الموجات فوق الصوتية تجعل إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون أكثر كفاءة

الليثيوم مادة نادرة وعالية القيمة توجد في البطاريات عالية الأداء، مثل بطاريات الليثيوم أيون. ويُعد الليثيوم المادة الأعلى قيمة التي تُسترد عند إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون، إلا أن معادن وفلزات أخرى، مثل الكوبالت والمنغنيز والنيكل والنحاس والألومنيوم، تُعد أيضًا فلزات قيّمة تستحق الاسترداد. وتُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الشدة كتقنية للتحريك ذي القص العالي والنض لاستخلاص المعادن والفلزات القيّمة وإزالتها وإذابتها من البطاريات المستهلكة. وتتميز طريقة المعالجة بالموجات فوق الصوتية بفعالية عالية وكفاءة في استهلاك الطاقة، وهي متاحة بسهولة للتركيب في مرافق إعادة التدوير التي تعمل على نطاق تجاري كامل.

نظرة عامة: عملية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون

تتضمن عملية إعادة تدوير الفلزات والمواد الثمينة من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة عادةً عدة خطوات. وفيما يلي نظرة عامة:

1. الجمع والفرز: تُجمع بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة وتُفرز بحسب أنواعها وتركيباتها الكيميائية.
2. التفكيك: أولًا، يُكسَّر الغطاء البلاستيكي للبطارية ويُزال. وبعد ذلك، توضع البطارية المكشوفة في النيتروجين السائل لتحييد المواد التفاعلية والقابلة للانفجار. وتضمن هذه الخطوة منع التحرر المفاجئ لكل الطاقة المخزنة وما يرتبط به من اشتعال وانفجار لاحقين. ثم تُفكَّك البطاريات لفصل مكوناتها المختلفة، مثل الكاثود والأنود والإلكتروليت والغلاف.
3. التقطيع: تُقطَّع البطاريات المفككة إلى قطع أصغر لزيادة مساحة سطحها تمهيدًا للعمليات اللاحقة.
4. فصل طبقات الأقطاب: قبل المعالجة لاستخلاص الفلزات، يجب مواصلة تفكيك الأقطاب المعزولة، أي الكاثود والأنود. ونظرًا إلى أن مادة الكاثود تلتصق عادةً برقاقة الألومنيوم بواسطة مادة رابطة، غالبًا ما تكون بولي فلوريد الفينيليدين (PVDF) أو بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، فإن فصل الكاثود ورقاقة الألومنيوم عن بعضهما مهمة صعبة.
5. المعالجة الكيميائية: تخضع مكونات البطارية المقطعة لمعالجات كيميائية مختلفة لإذابة المواد المختلفة وفصلها. وقد يشمل ذلك النض باستخدام حمض أو مذيبات أخرى لاستخلاص فلزات قيّمة، مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والنحاس.
6. الاسترداد والتنقية: تُسترد الفلزات المذابة بعد ذلك من المحلول باستخدام عمليات مثل الترسيب أو الاستخلاص بالمذيبات أو الطرق الكهروكيميائية. وتساعد هذه الخطوات على تنقية الفلزات الثمينة وتركيزها.

تحسين استرداد الفلزات الثمينة بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية

يمكن للموجات فوق الصوتية عالية القدرة تحسين خطوات فصل طبقات الأقطاب ونض الفلزات والمواد الثمينة عن طريق تكثيف التفاعلات، مما يجعل عملية الاسترداد أكثر كفاءة بدرجة كبيرة. والمعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية تستخدم موجات فوق صوتية عالية الشدة لإحداث اهتزازات ميكانيكية وتجويف صوتي في وسط سائل. وتُستخدم القوى الشديدة الناتجة عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتحسين عملية إعادة تدوير الفلزات الثمينة من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة بطرق متعددة:
 

1. التفتيت: تُفتّت المعالجة بالموجات فوق الصوتية مواد البطاريات المقطعة لتكوين جسيمات أصغر. وتوفر الجسيمات الأصغر مساحة سطح أكبر، مما يجعل النض الكيميائي أكثر فعالية ويساعد على تحرير الفلزات القيّمة.
2. تحسين النض: يمكن لتطبيق المعالجة بالموجات فوق الصوتية أثناء عمليات النض تحسين التلامس بين المادة الصلبة ومحلول النض، مما يزيد كفاءة استخلاص الفلزات. ويعزز النض بالموجات فوق الصوتية استخلاص الفلزات ويزيد مردود الفلزات والمعادن المستردة، مثل الكوبالت والمنغنيز والنيكل والنحاس والألومنيوم.
3. تحسين فصل طبقات الأقطاب: يتمثل هدف فصل طبقات الأقطاب أثناء إعادة تدوير البطاريات في فصل المكونات المختلفة، مثل الأقطاب والإلكتروليتات والفواصل، بحيث يمكن مواصلة معالجتها أو إعادة تدويرها كلٌّ على حدة. وتساعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية على فصل الطلاءات عن القطب وإزالتها. وتعزز القوى الميكانيكية الناجمة عن الموجات فوق الصوتية فصل طبقات الأقطاب بكفاءة.
4. تسريع التفاعلات: تعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية المزج الأسرع والأكثر شمولًا، مما قد يسرّع التفاعلات الكيميائية خلال خطوات استرداد الفلزات وتنقيتها.
5. تقليل استهلاك الطاقة: يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تعزيز كفاءة العملية، مما يقلل الوقت والطاقة اللازمين لاسترداد الفلزات من البطاريات المستهلكة.

 
يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية أن تؤدي دورًا مفيدًا في تحسين عملية إعادة تدوير الفلزات والمواد الثمينة من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة، وذلك بزيادة فعالية وكفاءة الخطوات المختلفة التي تنطوي عليها عملية إعادة التدوير.
ويمكن تكييف خطوات نض الفلزات وفصل طبقات الأقطاب بالموجات فوق الصوتية مع عمليات إعادة التدوير الفردية، التي قد تختلف مع قيام الشركات المتخصصة في إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون بتطوير عملياتها وتعديلها لتحقيق أعلى كفاءة.

التجويف بالموجات فوق الصوتية لفصل الكاثود

تفصل المعالجة بالموجات فوق الصوتية مواد الكاثود عن رقاقة الألومنيوم بفعل تأثيرات التجويف الصوتي. ويتسم التجويف الصوتي أو التجويف بالموجات فوق الصوتية بضغوط ودرجات حرارة مرتفعة تحدث موضعيًا، ثم تنخفض، مما ينتج عنه فروق في الضغط ودرجة الحرارة، إلى جانب اضطرابات دقيقة شديدة ونفاثات دقيقة ذات قص عالٍ. وتؤثر قوى التجويف هذه في الحدود السطحية وتعزز انتقال الكتلة وتسبب التعرية. ومن خلال توليد هذه القوى الشديدة ذات الطبيعة الكيميائية والفيزيائية والحرارية والميكانيكية، يُحدث التجويف بالموجات فوق الصوتية التحريك وانتقال الكتلة اللازمين لتفكيك بنية المادة الرابطة العضوية المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون لتثبيت الكاثود على مجمّع التيار / رقاقة الألومنيوم.
وفي حين أن التحريك الميكانيكي، مثل التقليب وحده، لا يكفي لفصل مادة الكاثود بفعالية عن رقاقة الألومنيوم، فإن المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الشدة توفر الطاقة الكيميائية والميكانيكية الناجمة عن الموجات فوق الصوتية واللازمة لإزالة مادة الكاثود بالكامل من مجمّعات التيار. وبخلاف التقليب الميكانيكي، يولّد التجويف بالموجات فوق الصوتية اضطرابات شديدة ودرجات حرارة وضغوطًا مرتفعة موضعيًا، إلى جانب التحريك والجريان والنفاثات السائلة، وهي تفكك المادة الرابطة، مثل PVDF أو PTFE، التي تربط الكاثود برقاقة Al، وتؤدي إلى تعرية سطح كلٍّ من الكاثود ورقاقة Al. وبذلك تتفكك المادة الرابطة بين المادتين على النحو المطلوب، ويُفصل الكاثود ورقاقة الألومنيوم بفعالية.
فعلى سبيل المثال، يحقق الفصل بالموجات فوق الصوتية كفاءة عالية في إزالة الكاثود تبلغ 99% باستخدام N-ميثيل-2-بيروليدون (NMP) كمذيب عند 70°C (بقدرة موجات فوق صوتية تبلغ 240 W وزمن معالجة بالموجات فوق الصوتية يبلغ 90 min). وبما أن فصل الكاثود بالموجات فوق الصوتية يشتت المادة بالتساوي ويمنع تكون تكتلات أكبر، فإنه يسهّل عملية نض الفلزات اللاحقة.
اقرأ المزيد عن فصل طبقات الأقطاب بالموجات فوق الصوتية لاسترداد المواد الفعالة ورقائق مجمّعات التيار!

نض المعادن بالموجات فوق الصوتية

تعزز تأثيرات التجويف بالموجات فوق الصوتية الموصوفة أعلاه أيضًا نض الفلزات من البطاريات المستهلكة. ولا تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الشدة لاسترداد المعادن عند إعادة تدوير البطاريات فحسب، بل تُستخدم أيضًا كثيرًا في استخلاص الفلزات بالمحاليل المائية ونض الخامات الثمينة، مثل مخلفات التعدين. وتكثف درجات الحرارة والضغوط وقوى القص المرتفعة موضعيًا نض الفلزات وتزيد كفاءته بدرجة كبيرة. وفي حين تحدث درجات حرارة موضعية شديدة الارتفاع تصل إلى 1000 K في البؤر الساخنة للتجويف، لا تتطلب ظروف النض العامة سوى درجة حرارة معتدلة تبلغ نحو 50–60°C. وهذا يجعل استرداد الفلزات بالموجات فوق الصوتية كفؤًا في استهلاك الطاقة واقتصاديًا.
ويتسم نض المعادن بالموجات فوق الصوتية من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة بمعدلات استرداد وكفاءة مرتفعة. فعلى سبيل المثال، استُخدم حمض الكبريتيك (H2SO4) بنجاح كعامل نض في وجود بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) أثناء استرداد المعادن من الكاثود بالموجات فوق الصوتية. وأدى النض بالموجات فوق الصوتية باستخدام حمض الكبريتيك إلى معدلات استرداد بلغت 94.63% للكوبالت و98.62% لليثيوم، على التوالي.
ويؤدي النض بالموجات فوق الصوتية باستخدام حمض الستريك العضوي (C6H8O7·H2O) إلى معدلات استرداد عالية جدًا للنحاس والليثيوم، إذ يتيح استرداد 96% من النحاس وما يقارب 100% من الليثيوم من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة.

بسيطة وآمنة: التوسع في المعالجة بالموجات فوق الصوتية من اختبارات الجدوى إلى إعادة التدوير الصناعي

تتوفر بسهولة معدات عالية الأداء تعمل بالموجات فوق الصوتية لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون، وتناسب التركيب على طاولة المختبر وعلى النطاق التجريبي والصناعي. وبما أن فصل الكاثود بالموجات فوق الصوتية ونض المعادن من البطاريات المستهلكة بالموجات فوق الصوتية عمليتان راسختان بالفعل، فإن الانتقال من التجارب الأولية إلى التحسين وفق متطلبات عمليتك المحددة وتركيب نظام فصل و/أو نض بالموجات فوق الصوتية على نطاق صناعي كامل يكون سريعًا وبسيطًا.
اقرأ المزيد عن مزايا النض بالموجات فوق الصوتية لإعادة تدوير البطاريات بصورة مستدامة والتعدين الحضري!

أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإعادة تدوير البطاريات

توفر Hielscher Ultrasonics أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء بمختلف الأحجام والسعات. ومن خلال UIP16000 (16kW)، تصنع Hielscher أقوى معالج بالموجات فوق الصوتية في العالم. ويمكن بسهولة تجميع UIP16000 وجميع الأنظمة الصناعية الأخرى العاملة بالموجات فوق الصوتية في مجموعات لتحقيق قدرة المعالجة المطلوبة. وصُممت جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher للعمل على مدار 24/7 تحت الحمل الكامل وفي بيئات ذات متطلبات صارمة.
ويمكن للمعالجات الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات اهتزاز عالية جدًا. ويمكن تشغيلها بسهولة وباستمرار بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm على مدار 24/7. وللحصول على سعات اهتزاز أعلى، تتوفر سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية.

مسابير الموجات فوق الصوتية والمفاعلات الصوتية لأي حجم

تغطي مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics الطيف الكامل من المعالجات بالموجات فوق الصوتية، بدءًا من أجهزة المعالجة المختبرية المدمجة بالموجات فوق الصوتية، مرورًا بأنظمة طاولة المختبر والأنظمة التجريبية، وصولًا إلى المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل، القادرة على معالجة حمولات شاحنات في الساعة. وتتيح لنا مجموعة المنتجات الكاملة تقديم معدات الموجات فوق الصوتية الأكثر ملاءمة لتطبيقك وقدرة المعالجة وأهداف الإنتاج لديك.

سعات اهتزاز قابلة للتحكم الدقيق للحصول على نتائج مثلى

يمكن التحكم بدقة في جميع معالجات Hielscher بالموجات فوق الصوتية، مما يجعلها أدوات عمل موثوقة في البحث والتطوير والإنتاج. وتُعد سعة الاهتزاز أحد معلمات العملية الحاسمة التي تؤثر في كفاءة وفعالية التفاعلات المستحثة كيميائيًا وميكانيكيًا بالموجات فوق الصوتية. وتتيح جميع معالجات Hielscher Ultrasonics الضبط الدقيق لسعة الاهتزاز. وتُعد السونوترودات وأبواق تعزيز السعة ملحقات تتيح تعديل سعة الاهتزاز ضمن نطاق أوسع. ويمكن للمعالجات الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher توفير سعات اهتزاز عالية جدًا وشدة الموجات فوق الصوتية المطلوبة للتطبيقات ذات المتطلبات الصارمة. ويمكن تشغيلها بسهولة وباستمرار بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm على مدار 24/7.
ويتيح لك الضبط الدقيق لسعة الاهتزاز والمراقبة المستمرة لمعلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية عبر برامج ذكية فصل الكاثود عن رقاقة الألومنيوم، وكذلك نض المعادن والفلزات من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة، في أكثر ظروف المعالجة بالموجات فوق الصوتية فعالية. معالجة مثلى بالموجات فوق الصوتية لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون بأعلى كفاءة!
وتتيح متانة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher تشغيلها على مدار 24/7 في الأعمال الشاقة وفي بيئات ذات متطلبات صارمة. وهذا يجعل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher أدوات عمل موثوقة تلبي متطلبات عملية إعادة التدوير لديك.

أعلى جودة – مصممة ومصنعة في ألمانيا

بصفتها شركة مملوكة لعائلة وتديرها العائلة، تعطي Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة في معالجاتها بالموجات فوق الصوتية. وتُصمم جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتُصنع وتُختبر بدقة في مقرنا الرئيسي في تلتو قرب برلين، ألمانيا. وتجعل متانة معدات Hielscher العاملة بالموجات فوق الصوتية وموثوقيتها منها أدوات عمل يعتمد عليها في إنتاجك. ويُعد التشغيل على مدار 24/7 تحت الحمل الكامل وفي بيئات ذات متطلبات صارمة سمة أصيلة لمسابير ومفاعلات Hielscher عالية الأداء العاملة بالموجات فوق الصوتية.

يعطيك الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:

حقائق جديرة بالمعرفة

ما بطاريات الليثيوم أيون؟

بطارية الليثيوم أيون هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. وبالمقارنة مع البطاريات القائمة على الرصاص والنيكل، تستخدم أجهزة الليثيوم أيون كاثودًا وأنودًا وإلكتروليتًا بوصفه موصلًا.
وكما هي الحال في جميع البطاريات، تخزن بطاريات الليثيوم أيون الطاقة الكيميائية، التي تُحوَّل بعد ذلك إلى طاقة كهربائية لتوفير شحنة كهربائية ساكنة للتزويد بالطاقة.
وتُستخدم بطاريات الليثيوم أيون عادةً في الأجهزة الإلكترونية المحمولة، مثل الحواسيب المحمولة والهواتف الذكية، وكذلك في المركبات الكهربائية. ويثير استخدام بطاريات الليثيوم أيون أيضًا اهتمامًا متزايدًا لدى الجهات العسكرية وشركات الطيران والفضاء.