Los ultrasonidos hacen más eficiente el reciclaje de baterías de iones de litio

El litio es un material escaso y muy valioso presente en las baterías de alto rendimiento, como las de iones de litio. El litio es el material más valioso que se recupera en el reciclaje de baterías de iones de litio, pero también otros minerales y metales como el cobalto, el manganeso, el níquel, el cobre y el aluminio son metales valiosos para su recuperación. La ultrasonicación de alta intensidad se utiliza como técnica de agitación y lixiviación de alto cizallamiento para extraer, eliminar y disolver minerales y metales valiosos de las baterías gastadas. El método de sonicación es muy eficaz, consume poca energía y se puede instalar fácilmente en instalaciones de reciclaje totalmente comerciales.

Visión general: Proceso de reciclaje de baterías de iones de litio

El proceso de reciclaje de metales preciosos y materiales de las baterías de iones de litio gastadas suele implicar varios pasos. He aquí un resumen general:

1. Recogida y clasificación: Las baterías de ión-litio usadas se recogen y clasifican en función de su tipo y composición química.
2. Desmontaje: En primer lugar, se rompe y retira la cubierta de plástico de la batería y, a continuación, se introduce la batería desnuda en nitrógeno líquido para neutralizar las sustancias reactivas y explosivas. De este modo se evita la liberación repentina de toda la energía almacenada y la consiguiente 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 trozos más pequeños para aumentar la superficie de los procesos posteriores.
4. Deslaminación del electrodo: Antes del tratamiento de extracción de metales, los electrodos aislados, es decir, el cátodo y el ánodo, deben desmontarse. Dado que el material del cátodo suele estar adherido a la lámina de aluminio mediante un aglutinante, normalmente fluoruro de polivinilideno (PVDF) o politetrafluoroetileno (PTFE), resulta difícil separar el cátodo y la lámina de aluminio.
5. Tratamiento químico: Los componentes triturados de la batería se someten a diversos tratamientos químicos para disolver y separar los distintos materiales. Esto puede implicar la lixiviación con ácido u otros disolventes para extraer metales valiosos como el litio, el cobalto, el níquel y el cobre.
6. Recuperación y depuración: A continuación, los metales disueltos se recuperan de la solución mediante procesos como la precipitación, la extracción con disolventes o métodos electroquímicos. Estos pasos ayudan a purificar y concentrar los metales preciosos.

Mejora de la recuperación de metales preciosos por sonicación

Los ultrasonidos de potencia pueden mejorar las etapas de deslaminación de electrodos y lixiviación de metales y materiales preciosos intensificando las reacciones y haciendo así que el proceso de recuperación sea significativamente más eficaz. La ultrasonicación, es una técnica que utiliza ondas ultrasónicas de alta intensidad para crear vibraciones mecánicas y cavitación acústica en un medio líquido. Las potentes fuerzas de la ultrasonicación se utilizan para mejorar el proceso de reciclaje de metales preciosos procedentes de baterías de iones de litio gastadas de varias maneras:
 

1. Desintegración: La ultrasonicación descompone los materiales triturados de la batería de forma que se crean partículas más pequeñas. Las partículas más pequeñas ofrecen una mayor superficie, lo que hace que la lixiviación química sea más eficaz, ayudando a la liberación de metales valiosos.
2. Mejora de la lixiviación: La aplicación de ultrasonidos durante los procesos de lixiviación puede mejorar el contacto entre el material sólido y la solución de lixiviación, aumentando la eficacia 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 deslaminación de los electrodos: El objetivo de la deslaminación de electrodos durante el reciclado de baterías es separar los distintos componentes, como electrodos, electrolitos y separadores, para que puedan seguir procesándose o reciclarse individualmente. La ultrasonicación ayuda al desprendimiento y la eliminación de los revestimientos del electrodo. Las fuerzas sonomecánicas favorecen la separación eficaz de las capas de los electrodos.
4. Reacciones aceleradas: La ultrasonicación favorece una mezcla más rápida y completa, lo que puede acelerar las reacciones químicas durante las fases de recuperación y purificación de metales.
5. Reducción del consumo de energía: La ultrasonicación puede mejorar la eficacia del proceso, reduciendo el tiempo y la energía necesarios para la recuperación de metales de las pilas usadas.

 
La ultrasonicación puede desempeñar un papel beneficioso en la mejora del proceso de reciclado de metales preciosos y materiales procedentes de baterías de iones de litio gastadas, al aumentar la eficacia y eficiencia de las diversas etapas que intervienen en el proceso de reciclado.
Los pasos del proceso de lixiviación ultrasónica de metales y delaminación de electrodos pueden adaptarse a los procesos de reciclado individuales, que pueden variar a medida que las empresas especializadas en el reciclado de baterías de iones de litio desarrollan y modifican sus procesos para lograr la máxima eficacia.

Cavitación ultrasónica para la separación de cátodos

La ultrasonicación separa los materiales catódicos del papel de aluminio por los efectos de la cavitación acústica. La cavitación acústica o ultrasónica viene determinada por las altas presiones que se producen localmente, las elevadas temperaturas y sus consiguientes descensos, que dan lugar a los respectivos diferenciales de presión y temperatura, así como a intensas microturbulencias y microchorros de alto cizallamiento. Estas fuerzas de cavitación afectan a los límites superficiales, favorecen la transferencia de masa y provocan erosión. Al generar fuerzas tan intensas de naturaleza química, física, térmica y mecánica, la cavitación ultrasónica crea la agitación y la transferencia de masa necesarias para romper la estructura orgánica aglutinante utilizada en las baterías de iones de litio para fijar el cátodo al colector? papel de aluminio.
Mientras que la agitación mecánica, como la agitación por sí sola, es insuficiente para desprender eficazmente el material catódico de la lámina de aluminio, la ultrasonicación de alta intensidad proporciona la energía sonoquímica y sonomecánica necesaria para desprender completamente el material catódico de los colectores. A diferencia de la agitación mecánica, la cavitación ultrasónica genera turbulencias intensas, temperaturas y presiones localmente elevadas, así como agitación, corrientes y chorros de líquido, que rompen el aglutinante, por ejemplo PVDF o PTFE, que conecta el cátodo a la lámina de Al, y erosiona la superficie de ambos, cátodo y 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 por ultrasonidos da como resultado una alta eficacia 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 catódica por ultrasonidos dispersa el material uniformemente y evita la formación de aglomerados de mayor tamaño, se facilita el posterior proceso de lixiviación del metal.
Más información sobre la deslaminación de electrodos por ultrasonidos para recuperar materiales activos y láminas colectoras de corriente.

Lixiviación ultrasónica de minerales

Los efectos de cavitación ultrasónica descritos anteriormente favorecen también la lixiviación de metales de las pilas gastadas. La ultrasonicación de alta intensidad no sólo se utiliza para recuperar minerales en el reciclado de pilas, sino que también se emplea a menudo en la hidrometalurgia y la lixiviación de minerales preciosos (por ejemplo, los relaves mineros). Las altas temperaturas localizadas, las presiones y las fuerzas de cizallamiento intensifican la lixiviación de metales y aumentan significativamente la eficacia de la lixiviación. Mientras que en los puntos calientes cavitacionales se producen temperaturas localizadas muy extremas de hasta 1000 K, las condiciones generales de lixiviación sólo requieren una temperatura suave de aproximadamente 50-60°C. Esto hace que la recuperación de metales por ultrasonidos sea energéticamente eficiente y económica.
La lixiviación por ultrasonidos de minerales procedentes de baterías de iones de litio gastadas se caracteriza por unos índices de recuperación y una eficacia elevados. Por ejemplo, el ácido sulfúrico (H2SO4) se utilizó con éxito como agente de lixiviación 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) da lugar a recuperaciones muy elevadas de cobre y litio, obteniéndose un 96% de cobre y casi un 100% de litio a partir de las baterías de Li-ion gastadas.

Sencillo y seguro: Escalado por ultrasonidos: de las pruebas de viabilidad al reciclaje industrial

Los equipos ultrasónicos de alto rendimiento para el reciclado de baterías de iones de litio están disponibles para su instalación en banco, piloto e industrial. Dado que la separación catódica por ultrasonidos y la lixiviación por ultrasonidos de los minerales de las baterías gastadas son procesos ya establecidos, el proceso desde las primeras pruebas, la optimización para sus requisitos de proceso específicos y la instalación de un sistema de separación y/o lixiviación por ultrasonidos totalmente industrial es rápido y sencillo.
Más información sobre las ventajas de la lixiviación por ultrasonidos para el reciclado sostenible de pilas y la minería urbana.

Ultrasonidos de alto rendimiento para el reciclaje de baterías

Hielscher Ultrasonics suministra ultrasonicadores de alto rendimiento en cualquier tamaño y capacidad. Con el UIP16000 (16 kW), Hielscher fabrica el procesador de ultrasonidos más potente del mundo. El UIP16000, así como todos los demás sistemas industriales de ultrasonidos, se pueden agrupar fácilmente según la capacidad de procesamiento requerida. Todos los ultrasonicadores de Hielscher están fabricados para funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana, a plena carga y en entornos exigentes.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden suministrar amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados.

Sondas ultrasónicas y sonorreactores para cualquier volumen

La gama de productos de Hielscher Ultrasonics cubre todo el espectro de procesadores por ultrasonidos, desde los compactos ultrasonicadores de laboratorio, pasando por los sistemas de sobremesa y piloto, hasta los procesadores por ultrasonidos totalmente industriales con capacidad para procesar camiones cargados por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el equipo de ultrasonidos más adecuado para su aplicación, capacidad de proceso y objetivos de producción.

Amplitudes controlables con precisión para resultados óptimos

Todos los procesadores por ultrasonidos de Hielscher se pueden controlar con precisión y, por tanto, son fiables en las aplicaciones de R&D y la producción. La amplitud es uno de los parámetros cruciales del proceso que influyen en la eficiencia y eficacia de las reacciones inducidas sonoquímica y sonomecánicamente. Todos los ultrasonidos Hielscher’ Los procesadores permiten el ajuste preciso de la amplitud. Los sonotrodos y las bocinas de refuerzo son accesorios que permiten modificar la amplitud en un rango aún más amplio. Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy altas y proporcionar la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Las amplitudes de hasta 200 μm se pueden ejecutar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7.
Los ajustes precisos de la amplitud y la supervisión permanente de los parámetros del proceso ultrasónico mediante un software inteligente le ofrecen la posibilidad de separar el cátodo de la lámina de aluminio, así como de lixiviar minerales y metales de las baterías de iones de litio gastadas en las condiciones ultrasónicas más eficaces. Sonicación óptima para el reciclaje más eficaz de baterías de iones de litio.
La robustez de los ultrasonicadores de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en servicio pesado y en entornos exigentes. Esto hace que los sonicadores Hielscher sean una herramienta de trabajo fiable que cumple con los requisitos de su proceso de reciclaje.

Máxima calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa familiar y de gestión familiar, Hielscher da prioridad a los más altos estándares de calidad para sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban minuciosamente en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín (Alemania). La robustez y fiabilidad de los equipos de ultrasonidos de Hielscher los convierten en un caballo de batalla en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de las sondas y reactores ultrasónicos de alto rendimiento de Hielscher.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Información interesante

¿Qué son las pilas de iones de litio?

Una batería de iones de litio, también 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 de iones de litio almacenan energía química, que luego se convierte en energía eléctrica para proporcionar una carga eléctrica estática para la alimentación.
Las baterías de iones de litio se utilizan habitualmente en aparatos electrónicos portátiles como ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes y vehículos eléctricos. La aplicación de las baterías de iones de litio suscita también un creciente interés por parte de las empresas militares y aeroespaciales.