氫氧化鋰酸不溶物檢測廢水綜合回收利用研究

賈貴斌，金曉春，何冬梅

（江西云威新材料有限公司，江西 宜春 336000）

近年來，隨著新能源汽車市場的快速發展，氫氧化鋰作為三元正極材料的原材料得到廣泛的應用和發展。 酸不溶物是電池級氫氧化鋰產品的重要檢測指標，檢測標準GB/T 11064.11—2013《碳酸鋰、單水氫氧化鋰、氯化鋰化學分析方法 第11 部分：酸不溶物量的測定 重量法》[1]。 使用重量法對其進行檢測，需要用到甲基橙作為終點判斷指示劑。 該方法產生的廢水較多，需要使用科學的方法對其進行回收利用。

根據廢水的化學成分，對廢水的處理主要分為2個步驟：先處理廢水中的甲基橙污染物，然后對廢水進行濃縮沉鋰。 甲基橙是一種典型的酸堿指示劑，pH＞4.4 時，主要顯色基團為偶氮基，呈黃色；pH≤3.1時，主要顯色基團為對醌基，呈紅色；3.1≤pH≤4.4 時，呈橙色。 目前對甲基橙廢水處理方法主要有物理吸附法（活性炭、粉煤灰等）、功率超聲降解法和催化劑降解法等[2-5]。 因酸不溶物廢水中甲基橙濃度不高，本文采用簡單易得的活性炭吸附法進行處理，重點考察活性炭粒徑的選擇和處理使用量。 濃縮沉鋰步驟在碳酸鋰工藝中較為成熟，本文側重從鋰的回收率和回收碳酸鋰的品質方面進行研究。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器

活性炭，30、100、200、300 和400 目，河南智恩凈水材料有限公司；碳酸鈉，工業級，99.8%，武漢卡諾斯科技有限公司；氫氧化鋰酸不溶物檢測廢水（以下簡稱“廢水”），江西云威新材料有限公司。

pH計，雷磁PHS-3C 型，上海儀電科學儀器股份有限公司；紫外可見分光光度計，普析TU 1810 DS型，北京普析通用儀器有限責任公司；電加熱套，SXKW 型，北京市永光明醫療儀器廠；球型玻璃反應釜，2 000 mL，睢寧騰科科學儀器有限公司；布氏漏斗，泰興市融盛科教儀器廠；離心機，LSC-50H 型，常州崢嶸儀器有限公司；電感耦合等離子體發射光譜儀，PE Avio 200 型，珀金埃爾默儀器蘇州有限公司；激光粒度儀，MASTERSIZER 3000 型，馬爾文帕納科公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 確定最大吸收波長

使用紫外可見分光光度計對廢水在波長190～650 nm 處進行掃描，得到廢水中甲基橙的波長-吸光度吸收曲線圖，確定最大吸收波長。

1.2.2 考察活性炭使用量的影響

在燒杯中加入一定量的酸不溶物檢測廢水，依次加入不同量的活性炭（粒徑200 目）。 室溫下攪拌反應0.5 h 后過濾分離，取濾液在最大波長處測定吸光度，計算不同條件下的吸附率。

1.2.3 考察活性炭粒徑的影響

在燒杯中加入一定量的酸不溶物檢測廢水，依次加入相同質量不同粒徑的活性炭（30、100、200、300 和400 目）。 室溫下攪拌反應0.5 h 后過濾分離，取濾液在最大波長處測定吸光度，計算不同條件下的吸附率。

1.2.4 鋰的回收

將活性炭吸附處理后且吸附率達到99%以上的廢水進行蒸發濃縮，濃縮體積比2∶1，在溫度85 ℃下均勻加入工業級碳酸鈉（1.1 倍化學計量比）進行沉鋰反應。 沉化2 h 后進行抽濾、洗滌和離心分離。 得到的產品碳酸鋰進行分析檢測，同時計算鋰的回收率。

1.3 分析方法

1.3.1 吸附率計算

吸附率=（ A0-At）/A0×100%，其中，A0代表未吸附處理前的吸光度，At代表活性炭吸附處理后的吸光度。

1.3.2 廢水中元素分析和碳酸鋰品質分析

參考碳酸鋰相關國家標準GB/T 11064.15—2013，使用電感耦合等離子體發射光譜儀對廢水中的元素和回收碳酸鋰進行元素檢測，使用激光粒度儀對碳酸鋰粒度進行檢測。

1.3.3 鋰的回收率計算

回收率=mt/m0，其中，mt為產品碳酸鋰中鋰含量，單位為g；m0為蒸發濃縮液中鋰含量，單位為g。

2 結果與討論

2.1 廢水中甲基橙的最大吸收波長

廢水中甲基橙的波長-吸光度吸收曲線圖見圖1。

圖1 氫氧化鋰酸不溶物檢測廢水紫外可見光譜圖

由圖1 可知，最大吸收波長在505 nm 處。

2.2 活性炭使用量對廢水甲基橙吸附效果的影響

活性炭不同使用量吸附效果實驗結果見圖2。

圖2 活性炭使用量對吸附率的影響

從圖2 中可以看出，當活性炭使用的質量濃度達到500 mg/L 時，吸附率可達99%以上，即使在活性炭質量濃度為300 mg/L 時，吸附率也可以達到98%以上。 綜合考慮吸附率和經濟因素，確定活性炭的質量濃度為500 mg/L。

2.3 活性炭粒徑對吸附效果的影響

活性炭粒徑對吸附效果影響的實驗結果見圖3。

圖3 活性炭粒徑對吸附率的影響

從圖3 中看出活性炭粒徑越小，吸附效果越好，但活性炭粒徑減小到一定目數后，吸附率變化并不明顯。 考慮到過濾分離的難度，確定使用粒徑為100目的活性炭。

2.4 沉鋰回收率和回收碳酸鋰品質情況

沉鋰回收率統計見表1，回收碳酸鋰品質狀況統計見表2。

表1 沉鋰回收率統計結果

表2 回收碳酸鋰品質狀況統計 w/%

從表1 和表2 可知，當鋰質量濃度在29 g/L時，檢測廢液回收鋰的一次回收率可達72%，在此條件下沉鋰得到的碳酸鋰品質可達到甚至優于電池級碳酸鋰的國家標準。 濃縮比增加雖然能夠提高回收率，但是會降低回收碳酸鋰的品質。

3 結論

實驗結果表明，活性炭可以有效吸附氫氧化鋰實驗室酸不溶物檢測廢水中的甲基橙，使用100 目活性炭，在0.5 g/L 的質量濃度下，活性炭吸附率可保持在99%以上。 經過活性炭處理后的廢水進行蒸發濃縮并沉鋰，所得碳酸鋰品質可達準電池級水平，鋰回收一次回收率可達72%。 活性炭是常見的吸附劑，廉價易得，回收后的余液可直接轉移至排口車間進一步處理。 該方法簡單有效，既達到環保要求，又做到了資源回收利用。