介绍
丙二酸又称缩苹果酸，化学式C₃H₄O₄，是一种白色结晶性粉末，无臭，味酸，受热易分解生成乙酸与二氧化碳；因分子中双羧基的吸电子协同效应，酸性强于乙酸。它是有机合成的重要中间体，可用于制备巴比妥类药物、染料、香料及聚酯材料。它能够协同抗坏血酸浸出废旧三元电池有价金属。
图一 丙二酸
丙二酸浓度的影响
丙二酸的浓度在0.0～1.0 mol/L的范围内变化。浸出过程中保持的其他参数包括：温度50°C；抗坏血酸浓度0.2 mol/L；固液比30 g/L；搅拌速度300 r/min；时间为60 min。在0.0～0.4mol/L的丙二酸浓度范围内，金属的浸出率逐渐提高。结果表明，当浓度为0.4 mol/L时，Li、Ni、Co和Mn的溶解率分别为97.84%、98.56%、98.57%、98.35%。这可以归因于丙二酸浓度的增加提高了反应物之间碰撞的频率，从而加快了反应速率。然而，浓度超过0.4 mol/L后，随着浓度的增加，金属的浸出率几乎不变。因此，最佳的浓度为0.4 mol/L。
固液比的影响
在50℃下，在0.4 mol/L丙二酸和0.2 mol/L抗坏血酸、搅拌速度300 r/min、浸出时间60 min的条件下，考察固液比（10～60 g/L）对金属浸出效率的影响。结果表明，所有金属元素的浸出率都随着固液比的增加而降低（S/L>30 g/L）。此外，固液比在10～30 g/L的范围内，金属的浸出率几乎保持不变。然而，当固液比超过40 g/L时，金属浸出率显著降低。这可归因于，在这种条件下，浸出剂几乎被完全消耗，金属浸出率达到饱和。此外，较大的固液比也会减少固体和液体之间的接触面积，从而影响传质系数，并导致金属的浸出效率降低。特别是当固液比达到30 g/L时，Li、Ni、Co和Mn的浸出率分别为97.34%、98.72%、99.90%和97.50%。从高效和环保的角度出发，实验的最佳固液比为30 g/L。
动力学分析
这种浸出过程属于液-固反应的范畴，固体在反应前被充分研磨成微米大小的球形颗粒，这可以通过使用收缩芯模型来探索。图2显示了缩芯模式，浸出过程主要分为两个阶段。在反应的初始阶段，由于不存在固体膜，反应过程为：1)H+在浓度差的作用下通过固液边界扩散并面向正极材料表面；2)H+吸附在正极材料表面，在表面发生化学反应生成Li+、Ni2+、Co2+、Mn2+离子，而在正极材料内部不发生反应；3）反应产生的金属离子通过固液界面扩散到整个溶液中，沉淀出不溶性杂质。
图二 收缩芯模型
采用可自然降解的丙二酸和抗坏血酸作为浸出体系，从废弃的三元正极材料中浸出锂、镍、钴和锰元素。通过单因素条件试验，优化了丙二酸-抗坏血酸的浸出条件：丙二酸浓度为0.4 mol/L，抗坏血酸浓度为0.2 mol/L，固液比为30 g/L，浸出温度为50℃，浸出时间为50 min。在该条件下，Ni、Co、Mn和Li的浸出率分别为98.56%、99.05%、97.93%、97.84%[1]。
参考文献
[1]李涌,周鸿波,赵建树,等.丙二酸-抗坏血酸协同浸出废旧三元电池有价金属的方法[J].土木与环境工程学报(中英文),2024,46(06):213-220.