Geri Dön

Kullanım ömrünü tamamlamış lityum demir fosfat pil atıklarından lityum fosfatın hidrometalurjik geri kazanımı

Hydrometallurgical recovery of lithium phosphate from end-of-life lithium iron phosphate battery waste

PDF İndir

  1. Tez No: 893323
  2. Yazar: ARZU NEŞELİ ALTINTAŞ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BURAK BİROL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 99

Özet

Bu tez çalışmasında, kullanım ömrünü tamamlamış LiFePO₄ (LFP) pillerinden lityumun hidrometalurjik yöntemlerle geri kazanımı araştırılmıştır. İlk olarak, atık LFP piller manuel olarak sökülerek katot plakaları elde edilmiştir. Bu katot plakaları, elektrolit, organik bağlayıcı ve karbonu uzaklaştırmak ve demiri oksitleyerek lityumun seçici liçini artırmak amacıyla 640°C'de, 150 L/saat hava akışı altında 90 dakika süreyle ön ısıl işleme tabi tutulmuştur. Elde edilen malzemeler SEM, XRD ve kimyasal karakterizasyon yöntemleriyle incelenmiştir. XRD analizi, ön ısıl işlem sonrasında malzemenin yapısının Li₃Fe₂(PO₄)₃ ve Fe₂O₃ olmak üzere iki ana faza dönüştüğünü göstermiştir. Bu süreçte, elektrolit, organik bağlayıcı ve karbonun başarıyla uzaklaştırıldığı tespit edilmiştir. İkinci aşamada çözeltiye alma (liç) deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde ısıl işlem uygunlanmış ve uygulanmamış malzemeler kullanılmıştır ve liç ajanı olarak H₂SO₄ tercih edilmiştir. Deneyler, süre (60, 90, 180, 300 dak), sıcaklık (25, 50 °C), asit konsantrasyonu (0.1, 0.3, 0.5 M) ve sıvı/katı oranı (20, 50, 120 ml/g) gibi parametrelerin liç verimliliği üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla farklı koşullarda gerçekleştirilmiştir. 0.5 M asit konsantrasyonu, 120 ml/g sıvı/katı oranı, 25 °C ve 60 dakika liç koşullarında, O-LFP malzemesinde lityumun liç verimliliği %99.8 iken ön ısıl işlem sayesinde Fe+2'nin Fe+3'e yükseltgenmesinden dolayı Fe'nin liç oranı LFP'dekine kıyasla %34.4 oranında azalarak %65.4 olarak bulunmuştur. Bu durum, ön ısıl işlemin seçici Li liçine katkıda bulunduğunu göstermektedir. Son aşamada lityumun geri kazanımı, liç çözeltisindeki safsızlıkların giderilmesi ve Li3PO4 olarak yerinde (in-situ) çöktürülmesi şeklinde iki adımda gerçekleştirilmiştir. Safsızlıkların uzaklaştırılması için liç çözeltilerine NaOH ilavesi yapılmış ve farklı pH değerlerinde metallerin çökme davranışları önceden incelenmiş; en uygun pH aralığı 8.0-8.5 olarak belirlenmiştir. Çöktürülen safsızlıklar vakum filtrasyonu ile ayrılmış ve Li ve P yüklü çözeltileri elde edilmiştir. Bu çözeltilerin pH'ı 11-12 aralığına yükseltilmiş ve 85 °C'de 300 devir/dak hızında 1 saat karıştırılarak, ilave bir fosfat kaynağı kullanmadan Li₃PO₄ tuzu çöktürülmüştür. XRD analizi, elde edilen ürünlerin saf Li₃PO₄ olduğunu doğrulamıştır. Ön ısıl işlem uygulanmış malzemeden elde edilen lityumun toplam geri kazanım oranı %70.37, tuzun saflığı ise %99.96 olarak belirlenmiştir. Ön ısıl işlem uygulanmamış malzemeden elde edilen lityumun geri kazanım oranı ise %57.78 ve tuzun saflığı %99.92 olarak bulunmuştur.

Özet (Çeviri)

In this thesis, the recovery of lithium from end-of-life LiFePO4 (LFP) batteries using hydrometallurgical methods was investigated. Initially, cathode plates were obtained by manually disassembling the end-of-life LFP batteries. The LFP cathode plates were subjected to a thermal pre-treatment at 640°C for 90 minutes with an air flow of 150 L/hour to remove the electrolyte, organic binder, and carbon, and to oxidize iron to enhance the selective leaching of lithium. SEM, XRD, and chemical characterization studies were conducted on the obtained materials. XRD analysis showed that after the pre-treatment, the material's structure transformed into two main phases: Li₃Fe₂(PO₄)₃ and Fe₂O₃. The process successfully removed the electrolyte, organic binder, and carbon. In the second stage, leaching experiments were carried out using both thermally treated and untreated materials with H2SO4 as the leaching agent. The experiments were conducted under various conditions to examine the effects of parameters such as duration (60, 90, 180, 300 minutes), temperature (25, 50°C), acid concentration (0.1, 0.3, 0.5 M), and liquid/solid ratio (20, 50, 120 ml/g) on leaching efficiency. Under the leaching conditions of 0.5 M acid concentration, 120 ml/g liquid/solid ratio, 25°C, and 60 minutes, the lithium leaching efficiency for the O-LFP material was 99.8%, while the iron leaching rate decreased by 34.6% compared to that of LFP, resulting in 65.4% due to the oxidation of Fe²⁺ to Fe³⁺ by the thermal pre-treatment. This indicates that the preheating process contributes to the selective leaching of lithium. In the final stage, lithium recovery was carried out in two steps: removal of impurities from the leach solution and in-situ precipitation of Li3PO4. The behavior of metal precipitation at different pH values was pre-examined by adding NaOH to the leach solutions, and the optimal pH range for impurity removal was determined to be 8.0-8.5. The precipitated impurities were separated by vacuum filtration, and solutions enriched with Li and P were obtained. The pH of these solutions was then adjusted to 11-12, and Li₃PO₄ was precipitated by stirring at 85 °C for 1 hour at 300 rpm, without the need for an additional phosphate source. XRD analysis confirmed that the resulting product was pure Li₃PO₄. The total lithium recovery rate from the thermally treated material was 70.37%, with the Li₃PO₄ purity at 99.96%. For the untreated material, the lithium recovery rate was 57.78%, and the purity of the Li₃PO₄ was 99.92%.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    880978

    Kullanılmış lityum iyon pillerden metalik değerlerin geri kazanımı

    Metal recovery from end-of-life li-ion batteries

    ELİF GÜLOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKHAN ORHAN

  2. Tez No

    671440

    Enerji depolama üniteli trijenerasyon mikro şebeke sisteminde çizelgeleme optimizasyonu: Hastane uygulaması

    Scheduling optimization in the trigeneration microgrid system with energy storage unit: Hospital application

    ANIL DOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR KAYALICA

    DOÇ. DR. AYŞE AYLİN BAYAR

  3. Tez No

    721183

    Elektrikli araç bataryalarının döngüsel ekonomi kapsamında incelenmesi

    Examination of lithium ion battery recycling process within the scope of circular economy

    RABİA DİŞÇİOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞEYDA SERDAR ASAN

  4. Tez No

    710707

    Ömrünü tamamlamış Li-iyon pillerinden LiCoO2 pastasının ayrıştırılması ve tekrar kullanılabilirliğinin araştırılması

    Separation of LiCoO2 paste from spent Li-ion batteries and investigation of reusability

    HASAN AKSU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Mühendislik BilimleriKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ AYHAN ZIBA

    DOÇ. DR. MEHMET HAKAN MORCALI

  5. Tez No

    344039

    Servis ömrünü tamamlamış tel direklerinden odun plastik kompozit üretimi

    Production of wood plastic composites from treated utility poles removed from service

    MÜRŞİT TUFAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Ağaç İşleriDüzce Üniversitesi

    Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CİHAT TAŞÇIOĞLU

Geri Dön