Smelting reduction of spent lithium-ion batteries results in the production of metallic alloys in which reduced cobalt, nickel and copper coexist. In this study, we investigated the leaching of the metallic alloys containing the above three metals together with iron, manganese, and silicon. The mixture of hydrochloric acid and hydrogen peroxide as an oxidizing agent was employed, and the effect of the concentration thereof, the reaction time and temperature, and pulp density was investigated to accomplish the complete leaching of cobalt, nickel, and copper. The effect of the hydrogen peroxide concentration and pulp density on the leaching was prominent, compared to that of reaction time and temperature, especially in the range of 20 to 80℃. The complete leaching of the metals present in metallic alloys, except silicon, was accomplished using 2 M HCl and 5% H2O2 with a pulp density of 30 g/L for 150 min at 60℃.
Moon, Hyun Seung;Song, Si Jeong;Tran, Thanh Tuan;Lee, Man Seung
Resources Recycling
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v.30
no.2
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pp.53-60
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2021
Leaching experiments from single metal and metallic mixtures were conducted to develop a process for the recovery of cobalt, copper, and nickel in spent lithium ion batteries. Inorganic and organic acid solutions without oxidizing agents were employed. No copper was dissolved in the absence of an oxidizing agent in the leaching solutions. The leaching condition to completely dissolve single metal of cobalt and nickel was determined based on acid concentration, reaction temperature and time, and pulp density. The leaching condition to dissolve all of cobalt and nickel from the metallic mixtures was also obtained. Leaching of the metallic mixture with methanesulfonic acid led to selective dissolution of cobalt at low temperatures.
Son, Seong Ho;Kim, Jin Hwa;Kim, Hyun-Jong;Kim, Sun Jung;Lee, Man Seung
Resources Recycling
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v.23
no.4
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pp.21-29
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2014
Nickel, cobalt and manganese-based(NCM, $Li(Ni_xCo_yMn_z)O_2$) cathode active materials of spent lithium-ion batteries contained valuable metals such as cobalt(15 ~ 20%), nickel(25 ~ 30%), manganese(10 ~ 15%) and lithium(5 ~ 10%). It was investigated the eco-friendly leaching process for the recovery of valuable metal from spent lithium-ion battery NCM cathode active materials by DL-malic acid($C_4H_5O_6$) as an organic leachant in this research. The experiments were carried out to optimize the process parameters for the recovery of cobalt, nickel and lithium by varying the concentration of lixivant, reductant concentration, solid/liquid ratio and temperature. The leaching solution was analyzed using ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optic Emission Spectrometer). Cathode active materials of 5 wt. % were introduced into the leaching solution which was 2 M DL-malic acid in addition of 5 vol. % $H_2O_2$ at $80^{\circ}C$ and it resulted in the recovery of 99.10% cobalt, 99.80% nickel and 99.75% lithium in 120 min. $H_2O_2$ in DL-malic acid solution acts as an effective reducing agents, which enhance the leaching of metals.
Critical minerals such as nickel, cobalt and lithium, are known as materials for cathodic active materials of lithium ion batteries. The consumption of the minerals is expected to grow with increasing the demands of electric vehicles, resulting from carbon neutrality. Especially, the demand for LIB (lithium ion battery) recycling is expected to increase to meet the supply of nickel, cobalt and lithium for LIB. The recycling of EOL (end-of-life) LIB can be achieved by leaching EOL LIB using inorganic acid such as HCl, HNO3 and H2SO4, which are regarded as hazardous materials. In the present study, the potential use of MSA (Methanesulfonic acid), as an alternative lixiviant replacing sulfuric acid was investigated. In addition, leaching behaviors of NCM black mass leaching with MSA was also investigated by studying various leaching factors such as chemical concentration, leaching time, pulp density (P/D) and temperatures. The leaching efficiency of nickel (Ni), cobalt (Co), lithium (Li), and manganese (Mn) from LIB was enhanced by increasing concentration of lixiviant and reductant, leaching time and temperature. The maximum leaching of the metals was above 99% at 80℃. In addition, MSA can replace sulfuric acid to recover Ni, Co, Li, Mn from NCM black mass.
Moon, Hyun Seung;Song, Si Jeong;Tran, Thanh Tuan;Lee, Man Seung
Resources Recycling
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v.31
no.1
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pp.21-28
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2022
The smelting reduction of spent lithium-ion batteries results in metallic alloys of cobalt, nickel, and copper. To develop a process to separate the metallic alloys, leaching of the metallic mixtures of these three metals with H2SO4 solution containing 3% H2O2 dissolved all the cobalt and nickel, together with 9.6% of the copper. Cyanex 301 selectively extracted Cu(II) from the leaching solution, and copper ions were completely stripped with 30% aqua regia. Selective extraction of Co(II) from a Cu(II)-free raffinate was possible using the ionic liquid ALi-SCN. Three-stage cross-current stripping of the loaded ALi-SCN by a 15% NH3 solution resulted in the complete stripping of Co(II). A process was proposed to separate the three metal ions from the sulfuric acid leaching solutions of metallic mixtures by employing solvent extraction.
A study on the recovery of lithium and leaching behavior of NCM powder by hydrogen reduction for NCM system Li-ion battery scraps was investigated. The reductive rate was about 93% at $800^{\circ}C$ by hydrogen treatment. The lithium carbonate with 99% purity was manufactured by using $CO_2$ gas and washing method with water for NCM powder after hydrogen reduction. As a result of comparing the powders before and after the hydrogen reduction treatment for acid leaching behavior we obtained 32% enhanced leaching rate of cobalt, 45% enhanced leaching rate of nickel and the 90% leaching effect for manganese by hydrogen reduction at 2M $H_2SO_4$ concentration condition.
Ku, Heesuk;Jung, Yeojin;Kang, Ga-hee;Kim, Songlee;Kim, Sookyung;Yang, Donghyo;Rhee, Kangin;Sohn, Jeongsoo;Kwon, Kyungjung
Resources Recycling
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v.24
no.3
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pp.44-50
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2015
Recycling technologies would be required in consideration of increasing demand in lithium ion batteries (LIBs). In this study, the leaching behavior of Ni, Co and Mn is investigated with ammoniacal medium for spent cathode active materials, which are separated from a commercial LIB pack in hybrid electric vehicles. The leaching behavior of each metal is analyzed in the presence of reducing agent and pH buffering agent. The existence of reducing agent is necessary to increase the leaching efficiency of Ni and Co. The leaching of Mn is insignificant even with the existence of reducing agent in contrast to Ni and Co. The most conspicuous difference between acid and ammoniacal leaching would be the selective leaching behavior between Ni/Co and Mn. The ammoniacal leaching can reduce the cost of basic reagent that makes the pH of leachate higher for the precipitation of leached metals in the acid leaching.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.10
no.4
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pp.41-47
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2010
It has been continuously noted that many sewage treatment concrete structures have deteriorated due to sulfur-oxidizing bacteria. There have been many reports on approaches to protecting concrete from this bacteria corrosion. The purpose of this study is to evaluate the inhibition of growth of a sulfur-oxidizing bacterium by a antifungal agent such as $NiSO_4{\cdot}6H_2O$, and the characteristics of polymer cement mortar using nickel type antifungal agent. First, we developed antifungal agents using metal nickel and $NiSO_4{\cdot}6H_2O$ to inhibit the growth of thiobacillus novellus, which is the sulfur-oxidizing bacteria in concrete. Then, ordinary cement mortar and polymer cement mortar using nickel type antifungal agent with various polymer-cement ratios, and antifungal agent content were prepared, and were tested for the antifungal adding effect, compressive and flexural strengths, expansion and leaching of nickel ion. From the test results, it was confirmed that the adding of an antifungal agent has an inhibition effect on the growth of sulfur-oxidizing bacteria at antifungal agent contents of 20 mM or more. In addition, the strengths and expansion of polymer cement mortars are not significantly changed by the addition of an antifungal agent. Therefore, the nickel-type antifungal agent developed in this study can be used to improve the durability of reinforced concrete hume pipe in the construction industry.
A study on the recovery of lithium and leaching behavior of NCM powder by carbon reduction for NCM-system Li-ion battery scraps was conducted. First of all, the oxide powders of NCM-system with layer structure were decomposed by carbon, lithium was converted to lithium carbonate by carbon reaction at above $600^{\circ}C$. The lithium carbonate powders with 99% purity were manufactured by washing method with water and concentration process for NCM powder after carbon reduction. The reaction yield was approximately 88% at $800^{\circ}C$ by carbon reduction. At this time, leaching efficiency at 2M sulfuric acid concentration was over 99% for cobalt, nickel and manganese.
Cementation and solvent extraction processes were studied to separate nickel and iron ions from the $H_2SO_4$ leaching solution with 47 g/L $Fe(Fe^{2+}/Fe^{3+}=1.03),$, 23.5 g/L Ni and 0.90M $H_2SO_4$ which leached from Fe-Ni alloy. Iron powder was used as a reducing agent for the cementation of Ni ion from the leaching solution. The reduction percentage of Ni ion was $17{\sim}20%$ by adding 4 times stoichiometric amount of iron powder at $60{\sim}80$. This may result from the fact that the cementation of Ni ion occurred after the reduction of $Fe^{3+}$ to $Fe^{2+}$ and the neutralization of $H_2SO_4$ with iron powder. The cementation process was proved to be unfeasible for the separation/recovery of Ni ion from the leaching solution including $Fe^{3+}$ as a major component. $Fe^{2+}$ present in the leaching solution was converted to $Fe^{3+}$ for solvent extraction of Fe ion using D2EHPA in kerosene as a extractant. The oxidation of $Fe^{2+}$ to $Fe^{3+}$ was completed by the addition of 1.2 times stoichiometric amount of 35% $H_2SO_4$. 99.6% $Fe^{3+}$ was extracted from the leaching solution (23.5 g/L $Fe^{3+}$) by 4 stages cross-current extraction using 20 vol.% D2EHPA in kerosene. $NiSO_4$ solution with 98.5% purity was recovered from the $H_2SO_4$ leaching solution of scrapped Fe-Ni alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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