Recyklace odpadu z výroby baterií pomocí vybraných metod

Bc. Pavel Jeřábek

Master's thesis

Recycling waste from battery production using different methods

Abstract:

Práce pojednává o možnostech metod recyklace odpadu vznikajícího při výrobě elektrod do nikelnato-kademnatých akumulátorů. Zmíněný odpad představuje možnou surovinu bohatou především na obsah niklu, kadmia, železa a kobaltu, které je nutno pro další zpracování oddělit. Pro extrakce kovů z pevného odpadu byly využity metody hydrometalurgické a biohydrometalurgické, kdy bylo zjištěno, že je možno pomocí kultury Acidithiobacillus ferrooxidans získat po třech dnech loužení významné množství 750 mg/g niklu a 400 mg/g kadmia. Proces bioloužení nelze časově srovnávat s metodami chemického loužení, kdy 5M kyselinou sírovou lze za 15 minut dosáhnout získání 500 mg/g niklu a 285 mg/g kadmia, ale pokud je jako zdroj železa využit některý odpadní produkt, pak se tento proces jeví jako velmi ekonomicky výhodný. Z připravených výluhů byly jednotlivé složky získávány metodami elektrolýzy, kdy bylo možno za určitých hodnot pH získat po 2 hodinách procesu téměř všechen kýžený kov ve velmi vysoké čistotě (až 99 %). Další metody získávání kovů z roztoku byly pomocí selektivního srážení nerozpustných sulfidů a hydroxidů anebo také metody sorpce na synteticky vyrobené zeolity z odpadních produktů, kdy některé dosahovaly schopnosti sorpce 0,52 mg Ni2+/g zeolitu či 34,0 mg Cd2+/g zeolitu z jejich směsi. V neposlední řadě byl sestaven komplexní proces recyklace tohoto typu odpadu zahrnující metody optimalizované v předcházejících krocích, s důrazem na vysokou výtěžnost kovů v krátkém čase a za požadované čistoty.

Abstract:

The thesis deals with the possibilities of recycling methods of waste generated during the production of electrodes for nickel-cadmium batteries. This waste represents a potential raw material rich mainly in nickel, cadmium, iron, and cobalt, which must be separated for further processing. Hydrometallurgical and biohydrometallurgical methods were used for the extraction of metals from the solid waste and it was found that significant amounts of 750 mg/g nickel and 400 mg/g cadmium could be obtained after three days of leaching using Acidithiobacillus ferrooxidans culture. The bioleaching process cannot be compared in time with chemical leaching methods, where 5M sulphuric acid can be used to obtain 500 mg/g nickel and 285 mg/g cadmium in 15 minutes, but if a waste product is used as a source of iron, the process appears to be very economically viable. From the prepared leachates, the individual components were extracted by electrolysis methods, where it was possible to obtain almost all the desired metals in very high purity (up to 99%) after 2 hours of the process at certain pH values. Other methods of extracting metals from the solution were by selective precipitation of insoluble sulfides and hydroxides or by sorption onto synthetically produced zeolites from waste products, some of which achieved a sorption capacity of 0.52 mg Ni2+/g zeolite or 34.0 mg Cd2+/g zeolite from their mixture. Finally, a comprehensive recycling process for this type of waste was set up incorporating the methods optimized in the previous steps, with emphasis on high metal recovery in a short time and at the desired purity.

Keywords

Ni-Cd akumulátory, recyklace, bioloužení, elektrolýza, zeolit

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Štěpán Vinter, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / field:
Environmental Engineering / -