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: El proceso de reciclaje de baterías de iones de litio

Los procesos de reciclado pueden variar a medida que las empresas especializadas en el reciclado de baterías de iones de litio desarrollan y modifican sus procesos para conseguir la máxima eficiencia. Sin embargo, para recuperar materiales valiosos como el litio de las baterías, es necesario seguir los siguientes pasos:
En primer lugar, se rompe y retira la cubierta de plástico de la batería. A continuación, se introduce la pila desnuda en nitrógeno líquido para neutralizar las sustancias reactivas y explosivas. Este paso garantiza que se evite una liberación repentina de toda la energía almacenada y la consiguiente ignición y explosión asociadas.
Tras estos pasos preparatorios, la pila se coloca en un torno, donde se abre con una sierra para poder extraer la carcasa exterior. Después de extraer el núcleo de la pila, se extraen el cátodo, el ánodo y el separador y se introducen en un horno, donde se secan durante 24 horas a una temperatura aproximada de 60-120°C. 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 está generalmente adherido a la lámina de aluminio por un aglutinante, comúnmente fluoruro de polivinilideno (PVDF) o politetrafluoroetileno (PTFE), es una tarea difícil separar el cátodo y la lámina de aluminio entre sí. Para separar adecuadamente el material catódico de la lámina, la separación por ultrasonidos ha demostrado ser un tratamiento muy eficaz, rápido y económico. Pero la intensificación del proceso ultrasónico no se detiene aquí. La lixiviación por ultrasonidos de metales y minerales como cobalto, manganeso, níquel, cobre y aluminio favorece la extracción del metal y aumenta el rendimiento de los metales recuperados.

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 reciclaje de baterías de iones de litio están disponibles para su instalación en banco, piloto e industrial. Dado que la separación de cátodos por ultrasonidos y la lixiviación por ultrasonidos de minerales de 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.

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 proporcionar 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’ permiten ajustar con precisión 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 elevadas y ofrecer la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar 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 equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes. Esto convierte a los equipos de ultrasonidos de Hielscher en una herramienta de trabajo fiable que cumple los requisitos de su proceso de reciclaje.

Máxima calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa de propiedad y gestión familiar, Hielscher prioriza los más altos estándares de calidad para sus procesadores por ultrasonidos. Todos los equipos de ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban exhaustivamente en nuestra sede central 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: