Atık pillerin asidik klorür liçlerinden lityumun seçici olarak çıkarılması

Neden eski piller hâlâ önemli

Lityum iyon piller telefonlarımızı, dizüstü bilgisayarlarımızı ve elektrikli araçları besliyor, ancak pillerin ömrü sona erdiğinde içlerindeki lityumu geri kazanmak zor oluyor. Bugün, bu lityumun büyük kısmı kayboluyor veya ancak birçok maliyetli adımdan sonra geri kazanılıyor. Bu çalışma, kıyılmış piller kimyasal olarak çözündüğünde oluşan asidik sıvıdan lityumu daha erken çekmenin daha basit bir yolunu araştırıyor; amaç enerji, kimyasal kullanımını ve değerli metallerin kaybını azaltmak.

Kıyılmış hücreleri işe yarar sıvıya dönüştürmek

Modern pil geri dönüşümü genellikle tüketilmiş hücrelerin kıyılmasıyla elde edilen koyu bir toz olan “siyah kütle” ile başlar. Bu toz lityum bakımından zengindir ama aynı zamanda nikel, kobalt, manganez ve diğer metalleri de içerir. Yaygın bir yaklaşım siyah kütleyi hidroklorik asitte çözerek hemen hemen tüm metalleri birlikte taşıyan tuzlu bir sıvı elde etmektir. Zorluk, mevcut geri kazanım yöntemlerinin genellikle daha değerli metallere öncelik vermesi ve lityumun sona bırakılmasıdır; bu durumda lityum seyrelmiş, kısmen kaybolmuş ve birçok safsızlıkla karışmış olur. Aynı asidik sıvıdan lityumu daha erken geri kazanmak daha verimli olurdu, ancak bu, diğer metalleri beraberinde getirmeden lityumu seçici olarak yakalayabilen bir materyal gerektirir.

Lityumu tercih eden özel bir sıvı

Araştırmacılar moleküler düzeyde bir filtre gibi davranan özel bir organik sıvı tasarladılar. Bu sıvı üç bileşeni birleştiriyor: demir iyonları, tributyl fosfat adı verilen yaygın bir endüstriyel çözücü ve P507 olarak bilinen asidik bir yardımcı molekül. Bu organik faz, asidik pil liçatı ile karıştırıldığında lityum iyonlarını nikel, kobalt veya manganezden çok daha hızlı olarak organik sıvıya geçiriyor. Ekip, sıvının hem liçattan lityumu almasını hem de daha sonra temiz suya bırakmasını sağlayacak şekilde P507 ile demir arasındaki oranı dikkatle ayarladı; demirin organik fazda kilitli kalarak yeniden kullanım için tutulması hedeflendi.

Adım adım: karışık çorbadan temiz lityuma

İki hafifçe farklı proses düzeni test edildi. Birincisinde organik sıvı doğrudan pil liçatıdan lityumla yüklendi ve sistemin stabilize edilmesi için sonradan P507 eklendi. İkincisinde ise demir önce basit bir stok çözeltisi kullanılarak organik faza önceden yüklendi ve ancak ondan sonra bu sıvı gerçek liçata temas ettirildi. Her iki yol da üç ana aşamayı izledi: izleri yıkamak için scrub (temizleme), lityumu organik sıvıdan suya geçirmek için stripping (soyma) ve organik fazı bir sonraki döngüye hazırlamak için rejenerasyon. Organik ve sulu fazlar arasındaki uygun karıştırma oranı ve P507 ile demir oranının yaklaşık 1.5–1.7 olması ile süreç, birkaç temas aşaması boyunca lityumun %90’dan fazlasını çekerken nikel ve kobaltı neredeyse tamamen orijinal çözeltide bıraktı.

Sistemin kararlı ve yeniden kullanılabilir tutulması

Ekip, demir ve organik moleküllerin sıvı filtre içinde nasıl etkileştiğini doğrulamak için kızılötesi ve ultraviyole görünür ışık ölçümleri kullandı. Bu testler, klorür seviyesi suyla soyma sırasında düştüğünde bile demirin organik fazda kalan bir formda bağlı kaldığını gösterdi. Sonuç olarak, aynı çözücü demir veya ekstraksiyon performansında anlamlı bir kayıp olmadan birden çok döngü için yeniden kullanılabiliyor. Altı tekrarlı çalışmada tek aşamalı lityum ekstraksiyonu yaklaşık %65 civarında kaldı ve son lityumça zengin su akımı litre başına 11–14 gram lityum içerirken nikel ve kobalt seviyeleri tespit edilemez düzeyde, manganez ise neredeyse yoktu.

Daha temiz pil geri dönüşümü için anlamı

Uzman olmayan biri için ana sonuç, aşındırıcı, tuzlu bir pil liç çözeltisinden lityumun geri dönüştürülebilir bir sıvı filtre ve son geri kazanım adımı için yalnızca su kullanılarak erken aşamada çekilebilmesidir. Bu, siyah kütleyi yüksek sıcaklıklara ısıtma ihtiyacını ortadan kaldırır, ek asit ve baz kullanımını azaltır ve ek safsız metal girişini önler. Endüstriyel bir geri dönüşüm tesisinde temizlenmiş liçat daha sonra nikel, kobalt ve manganezi geri kazanmak için mevcut yöntemlerle işlenebilir; lityumça zengin su akımı ise pil kalitesinde lityum tuzlarına dönüştürülebilir. Birlikte, bu adımlar şarj edilebilir pillerdeki lityumu kapatmak için daha verimli ve potansiyel olarak daha sürdürülebilir bir yol sunar.

Atıf: Saleem, U., Buvik, V., Bandyopadhyay, S. et al. Selective extraction of lithium from acidic chloride leachates of spent batteries. Sci Rep 16, 14984 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43332-y

Anahtar kelimeler: lityum geri dönüşümü, pil liçatı, çözücü ekstraksiyonu, siyah kütle, hidrometalurji