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(lái)，隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，氫氧化鋰作為三元正極材料的原材料得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。 酸不溶物是電池級(jí)氫氧化鋰產(chǎn)品的重要檢測(cè)指標(biāo)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11064.11—2013《碳酸鋰、單水氫氧化鋰、氯化鋰化學(xué)分析方法 第11 部分：酸不溶物量的測(cè)定 重量法》[1]。 使用重量法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，需要用到甲基橙作為終點(diǎn)判斷指示劑。 該方法產(chǎn)生的廢水較多，需要使用科學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行回收利用。

根據(jù)廢水的化學(xué)成分，對(duì)廢水的處理主要分為2個(gè)步驟：先處理廢水中的甲基橙污染物，然后對(duì)廢水進(jìn)行濃縮沉鋰。 甲基橙是一種典型的酸堿指示劑，pH＞4.4 時(shí)，主要顯色基團(tuán)為偶氮基，呈黃色；pH≤3.1時(shí)，主要顯色基團(tuán)為對(duì)醌基，呈紅色；3.1≤pH≤4.4 時(shí)，呈橙色。 目前對(duì)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(jiǎn)單易得的活性炭吸附法進(jìn)行處理，重點(diǎn)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(cè)重從鋰的回收率和回收碳酸鋰的品質(zhì)方面進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)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(yè)級(jí)，99.8%，武漢卡諾斯科技有限公司；氫氧化鋰酸不溶物檢測(cè)廢水（以下簡(jiǎn)稱“廢水”），江西云威新材料有限公司。

pH計(jì)，雷磁PHS-3C 型，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，普析TU 1810 DS型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；電加熱套，SXKW 型，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；球型玻璃反應(yīng)釜，2 000 mL，睢寧騰科科學(xué)儀器有限公司；布氏漏斗，泰興市融盛科教儀器廠；離心機(jī)，LSC-50H 型，常州崢嶸儀器有限公司；電感耦合等離子體發(fā)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(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 確定最大吸收波長(zhǎng)

使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)廢水在波長(zhǎng)190～650 nm 處進(jìn)行掃描，得到廢水中甲基橙的波長(zhǎng)-吸光度吸收曲線圖，確定最大吸收波長(zhǎng)。

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(cè)廢水，依次加入不同量的活性炭（粒徑200 目）。 室溫下攪拌反應(yīng)0.5 h 后過(guò)濾分離，取濾液在最大波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，計(jì)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(cè)廢水，依次加入相同質(zhì)量不同粒徑的活性炭（30、100、200、300 和400 目）。 室溫下攪拌反應(yīng)0.5 h 后過(guò)濾分離，取濾液在最大波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，計(jì)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(dá)到99%以上的廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，濃縮體積比2∶1，在溫度85 ℃下均勻加入工業(yè)級(jí)碳酸鈉（1.1 倍化學(xué)計(jì)量比）進(jìn)行沉鋰反應(yīng)。 沉化2 h 后進(jìn)行抽濾、洗滌和離心分離。 得到的產(chǎn)品碳酸鋰進(jìn)行分析檢測(cè)，同時(shí)計(jì)算鋰的回收率。

1.3 分析方法

1.3.1 吸附率計(jì)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(zhì)分析

參考碳酸鋰相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11064.15—2013，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)廢水中的元素和回收碳酸鋰進(jìn)行元素檢測(cè)，使用激光粒度儀對(duì)碳酸鋰粒度進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.3 鋰的回收率計(jì)算

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

2 結(jié)果與討論

2.1 廢水中甲基橙的最大吸收波長(zhǎng)

廢水中甲基橙的波長(zhǎng)-吸光度吸收曲線圖見(jiàn)圖1。

圖1 氫氧化鋰酸不溶物檢測(cè)廢水紫外可見(jiàn)光譜圖

由圖1 可知，最大吸收波長(zhǎng)在505 nm 處。

2.2 活性炭使用量對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 活性炭使用量對(duì)吸附率的影響

從圖2 中可以看出，當(dāng)活性炭使用的質(zhì)量濃度達(dá)到500 mg/L 時(shí)，吸附率可達(dá)99%以上，即使在活性炭質(zhì)量濃度為300 mg/L 時(shí)，吸附率也可以達(dá)到98%以上。 綜合考慮吸附率和經(jīng)濟(jì)因素，確定活性炭的質(zhì)量濃度為500 mg/L。

2.3 活性炭粒徑對(duì)吸附效果的影響

活性炭粒徑對(duì)吸附效果影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 活性炭粒徑對(duì)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(shù)后，吸附率變化并不明顯。 考慮到過(guò)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(zhì)情況

沉鋰回收率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，回收碳酸鋰品質(zhì)狀況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 沉鋰回收率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2 回收碳酸鋰品質(zhì)狀況統(tǒng)計(jì) w/%

從表1 和表2 可知，當(dāng)鋰質(zhì)量濃度在29 g/L時(shí)，檢測(cè)廢液回收鋰的一次回收率可達(dá)72%，在此條件下沉鋰得到的碳酸鋰品質(zhì)可達(dá)到甚至優(yōu)于電池級(jí)碳酸鋰的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 濃縮比增加雖然能夠提高回收率，但是會(huì)降低回收碳酸鋰的品質(zhì)。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性炭可以有效吸附氫氧化鋰實(shí)驗(yàn)室酸不溶物檢測(cè)廢水中的甲基橙，使用100 目活性炭，在0.5 g/L 的質(zhì)量濃度下，活性炭吸附率可保持在99%以上。 經(jīng)過(guò)活性炭處理后的廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮并沉鋰，所得碳酸鋰品質(zhì)可達(dá)準(zhǔn)電池級(jí)水平，鋰回收一次回收率可達(dá)72%。 活性炭是常見(jiàn)的吸附劑，廉價(jià)易得，回收后的余液可直接轉(zhuǎn)移至排口車(chē)間進(jìn)一步處理。 該方法簡(jiǎn)單有效，既達(dá)到環(huán)保要求，又做到了資源回收利用。