LiFePO4 (литий-железо-фосфат) — катодный материал, широко применяемый в электромобилях и стационарных накопителях энергии. Он безопасен, недорог и устойчив, но именно эта устойчивость делает его трудноперерабатываемым.

Традиционные методы:

  • Пирометаллургия — энергозатратна и токсична
  • Гидрометаллургия — малоэффективна для LFP

Решение: механохимическая переработка

Учёные предложили низкотемпературный процесс, в котором отработанный LFP измельчается с лимонной кислотой (H₃Cit) и перекисью водорода (H₂O₂) или водой в шаровой мельнице.

Два сценария переработки:

1. С H₂O₂ — селективное извлечение лития

  • Литий извлекается на 99.35%
  • Железо почти не переходит в раствор (всего 3.86%)
  • Литий уходит в раствор как комплекс Li₃Cit
  • Железо остаётся в остатке как FePO₄

2. С водой — извлечение и лития, и железа

  • Литий: 97.82%
  • Железо: 95.62%
  • Оба элемента растворяются как цитраты

Удаление железа

После измельчения и фильтрации:

  • Раствор упаривается при температуре <70°C для повышения концентрации Fe
  • Затем добавляется NaOH, и pH поднимается до 11–12
  • Fe²⁺ окисляется до Fe³⁺ кислородом воздуха и выпадает в виде Fe(OH)₃
  • Цвет раствора меняется: зелёный → жёлтый → коричневый → тёмно-коричневый
  • Остаток железа — аморфный Fe(OH)₃

Осаждение лития

После удаления железа:

  • Раствор снова упаривается до концентрации Li > 5 г/л
  • При 95°C добавляется насыщенный раствор карбоната натрия (Na₂CO₃)
  • Выпадает карбонат лития (Li₂CO₃) с высокой чистотой
  • При концентрации Li = 20 г/л выход достигает 89.95%
  • Важно соблюдать соотношение объёмов Na₂CO₃ : раствор с литием = 0.25–0.30, чтобы избежать вторичного растворения:

Li₂CO₃ + Na₂CO₃ + 2H₂O → 2LiHCO₃ + 2NaOH

Оптимальные условия (селективный режим с H₂O₂):

  • Соотношение шаров к порошку (BPR): 25
  • Лимонная кислота / LFP: 20 г/г
  • Время измельчения: 2 ч
  • Скорость вращения: 300 об/мин
  • Объём H₂O₂: 1 мл

Преимущества технологии:

  • Работа при комнатной температуре
  • Нет токсичных выбросов
  • Простое оборудование (мельница, фильтр, нагреватель)
  • Высокая чистота извлекаемого Li₂CO₃
  • Гибкость: можно извлекать только литий или оба металла
  • Возможность внедрения в промышленность

Вывод: Механохимическая переработка LiFePO₄ — это зелёная альтернатива пирометаллургии, которая позволяет эффективно возвращать литий в экономику с минимальными затратами энергии и без ущерба для окружающей среды. Она может стать основой устойчивой переработки аккумуляторов следующего поколения.