配合沉淀体系钴镍二次资源金属分离行为的基础研究

Recovery and utilization of secondary resources is the inevitable course for energy saving and sustainable economic development. The project team has long been engaged in studies on metal comprehensive recovery from tungsten cobalt nickel secondary resources, and developed the metal separation process based on complexation precipitation systems. This project aims to study the metal separation mechanisms in cobalt nickel secondary resources based on the previous work. In this project, the thermodynamic equilibrium model for multiple metal complexation precipitation systems will be established. The metal separation conditions and the separation forms will be predicted and determined by combining theoretical calculations using Matlab programming and the simulation experiments. Furthermore, the basic principle and regulation mechanism of the metal separation behaviors in actual cobalt nickel secondary resources within some specific complexation precipitation systems will be investigated, including Fe, Cu, Mn, Co selective precipitation properties, precipitation kinetics and precipitate growth mechanism; Li adsorption properties on ion sieve, adsorption selectivity, adsorption kinetics and thermodynamics; as well as Ni electrodeposition properties, electrodeposition mechanism, electrocrystallization mechanism etc.. This project will provide fundamental researches on metal recovery and regeneration for cobalt nickel secondary resources, and guide the development of green hydrometallurgical process. It also has the reference meaning for other similar metal secondary resources.

二次资源回收利用是经济可持续发展及节能降耗的必由之路。申请人所在项目组长期致力于钨钴镍等二次资源综合回收研究，开发了配合沉淀体系金属分离工艺。本研究拟在此基础上系统研究配合沉淀体系金属分离机制。项目创新性地从冶金溶液体系角度出发，构建多金属配合沉淀体系热力学平衡模型，运用Matlab软件编制程序进行理论计算结合实验模拟，预测、探索不同体系金属分离条件和分离形式的基本规律。此外，进一步阐明实际钴镍二次资源配合沉淀体系中金属分离基本原理及调控机制，包括Fe、Cu、Mn、Co选择性沉淀分离特性、沉淀动力学、沉淀生长机理，Li在离子筛上的吸附性能、吸附选择性、吸附模型、吸附热力学动力学研究，以及Ni电沉积性质、电沉积机理、电结晶机理等。本项目为钴镍二次资源的回收再生提供基础研究以指导绿色工艺流程的开发，对其他类似二次资源均有借鉴意义。

随着我国社会经济高速发展，国内自然资源难以有效支撑，导致重要自然资源对外依存度越来越高，资源环境瓶颈约束日益突出，而二次资源却在不断增长。因此，研发资源循环利用关键性技术及其理论，提高资源综合利用和再制造水平是我国未来发展战略性新兴产业的核心任务之一。. 项目针对钴镍二次资源多种主金属共存、成分复杂多变的特点，从溶液体系角度出发，构建多种配合沉淀体系金属分离热力学平衡理论模型、预测不同金属的分离效果、获得理论最优分离条件；运用模拟溶液研究不同体系金属分离特性，揭示不同金属分离分配规律，设计复杂多金属分离原则流程；以钴镍混合电池废料为例，将配合沉淀方法运用于实际体系，获得Mn化合物或Co、Ni富集液。针对废弃锂电池中的Li元素，合成具有特殊三维孔道结构的锰氧化物锂离子筛进行吸附分离，研究锂离子筛组成结构稳定性及其对Li的吸附性能，计算锂离子等温吸附模型及参数，研究离子筛吸附锂的吸附动力学，最终将其模拟应用于废弃电池材料中的Li回收。针对含氨体系中最易配合的Ni元素，采用电沉积的方式回收，研究Ni的电沉积特性及电沉积机理；对于处理某些废料获得的钴镍富集液可制备Ni-Co-W合金，研究柠檬酸体系Ni、Co、W诱导共沉积机理，确定电沉积工艺参数，获得成分、结构、形貌、硬度等综合性能优良的再生合金材料，实现废料到产品的高性能制备。. 通过项目研究，为钴镍二次资源金属综合回收及高性能产品制备提供理论及技术支持，对缓解我国资源稀缺的状况，实现有色金属和材料产业的可持续发展具有一定现实意义。