kumaran R, Raja SD, et al. (2021) Mater Chem Phys 274:125189. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125189

19. Milikhat B, Batkal A, Kamunur K, Mussapyrova L, Mukanov Y, Nadirov R (2025) Processes 13:3345. http://doi.org/10.3390/pr13103345

20. Li D, Zhang B, Ou X, Zhang J, Meng K, Ji G, et al (2021) Chinese Chem Lett 32:2333–2337. http://doi.org/10.1016/j.cclet.2020.11.074

21. Wang S, Wang C, Lai F, Yan F, Zhang Z (2020) Waste Manag 102:122–130. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.10.017

22. Zheng X, Gao W, Zhang X, He M, Lin X, Cao H, et al (2017) Waste Manag 60:680–688. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.12.007

23. Qi Y, Meng F, Yi X, Shu J, Chen M, Sun Z, et al (2020)J Clean Prod. http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119665

24. Ku H, Jung Y, Jo M, Park S, Kim S, Yang D, et al (2016) J Hazard Mater 313:138–146. http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.03.062

25. Wu C, Li B, Yuan C, Ni S, Li L (2019) Waste Manag 93:153–161. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.04.039

26. Wang C, Wang S, Yan F, Zhang Z, Shen X, Zhang Z (2020) Waste Manag 114:253–262. http://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.07.008

27. Wang H, Huang K, Zhang Y, Chen X, Jin W, Zheng S, et al (2017) ACS Sustain Chem Eng 5:11489–11495. http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b02700

28. Abdelmoneim HM, Taha TH, Elnouby MS, AbuShady HM (2022) Microb Cell Fact 21:1–24. http://doi.org/10.1186/s12934-022-01998-9

29. Samuel OD (2018) J Energy Nat Resour Manag 1:166–169. http://doi.org/10.26796/jenrm.v1i2.34

30. Alov NV (2012) Fundamentals of Analytical Chemistry: Textbook for Students of Higher Education Institutions: in 2 volumes [Osnovy analiticheskoy khimii]. 5th edition, revised. Edited by YuA Zolotov. Publishing Centre “Academy”, Moscow, Russia. 416 pp. (In Russian). ISBN: 978-5-7695-9125-9

31. Xie Y, Guo S, Leong A, Zhang J, Zhu Y (2017) http://doi.org/10.1080/1478422X.2016.1275418

32. Park K-H, Mohapatra D, Reddy BR, Nam C-W (2007) Hydrometallurgy 86:164–171. http://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2006.11.012

33. Scientific E, Company P, House JE (1980) Belgium A TG STUDY CARBONATE 40

34. Broekaert JAC (2015) Anal Bioanal Chem 407:8943–8944. http://doi.org/10.1007/s00216-015-9059-6

35. Christian GD, Dasgupta PD, Schug KA (2013) Analytical Chemistry 7th Edition. Whiley, USA. 850 pp. ISBN 9780470887578

36. Liu X, Huang K, Xiong H, Dong H (2023) Environ Technol 44:211–225. http://doi.org/10.1080/09593330.2021.1968505

37. Shekarian Y, Rezaee M, Pisupati S (2025) React Chem Eng 10:2398–2411. http://doi.org/10.1039/d5re00222b

38. Meng K, Cao Y, Zhang B, Ou X, Li D, Zhang J, et al (2019) ACS Sustain Chem Eng 7:7750–7759. http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b06675

39. Hu X, Ma B, He F, Chen Y, Wang C (2022) J Environ Chem Eng 10:108936. http://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.108936

40. Wang J, Huang K, Dong H, Lu Y, Liu K, Chen Z, et al (2022) RSC Adv 12:23683–23691. http://doi.org/10.1039/d2ra04391b

41. Ghavam S, Vahdati M, Wilson IAG, Styring P (2021) Front Energy Res. http://doi.org/10.3389/fenrg.2021.580808

Загрузки

Опубликован

2026-03-30

Как цитировать

Григорьев, А., Әбдімомын, С., Симонов, М., & Мальчик, Ф. (2026). Извлечение лития и переходных металлов из отработанных ЛИБ с использованием низкоконцентрированных аммиачных сред. Вестник КазНУ. Серия химическая, 117(1), In Press. https://doi.org/10.15328/cb2026_87

Выпуск

Том 117 № 1 (2026): Вестник КазНУ. Серия химическая (В процессе подготовки)

Раздел

Химия окружающей среды

Лицензия

Copyright (c) 2026 Artur Grigoryev, Saken Abdimomyn, Mikhail Simonov, Fyodor Malchik

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0), которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.

Похожие статьи

1 2 > >> 

Вы также можете начать расширеннвй поиск похожих статей для этой статьи.