废旧锂离子电池回收石墨的污染物控制与材料转化：建筑复合材料的制备及其环境经济效益研究

《Resources, Conservation and Recycling》：Pollutant control and material conversion of the waste graphite recovered from spent lithium-ion batteries: Preparation of building composite materials

本文系统探讨了从废旧锂离子电池（LIBs）中回收的废石墨（WG）通过混凝土固化技术实现污染物控制与资源化利用的创新路径。研究表明，1%石墨掺量可使混凝土抗压强度提升7.75%，并通过毒性特征浸出程序（TCLP）将重金属浸出浓度控制在2mg/L以下。该方案兼具环境效益与经济效益（乐观情景下净收益2400元/吨），为LIBs回收与绿色建材的协同发展提供了新范式。

　　

材料与设备

实验所用试剂包括波特兰水泥、盐酸、醋酸及纳米石墨（购自阿拉丁公司）。主要设备涵盖：振荡器（型号ZWY-2102）、烘箱、超声波发生器（昆山超声仪器有限公司KQ-250DE型）、管式炉、强剪切机及过滤萃取装置。

结果与讨论

为探究废石墨（WG）与水泥混凝土的双向相互作用，本研究开展了石墨混凝土的固化与浸出实验。通过制备石墨混凝土复合材料（GCC），系统评估了石墨掺量对混凝土力学性能的增强效应。浸出实验表明：经混凝土固化后，WG中重金属离子浸出特性发生显著改变——物理法、火法、湿法回收的WG原样中铜浸出浓度高达497.8mg/L，镍达177.4mg/L，而经混凝土固化后镍钴铜浸出浓度均被抑制至2mg/L以下，成功使危险废物转化为环境友好材料。力学测试显示，1%石墨掺量使混凝土7天抗压强度提升7.75%，刚度增加4.53%，其增强机制源于石墨的层状结构对水泥水化过程的定向调控作用。

结论

本研究成功开发了基于混凝土固化技术的废石墨资源化方案，实现了重金属污染控制与材料性能提升的双重目标。三种回收工艺产生的WG经混凝土固化后，其毒性浸出浓度均低于危险废物鉴别标准，证实该技术对异构污染型WG具有普适性处置能力。场景分析与成本效益评估表明，该方案在乐观情景下可实现每吨2400元的净收益，为锂离子电池回收产业链与绿色建筑材料的跨领域协同提供了兼具环境与经济可行性的解决方案。

（注：根据要求已跳过第二个Conclusion部分，实际输出到第一个Conclusion结束）