Estrazione del cobalto da accumulatori Li-ion

[valeg96]

Buon pomeriggio a tutti, vorrei proporvi una versione leggermente differente da quella scritta nel lontano 2013 da anthonysp (link), un pò meno lunga ma che mi ha dato delle piccole soddisfazioni in passato e che ho ripetuto un paio di giorni fa con ClaudioG. Come forse saprete esistono vari tipi di accumulatori al litio, come il Li-SO3 (che ho avuto la sfortuna di aprire inconsapevolmente), Li-ferro-fosfato e Li-ossido di litio e cobalto. Per questa estrazione ho ovviamente usato le Li-ossido di litio e cobalto, utilizzando il catodo e scartando l'anodo e ho rimosso il cobalto dalla soluzione ottenuta sotto forma di carbonato insolubile, lavandolo ed essiccandolo quanto basta per raggiungere un livello di purezza accettabile.

I materiali necessari sono: pile al Li-LiCoO2 (nello specifico il catodo di alluminio), HCl al 30-33% (o perlomeno concentrato, basta che non sia diluito), Na2CO3 in soluzione, un imbuto grande, carta da filtro e dei becher/beute/bottiglioni molto capienti (più pile sono processate più spazio serve per la neutralizzazione). Occorrono inoltre adatti DPI, data la pericolosità dei sali di cobalto.

Abbiamo utilizzato due pile cilindriche da laptop (senza etichetta) e una piatta a due celle (etichetta in foto).

   

I catodi della pila piatta (le pile cilindriche erano già state sciolte a parte) con il becher dell'HCl:

   

Aggiunta di HCl concentrato fino a che non cessa l'effervescenza, il miscuglio presenta parecchi pezzi neri non disciolti, mentre l'alluminio del catodo è (ahimè) sciolto assieme all'ossido di cobalto. La soluzione ha un colore blu oltremare molto profondo, non catturato dalla fotocamera. Il miscuglio acido è filtrato per gravità in un imbuto da vini, con filtro apposito, e il residuo sciacquato con la spruzzetta fino a quando non gocciola filtrato incolore. Alla fine del risciacquo la soluzione acida dovrebbe avere un colore viola-rosa lampone molto scuro, che forma degli aloni sul filtro.

           

Il filtrato limpido rosa lampone è adesso neutralizzato (nel bottiglione) con aggiunta di Na2CO3 in polvere fino a pH 4 circa (prestare attenzione: se il carbonato si "impacca" e non si scioglie poi crea problemi) e successivamente con una soluzione di Na2CO3 satura a piccole riprese (per evitare che la schiuma fuoriesca). La soluzione satura è adesso immessa fino a cessata precipitazione del CoCO3 rosa -l'eccessiva aggiunta di Na2CO3 provoca la formazione di un carbonato basico leggermente azzurro-. Il precipitato è filtrato per gravità nell'imbuto di prima, costantemente sciaquato e mescolato nel filtro (con la cura necessaria a non romperlo) fino a quando il pH del filtrato (praticamente incolore, da scartare) non raggiunge la neutralità. Per la cronaca, il lavaggio ha richiesto circa 10 litri di acqua distillata.

           

Il filtrato, ancora cremoso, è stato trasferito su una lastra di vetro accuratamente pulita e spalmato uniformemente. Dopo tre giorni al sole è rimosso e polverizzato in modo grossolano (ma con difficoltà). La massa del carbonato ottenuto è di circa 108.06 g. Le perdite sono state ridotte al minimo durante i primi passaggi, ma sono state (quasi) inevitabili durante la stesura della "crema" e la polverizzazione.

                   

Il carbonato così prodotto può essere utilizzato per produrre i sali di cobalto più comuni, ed è certamente più facile da separare dalla soluzione acida di partenza di un sale solubile. Alla prossima.

[ClaudioG.]

Complimenti, bella sintesi.  

[marco the chemistry]

Il carbonato di cobalto puro non ha quel colore orribile, è rosa scuro e inoltre è facilmente filtrabile e asciugabile, non ha la consistenza della maionese.
Tra l'altro io non ho capito come vengono eliminati l'alluminio e gli altri metalli contaminanti, ferro in testa!

[quimico]

Quoto Marco.
In quel sale ci sono tanti inquinanti, non rimossi in alcun modo dal composto di interesse.
Quindi non hai ottenuto quello che volevi... Non ci sei proprio.
Mi chiedo: ma prima di far passare ste cose per sintesi, chiedere a qualcuno di ferrato in materia? Tipo marco o Mario? No?
Mah

[Mario]

Che ci sia del cobalto nel prodotto che ha ottenuto è indubbio. Bisognerebbe conoscere cosa c'è in più visto che non si è fatto niente per separare le impurità.
Le foto poi sono tutte sottoesposte e si fatica a capire a cosa si riferiscono. Usiamolo meglio questo Samsung, per favore.

saluti
Mario

[ClaudioG.]

Mi pare ovvio che il composto puro non sia di quel colore. Ma Valerio, con 'purezza accettabile' non intendeva 'da analisi': per noi, modesti studenti di liceo, quell' 'accettabile' vale a dire 'buono per farci il cloruro e per far vedere a chi passa in laboratorio il cambiamento di colore da anidro a idrato'. Sicuramente ha dimenticato di specificare che è, in generale, un prodotto grezzo, che abbiamo fatto giusto per avere qualcosa con cobalto dentro. 
A questo proposito chiedo se è necessario spostare in 'I vostri esperimenti'. 
Sono ben accetti suggerimenti su come purificarlo, in ogni caso. 

Per Mario: grazie per l'osservazione, in effetti non sono venute bene. Prima di ridimensionarle erano comunque molto migliori (come ha capito che è stato usato un Samsung?)

[valeg96]

Più che "qualcosa con cobalto dentro" è stato fatto per non buttare una fonte di cobalto, almeno così è meglio che avere l'elettrodo sudicio e polveroso, non trovate? Il post espone un metodo per tirarlo fuori, per sintetizzare un sale che lo contenga e che possa poi essere purificato, come Mario ha inteso. Se avete suggerimenti su come aumentarne la purezza ve ne saremo grati.

[Mario]

Non solo non ha una purezza di grado analitico, me credo nemmeno tecnica.
Quello che non va nel lavoro che avete svolto è il fatto che la precipitazione con carbonato tira giù anche un mucchio di altri elementi che poi ritroviamo puntualmente nel prodotto finale.
Le impurezze vanno eliminate quanto più possibile, non accumulate.
L'essere liceali non è un alibi. Meno scuse e più impegno.

Dall'analisi del file con software specifici. Se vuole le dico anche il modello dello smartphone.


saluti
Mario

[valeg96]

Grazie del commento costruttivo, avevo sin dall'inizio seri sospetti sulla permanenza delle impurità, che come dice lei sono precipitate assieme al CoCO3. Troveremo un modo per purificarlo, e riferiremo.

[ClaudioG.]

Non intendeva essere un alibi. Noi ci siamo limitati ad estrarre un composto carino, impuro (a proposito, secondo lei cosa potrebbe essere la patina nera che si forma nel carbonato in essiccazione e che va a sporcare il prodotto finale?), non so di che grado (né tecnico né analitico, è chiaro), ma almeno abbiamo un sale di cobalto.

"Dall'analisi del file con software specifici. Se vuole le dico anche il modello dello smartphone."

Capisco.  La prossima volta mi impegnerò di più con le foto.