Los ultrasonidos aumentan la eficiencia del reciclaje de baterías de iones de litio

El litio es un material escaso y de gran valor presente en baterías de alto rendimiento, como las baterías de iones de litio. El litio es el material más valioso que se recupera al reciclar baterías de iones de litio, pero otros minerales y metales, como el cobalto, el manganeso, el níquel, el cobre y el aluminio, también son valiosos para su recuperación. La ultrasonicación de alta intensidad se utiliza como técnica de agitación de alto cizallamiento y de lixiviación para extraer, eliminar y disolver minerales y metales valiosos de baterías usadas. El método de sonicación es muy eficaz, energéticamente eficiente y está disponible para su instalación en plantas de reciclaje a plena escala comercial.

Descripción general: proceso de reciclaje de baterías de iones de litio

El proceso de reciclaje de metales preciosos y materiales de baterías de iones de litio usadas suele incluir varias etapas. A continuación se ofrece una descripción general:

1. Recogida y clasificación: Las baterías de iones de litio usadas se recogen y clasifican según su tipo y composición química.
2. Desmontaje: En primer lugar, se rompe y retira la cubierta de plástico de la batería. Después, la batería sin cubierta se introduce en nitrógeno líquido para neutralizar las sustancias reactivas y explosivas. Esta etapa garantiza que se eviten una liberación repentina de toda la energía almacenada y la posterior ignición y explosión asociadas. A continuación, las baterías se desmontan para separar los distintos componentes, como el cátodo, el ánodo, el electrolito y la carcasa.
3. Trituración: Las baterías desmontadas se trituran en fragmentos más pequeños para aumentar la superficie disponible para los procesos posteriores.
4. Delaminación de electrodos: Antes del tratamiento de extracción de metales, los electrodos aislados, es decir, el cátodo y el ánodo, deben desmontarse aún más. Dado que el material del cátodo suele estar adherido a una lámina de aluminio mediante un aglutinante, normalmente fluoruro de polivinilideno (PVDF) o politetrafluoroetileno (PTFE), separar el cátodo de la lámina de aluminio resulta difícil.
5. Tratamiento químico: Los componentes triturados de las baterías se someten a distintos tratamientos químicos para disolver y separar los diferentes materiales. Esto puede incluir la lixiviación con ácido u otros disolventes para extraer metales valiosos como el litio, el cobalto, el níquel y el cobre.
6. Recuperación y purificación: A continuación, los metales disueltos se recuperan de la solución mediante procesos como la precipitación, la extracción con disolventes o métodos electroquímicos. Estas etapas ayudan a purificar y concentrar los metales preciosos.

Mejora de la recuperación de metales preciosos mediante sonicación

Los ultrasonidos de potencia pueden mejorar las etapas de delaminación de electrodos y lixiviación de metales preciosos y materiales al intensificar las reacciones, lo que aumenta significativamente la eficiencia del proceso de recuperación. La ultrasonicación es una técnica que utiliza ondas ultrasónicas de alta intensidad para generar vibraciones mecánicas y cavitación acústica en un medio líquido. Las intensas fuerzas de la ultrasonicación se utilizan para mejorar el proceso de reciclaje de metales preciosos de baterías de iones de litio usadas de varias maneras:
 

1. Desintegración: La ultrasonicación desintegra los materiales triturados de las baterías y genera partículas más pequeñas. Estas partículas ofrecen una mayor superficie, lo que aumenta la eficacia de la lixiviación química y facilita la liberación de metales valiosos.
2. Mejora de la lixiviación: La aplicación de ultrasonicación durante los procesos de lixiviación puede mejorar el contacto entre el material sólido y la solución lixiviante, aumentando la eficiencia de la extracción de metales. La lixiviación ultrasónica favorece la extracción de metales y aumenta el rendimiento de recuperación de metales y minerales como el cobalto, el manganeso, el níquel, el cobre y el aluminio.
3. Mejora de la delaminación de electrodos: El objetivo de la delaminación de electrodos durante el reciclaje de baterías es separar los distintos componentes, como los electrodos, los electrolitos y los separadores, para que puedan procesarse o reciclarse individualmente. La ultrasonicación facilita el desprendimiento y la eliminación de los recubrimientos del electrodo. Las fuerzas sonomecánicas favorecen la separación eficiente de las capas de los electrodos.
4. Aceleración de las reacciones: La ultrasonicación favorece una mezcla más rápida y completa, lo que puede acelerar las reacciones químicas durante las etapas de recuperación y purificación de metales.
5. Reducción del consumo de energía: La ultrasonicación puede aumentar la eficiencia del proceso y reducir el tiempo y la energía necesarios para recuperar metales de baterías usadas.

 
La ultrasonicación puede contribuir a mejorar el proceso de reciclaje de metales preciosos y materiales de baterías de iones de litio usadas al aumentar la eficacia y la eficiencia de las distintas etapas del proceso de reciclaje.
Las etapas de lixiviación ultrasónica de metales y delaminación de electrodos pueden adaptarse a cada proceso de reciclaje, que puede variar a medida que las empresas especializadas en el reciclaje de baterías de iones de litio desarrollan y modifican sus procesos para alcanzar la máxima eficiencia.

Cavitación ultrasónica para la separación del cátodo

La ultrasonicación separa los materiales del cátodo de la lámina de aluminio mediante los efectos de la cavitación acústica. La cavitación acústica o ultrasónica se caracteriza por altas presiones y temperaturas locales y sus posteriores descensos, que generan los correspondientes diferenciales de presión y temperatura, así como intensas microturbulencias y microchorros de alto cizallamiento. Estas fuerzas de cavitación actúan sobre las interfaces superficiales, favorecen la transferencia de masa y provocan erosión. Al generar fuerzas tan intensas de naturaleza química, física, térmica y mecánica, la cavitación ultrasónica produce la agitación y la transferencia de masa necesarias para romper la estructura del aglutinante orgánico utilizado en las baterías de iones de litio para fijar el cátodo al colector / lámina de aluminio.
Mientras que la agitación mecánica por sí sola, como la agitación con un agitador, es insuficiente para desprender eficazmente el material del cátodo de la lámina de aluminio, la ultrasonicación de alta intensidad aporta la energía sonoquímica y sonomecánica necesaria para eliminar por completo el material del cátodo de los colectores. A diferencia de la agitación mecánica, la cavitación ultrasónica genera turbulencias intensas, altas temperaturas y presiones locales, así como agitación, corrientes y chorros de líquido que descomponen el aglutinante, por ejemplo, PVDF o PTFE, que une el cátodo a la lámina de Al, y erosionan las superficies tanto del cátodo como de la lámina de Al. De este modo, el aglutinante entre ambos materiales se destruye adecuadamente y el cátodo y la lámina de aluminio se separan eficazmente.
Por ejemplo, la separación ultrasónica alcanza una elevada eficiencia de eliminación del cátodo del 99% utilizando N-metil-2-pirrolidona (NMP) como disolvente a 70 °C (240 W de potencia ultrasónica y 90 min de tiempo de procesamiento ultrasónico). Dado que la separación ultrasónica del cátodo dispersa el material de manera uniforme y evita la formación de aglomerados de mayor tamaño, facilita el posterior proceso de lixiviación de metales.
¡Más información sobre la delaminación ultrasónica de electrodos para recuperar materiales activos y láminas colectoras de corriente!

Lixiviación ultrasónica de minerales

Los efectos de cavitación ultrasónica descritos anteriormente también favorecen la lixiviación de metales de baterías usadas. La ultrasonicación de alta intensidad no solo se utiliza para recuperar minerales en el reciclaje de baterías, sino que también se emplea con frecuencia en hidrometalurgia y en la lixiviación de menas de metales preciosos (por ejemplo, relaves mineros). Las altas temperaturas, presiones y fuerzas de cizallamiento locales intensifican la lixiviación de metales y aumentan significativamente su eficiencia. Mientras que en los puntos calientes de cavitación se producen temperaturas locales extremadamente altas, de hasta 1000 K, las condiciones generales de lixiviación solo requieren una temperatura moderada de aproximadamente 50-60 °C. Esto hace que la recuperación ultrasónica de metales sea energéticamente eficiente y económica.
La lixiviación ultrasónica de minerales de baterías de iones de litio usadas se caracteriza por sus altas tasas de recuperación y su eficiencia. Por ejemplo, se utilizó con éxito ácido sulfúrico (H2SO4) como agente lixiviante en presencia de peróxido de hidrógeno (H2O2) durante la recuperación ultrasónica de minerales del cátodo. La lixiviación ultrasónica con ácido sulfúrico dio lugar a tasas de recuperación del 94,63% para el cobalto y del 98,62% para el litio, respectivamente.
La lixiviación ultrasónica con ácido cítrico orgánico (C6H8O7·H2O) permite obtener tasas de recuperación muy elevadas de cobre y litio, recuperando el 96% del cobre y casi el 100% del litio de las baterías de iones de litio usadas.

Sencillo y seguro: escalado ultrasónico desde los ensayos de viabilidad hasta el reciclaje industrial

Los equipos ultrasónicos de alto rendimiento para el reciclaje de baterías de iones de litio están disponibles para instalaciones de sobremesa, piloto e industriales. Dado que la separación ultrasónica del cátodo y la lixiviación ultrasónica de minerales de baterías usadas ya son procesos consolidados, el recorrido desde los primeros ensayos y la optimización según los requisitos específicos de su proceso hasta la instalación de un sistema de separación y/o lixiviación ultrasónica a plena escala industrial es rápido y sencillo.
¡Más información sobre las ventajas de la lixiviación ultrasónica para el reciclaje sostenible de baterías y la minería urbana!

Ultrasonicadores de alto rendimiento para el reciclaje de baterías

Hielscher Ultrasonics suministra ultrasonicadores de alto rendimiento de cualquier tamaño y capacidad. Con el UIP16000 (16 kW), Hielscher fabrica el procesador ultrasónico más potente del mundo. El UIP16000, al igual que todos los demás sistemas ultrasónicos industriales, puede agruparse fácilmente con otras unidades para alcanzar la capacidad de procesamiento necesaria. Todos los ultrasonicadores Hielscher están diseñados para funcionar 24/7 a plena carga y en entornos exigentes.
Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy altas. Pueden funcionar fácilmente de forma continua con amplitudes de hasta 200 µm en operación 24/7. Para amplitudes aún mayores, se ofrecen sonotrodos ultrasónicos personalizados.

Sondas ultrasónicas y sonorreactores para cualquier volumen

La gama de productos de Hielscher Ultrasonics abarca todo el espectro de procesadores ultrasónicos, desde ultrasonicadores compactos de laboratorio y sistemas de sobremesa y piloto hasta procesadores ultrasónicos a plena escala industrial con capacidad para procesar cargas de camión por hora. Esta completa gama de productos nos permite ofrecerle el equipo ultrasónico más adecuado para su aplicación, capacidad de procesamiento y objetivos de producción.

Amplitudes controlables con precisión para obtener resultados óptimos

Todos los procesadores ultrasónicos Hielscher pueden controlarse con precisión, lo que los convierte en herramientas de trabajo fiables para I+D y producción. La amplitud es uno de los parámetros cruciales del proceso que influyen en la eficiencia y la eficacia de las reacciones inducidas por efectos sonoquímicos y sonomecánicos. Todos los procesadores de Hielscher Ultrasonics permiten ajustar la amplitud con precisión. Los sonotrodos y los amplificadores mecánicos de amplitud son accesorios que permiten modificar la amplitud en un intervalo aún más amplio. Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy altas y la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Pueden funcionar fácilmente de forma continua con amplitudes de hasta 200 µm en operación 24/7.
El ajuste preciso de la amplitud y la supervisión permanente de los parámetros del proceso ultrasónico mediante software inteligente le permiten separar el cátodo de la lámina de aluminio, así como lixiviar minerales y metales de baterías de iones de litio usadas en las condiciones ultrasónicas más eficaces. ¡Sonicación óptima para un reciclaje de baterías de iones de litio de máxima eficiencia!
La robustez de los ultrasonicadores Hielscher permite un funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo intensivo y en entornos exigentes. Esto convierte a los sonicadores Hielscher en herramientas de trabajo fiables que cumplen los requisitos de su proceso de reciclaje.

Máxima calidad – diseñados y fabricados en Alemania

Como empresa de propiedad y gestión familiar, Hielscher da prioridad a los más altos estándares de calidad en sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonicadores se diseñan, fabrican y prueban exhaustivamente en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y la fiabilidad de los equipos ultrasónicos Hielscher los convierten en herramientas de trabajo de gran resistencia para su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica inherente a las sondas y los reactores ultrasónicos de alto rendimiento de Hielscher.

La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores:

Información de interés

¿Qué son las baterías de iones de litio?

Una batería de iones de litio, también denominada batería Li-ion, es un tipo de batería recargable. En comparación con las baterías de plomo y níquel, los dispositivos de iones de litio utilizan un cátodo, un ánodo y un electrolito como conductor.
Como todas las baterías, las baterías de iones de litio almacenan energía química, que después se convierte en energía eléctrica para proporcionar una carga eléctrica estática que suministre energía.
Las baterías de iones de litio se utilizan habitualmente en dispositivos electrónicos portátiles, como ordenadores portátiles y teléfonos inteligentes, así como en vehículos eléctricos. El uso de baterías de iones de litio también despierta un interés creciente entre las empresas del sector militar y aeroespacial.