Nghiên cứu công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam

- Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Đại học Bách khoa Hà Nội i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của TS.
- Hà Nội, ngày 26 tháng 9 năm 2011 HỌC VIÊN Ngô Thị Hoài Thương Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích, thiết thực cũng như sự nhiệt tình, ân cần dạy bảo trong những năm vừa qua.
- Các vấn đề cơ bản về pin Li-ion.
- Vài nét về lịch sử phát triển pin Li-ion .
- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động pin Li-ion .
- Các vật liệu chế tạo pin Li-ion .
- Các quá trình cơ bản xảy ra trong pin Li-ion .
- Đặc trưng hoạt động và các ưu, nhược điểm của pin Li-ion .
- Các quy trình cơ bản tái chế pin Li-ion.
- 32 Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Vật liệu nghiên cứu và các thiết bị thí nghiệm.
- Pin Lithium – ion từ các thiết bị điện tử .
- Thiết bị thí nghiệm .
- Nội dung nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu.
- 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Đại học Bách khoa Hà Nội v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thống kê lượng chất thải điện tử tại Việt Nam từ năm .
- 10 Bảng 2.2: Thành phần hóa học của một pin Li-ion điển hình.
- 12 Bảng 2.4: Các muối thường dùng làm chất điện phân trong pin Li-ion.
- 15 Bảng 2.5: Những đặc trưng hoạt động của pin Li-ion.
- 18 Bảng 2.6: Ưu, nhược điểm của pin Li-ion.
- Bảng 4.1: Các thành phần trong 1 số pin điện thoại di động sau tháo gỡ.
- 46 Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- 47 Bảng 4.9: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của HCl.
- 58 Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Đại học Bách khoa Hà Nội vii DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 2.1: Pin Nickel cadmium (Ni-Cd.
- 6 Hình 2.2: Pin Nickel Metal Hydride (Ni-MH.
- 7 Hình 2.3: Pin sạc Ni-MH.
- 7 Hình 2.4: Pin Lithium – ion (Li-ion.
- 8 Hình 2.5: Cell pin Li-ion.
- 9 Hình 2.6: Sơ đồ công nghệ tái chế pin.
- 20 Hình 2.7: Quá trình tái chế thủy luyện của pin sạc Li-ion.
- 21 Hình 2.8: Sơ đồ quá trình thu hồi kim loại từ LIBs.
- 22 Hình 2.9: Quy trình tái chế LIBs.
- 27 Hình 2.10: Quy trình kết hợp tái chế các thành phần của LIBs.
- 29 Hình 2.11: Quy trình đề xuất tái chế pin sạc thứ cấp.
- 31 Hình 2.13: Quy trình công nghệ tái chế LIBs và tổng hợp Spinel.
- 33 Hình 4.1: Các thành phần trong LIBs.
- 41 Hình 4.3: Các bước khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng.
- 43 Hình 4.4: Các bước khảo sát nhiệt độ và tốc độ khuấy.
- 45 Hình 4.5: Các bước khảo sát ảnh hưởng của axit HCl.
- 48 Hình 4.6: Các bước khảo sát ảnh hưởng của H2O2.
- 50 Hình 4.7: Các bước khảo sát ảnh hưởng của thời gian hoà tách.
- 52 Hình 4.8: Kết quả đo XRD mẫu M1.
- 59 Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Đại học Bách khoa Hà Nội viii Hình 4.9: Kết quả đo XRD mẫu M2.
- 60 Hình 4.10: Kết quả đo XRD mẫu M3.
- 53 Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Điều đáng quan ngại là chất thải rắn đô thị hiện nay chứa nhiều thành phần nguy hại trong đó phải kể đến là pin thải từ các thiết bị điện tử của người tiêu dùng.
- Chất thải điện tử (Electronic waste) hay e-waste hay chất thải từ thiết bị điện và điện tử (Waste Electrical and Electronic Equipment) là chất thải gồm thiết bị điện và điện tử bị gãy vỡ hoặc không cần đến nữa.
- Theo UNEP, rác thải điện tử (e-waste) là những sản phẩm điện tử đã hết thời hạn sử dụng hoặc không còn dùng được nữa.
- Chất thải điện tử bao gồm máy tính, máy điện tử giải trí, điện thoại di động và các sản phẩm điện tử khác đã bị người dùng chúng từ ban đầu bỏ đi.
- Ở các đô thị, hầu hết rác thải trong đó có rác thải điện tử không được phân loại tại nguồn mà được thu lẫn lộn sau đó được vận chuyển đến bãi chôn lấp.
- Hiện nay, tỉ lệ chất thải điện tử được tái chế trên thế giới còn rất thấp.
- tỉ lệ điện thoại Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Như vâỵ, tỉ lệ chất thải điện tử không được tái chế lên tới 91%.
- Các cuộc cách mạng công nghệ thông tin đang diễn ra đã cải thiện đời sống nhân dân bằng các sản phẩm điện tử hữu dụng.
- Tăng trưởng kinh tế luôn đồng hành với tiến bộ công nghệ nên cũng tạo ra thách thức mới đó là vấn đề chất thải điện tử.
- Hiện nay, chất thải điện tử là một trong những vấn đề nhức nhối nhất của khu vực Châu Á, Thái Bình Dương và nhiều nước khác trên thế giới.
- Có khoảng 4 triệu máy tính bị thải bỏ mỗi năm ở Trung Quốc trong đó nổi tiếng nhất là thành phố Quý Tự thuộc tỉnh Quảng Đông được biết đến là thành phố rác thải điện tử lớn nhất thế giới với khoảng 681.000 tấn phế thải từ máy tính, điện thoại di động và các thiết bị khác.
- Chất thải điện tử có chứa một số chất độc hại như chì và cadimi (trong các bản mạch), oxit chì và cadimi (trong các ống tia âm cực màn hình), thuỷ ngân (trong các thiết bị chuyển mạch và màn hình phẳng), cadimi (trong pin máy tính), biphenyl đã polyclo hoá – PCBs (trong tụ điện, máy biến áp lớn và chất chống cháy brôm trên bảng mạch in.
- Do nhiều mối nguy hiểm trong thành phần, việc xử lý và tái chế chất thải điện tử có liên quan mật thiết đến luật pháp và môi trường hiện nay.
- Các thiết bị nhớ, máy MP3, iPods đang ngày càng tăng mạnh.
- Các đánh giá sơ bộ cho thấy tổng lượng chất thải điện tử ở Ấn Độ vào khoảng 146.000 tấn mỗi năm.
- [4] Ở Việt Nam, theo báo cáo về thống kê sự gia tăng chất thải điện tử ở Việt Nam của URENCO, tháng 7 năm 2007 điều tra nghiên cứu trên địa bàn các tỉnh Hà Nội, Lạng Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Đại học Bách khoa Hà Nội 3 Sơn, Nghệ An, Hải Phòng, Đà Nẵng, Bình Dương và Thành phố Hồ Chí Minh đã cho kết quả ban đầu về một số loại chất thải điện tử ở nước ta từ năm như sau: Bảng 1.1: Thống kê lượng chất thải điện tử tại Việt Nam từ năm Năm Chất thải (nghìn chiếc Ti vi Tủ lạnh Máy giặt Điều hòa Điện thoại DĐ Máy tính Qua bảng số liệu trên có thể thấy, số lượng các thiết bị điện và điện tử bị thải bỏ đều tăng trong giai đoạn từ năm trong đó máy tính xách tay tăng 2 lần, điện thoại di động tăng xấp xỉ 7 lần, đồng thời số lượng thải ra tăng nhanh dần ở các năm về sau.
- Khi các loại chất thải điện tử (trong đó có pin và các thiết bị khác) có mặt trong môi trường, các thành phần thải của chúng có khả năng thâm nhập tác động đến cả môi trường đất, nước, không khí nếu như con người không có công tác quản lý, quy trình công nghệ tái chế và biện pháp kỹ thuật chôn lấp hợp lý, triệt để.
- Các loại pin thải ra từ máy tính, điện thoại và các thiết bị điện tử khác nếu được thu gom và tái chế, xử lý theo đúng quy trình sẽ tạo ra được sản phẩm có giá trị thực Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Vì vậy, việc nghiên cứu các quy trình tái chế pin thải, thu hồi kim loại quý trong thành phần cấu tạo của pin từ các thiết bị điện tử là vô cùng cần thiết và cấp bách, nhất là trong xu thế hiện nay lượng pin điện tử thải ra ngày càng nhiều nhưng chưa có giải pháp xử lý và tái chế hiệu quả.
- Xuất phát từ các vấn đề nêu trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài Nghiên cứu công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam với mong muốn đưa ra quy trình thích hợp để thu hồi Cobalt, hướng tới thu hồi các kim loại quý khác có trong pin Li-ion tránh sự lãng phí tài nguyên và tổn hại môi trường.
- Đưa ra quy trình phù hợp để hoà tách và tận thu Coban từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam.
- Đại học Bách khoa Hà Nội 5 PHẦN II – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1.
- Các vấn đề cơ bản về pin Li-ion 2.1.1.
- Nguồn phát sinh Chất thải điện tử được tạo ra từ 3 nguồn chính như sau: [2] Cá nhân và Doanh nghiệp nhỏ: ở Ấn Độ, nguồn này chiếm khoảng 24% của tổng số chất thải điện tử được tạo ra.
- Thiết bị điện tử và máy tính nói riêng, thường bị loại bỏ bởi các hộ gia đình và doanh nghiệp nhỏ, đôi khi không phải vì chúng bị hỏng nhưng chỉ đơn giản là vì công nghệ mới xuất hiện làm cho người sử dụng cảm thấy quá cũ hoặc không mong muốn.
- Ở Việt Nam hiện nay, tuỳ thuộc vào ngành nghề và độ tuổi, mức độ sử dụng cũng như thải bỏ các thiết bị điện tử cũng thường xuyên và liên tục hơn.
- Trong đời sống hiện đại, với nhu cầu và sở thích của từng cá nhân mà mỗi người thường sử dụng song song từ 2 – 3 chiếc điện thoại di động, từ 1 – 2 máy tính xách tay và rất nhiều những thiết bị điện tử khác.
- Từ đó, chất thải điện tử trong đó có pin thải ra nhiều hơn đòi hỏi cần được thu gom, xử lý kịp thời và triệt để.
- Các nhà máy và các ngành công nghiệp thay thế những thiết bị cũ của họ, điều này gây ra nhiều chất thải điện tử cần xử lý.
- Do đó, nguồn này đóng góp vào khoảng 74% tổng lượng chất thải điện tử ở ấn độ.
- Các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM): các sản phẩm của họ khi ra khỏi dây chuyền sản xuất không đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng, và phải được xử lý.
- Ba nguồn này thải ra các dạng rác thải điện tử bao gồm.
- Các thiết bị Công nghệ thông tin và viễn thông.
- Các thiết bị điện gia dụng lớn, nhỏ.
- Các thiết bị điện dân dụng và chiếu sáng.
- Đại học Bách khoa Hà Nội 6 * Các dụng cụ điện và điện tử.
- Các thiết bị y tế.
- Các thiết bị kiểm tra và điều khiển.
- Việc thải ra các loại các thải điện tử đồng thời cũng tạo ra các loại pin thải được sử dụng trong một số thiết bị nói trên.
- Trong đó, pin Lithium-ion thải ra nhiều nhất từ các loại điện thoại di động và máy tính xách tay - những thiết bị gần như không thể thiết cho mỗi cá nhân trong xã hội hiện đại.
- Vài nét về lịch sử phát triển pin Li-ion Vào thế kỷ thứ 16, Alessandro Volta - một nhà khoa học người Ý đã phát minh ra pin điện sơ khai, kể từ đó con người bắt đầu biết tới khái niệm năng lượng tích trữ.
- Hình 2.1: Pin Nickel cadmium (Ni-Cd) Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Pin Ni-MH có rất nhiều ưu điểm so với pin Ni-Cd và hay được sử dụng trong máy nghe nhạc MP3, camera kỹ thuật số, máy chơi CD, thiết bị đa phương tiện cầm tay và máy tính xách tay.
- Hình 2.2: Pin Nickel Metal Hydride (Ni-MH) Hình 2.3: Pin sạc Ni-MH Nghiên cứu Công nghệ hòa tách và làm giàu Cobalt từ nguồn pin Li-ion thải ra từ thiết bị điện tử ở Việt Nam – Ngô Thị Hoài Thương – Cao học CNMT 2009  Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST.
- Pin Li-ion được phát minh vào năm 1912 bởi G.N Lewis Back nhưng do các thông số an toàn nên mới được đưa vào sử dụng từ những năm 70 đến nay.
- Phần trăm trọng lượng của Cobalt trong pin Li-ion thường dao động từ 0 – 50% cực âm [3].
- Thông thường, lượng điện năng bị tiêu hao trong pin Li-ion cũng rất nhỏ, trung bình là khoảng 5%, vì vậy một viên pin Li-ion 100gms có thể sử dụng suốt 15 giờ.
- Một viên pin Li-ion có thể vẫn hoạt động tốt qua nhiều lần sạc và không bị ảnh hưởng của hiệu ứng nhớ nên có thể sạc chúng bất cứ khi nào, thậm chí cả khi chúng chỉ còn 50% năng lượng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt