Ultraheli leostumine muudab aku ringlussevõtu ja linna kaevandamise
Kasutatud akud ja elektroonikajäätmed on täis väärtuslikke materjale, nagu liitium, nikkel, mangaan ja koobalt, mis on hädavajalikud kasvava nõudluse jaoks taastuvenergia ja elektrisõidukite sektoris. Linnakaevandamine – protsess, mille käigus taaskasutatakse need metallid kasutuselt kõrvaldatud patareidest ja muudest elektroonikajäätmetest – on paljutõotav tee ringmajanduseni, vähendades vajadust esmase kaevandamise järele ja minimeerides jäätmeid. Selle valdkonna peamine tehnika on ultrahelitöötlus, mis on näidanud tohutuid eeliseid metallide taaskasutamise määra suurendamisel, töötlemisaegade vähendamisel ja jätkusuutlikkuse parandamisel.
Ultrahelitöötluse võimsus aku ringlussevõtul ja linnakaevandamisel: mängude muutja ressursside jätkusuutlikuks taastamiseks
Canciani jt (2024) hiljutises uuringus uuritakse ultraheli kavitatsiooni - suure intensiivsusega ultrahelilainete tekitatud pisikeste lööklainete - mõju aku ringlussevõtu leostumisprotsessile. Nende uuringud näitavad, et ultrahelitöötlus ei ole ainult traditsioonilise ringlussevõtu tagasihoidlik paranemine; See muudab põhjalikult seda, kuidas ringlussevõtu protsess akumaterjaliga suhtleb, muutes selle kiiremaks, tõhusamaks ja vähem sõltuvaks karmidest kemikaalidest.
Loe uuringu tulemuste kohta lähemalt allpool!
Ultraheli tõhustatud happe leostumine toimib kiirusega kaksteist korda kiiremini kui tavaline happe leostumine, tänu pinna lähedal lõhkevate kavitatsioonimullide kasulikule mehaanilisele toimele. See nähtus parandab happelahuse segamist, parandades seeläbi transpordiomadusi.
Pilt ja uuring: © Canciani et al., 2024
The Sonicator UIP16000hdT töötleb usaldusväärselt metalli sisaldavate jäätmete läga suurt läbilaskvust, hõlbustades väärismetallide ja maagide leostumist.
Kuidas ultrahelitöötlus töötab aku ringlussevõtul
Tüüpilises aku ringlussevõtus lahustatakse katoodimaterjalid (mis sisaldavad väärtuslikke metalle) happelises lahuses, mida nimetatakse protsessiks, mida nimetatakse “leostumine.” See lähenemine võimaldab metallide eraldamist ja taaskasutamist aku tahkest struktuurist. Tavapärane leostumine on aga ajamahukas, metallide märkimisväärse taaskasutamise saavutamiseks kulub sageli tunde. See nõuab ka tugevaid happeid ja kõrgeid temperatuure, mis tekitab muret keskkonnamõju pärast.
Sonikatsioon muudab selle protsessi, lisades ultraheli lained otse leostumislahusesse. Canciani jt 2024. aastal avaldatud uuringus testisid teadlased seda tehnikat asendusakumaterjali, liitiumkoobalti nikkelmangaanoksiidiga (NMC). Rakendades ultraheli laineid kindlal sagedusel ja amplituudil, leidsid nad, et ultraheli kavitatsioon vähendab leostumisaega üle 80%. Protsess kestis tundidest mõne minutini, pakkudes revolutsioonilist tõhususe paranemist.
Ultrahelitöötluse roll täiustatud leostumises: teadus massiülekande ja kiiruse taga
Sonikatsioon ei kiirenda ainult leostumist; See muudab happelise lahuse koostoimet akuosakestega. Suure võimsusega ultraheli loob miljoneid mikroskoopilisi mulle, mis lahuses kiiresti kokku varisevad, nähtus, mida nimetatakse kavitatsiooniks. See toiming tekitab intensiivseid kohalikke jõude, mis lagundavad pinnaosakesi ja suurendavad happe ja aku materjalis olevate metallide vahelist koostoimet.
Canciani jt (2024) andmetel on sellel protsessil akumaterjalidele kaks peamist mõju: see suurendab osakeste poorsust ja vähendab nende suurust, mis viib pindala dramaatilise suurenemiseni. Suurema pindalaga võib hape materjaliga ulatuslikumalt suhelda, hõlbustades seeläbi kiiremat leostumist. Autorid täheldasid, et ultraheliga töödeldud proovide pooride maht suurenes suurusjärgus võrreldes tavapäraselt töödeldud proovidega, luues happele rohkem võimalusi metallisisalduse lahustamiseks.
SEM-pildid osakestele tavapärase (a–c) ja ultraheli (d–f) leostumise erinevatel aegadel.
Pilt ja uuring: © Canciani et al., 2024
Sonikaatorid leostumiseks akude ringlussevõtul ja linnakaevandamisel.
Ultraheli leostumine: paremad transpordiomadused ja mikro-segamine
Uuring viitab ka sellele, et ultraheli kavitatsioon mitte ainult ei suurenda pinnakontakti, vaid parandab oluliselt ka transpordiomadusi. Sisuliselt tähendab see, et happe jaotumine akuosakeste vahel muutub ühtlasemaks, kusjuures kavitatsioonist põhjustatud mikrosegamine tagab ühtlase kokkupuute. See viib homogeniseeritud reaktsioonikeskkonnani, võimaldades happel metalle tõhusamalt ja ühtlasemalt lahustada.
Teine märkimisväärne leid on see, et ultraheli kavitatsiooni eelised ulatuvad kaugemale osakeste suuruse vähendamisest. Teadlased leidsid, et kavitatsioon muudab happe ja osakeste vahelist interaktsioonimehhanismi, tõenäoliselt tänu paremale piirikihi transpordile. Lihtsamalt öeldes vähendab kavitatsioon iga osakest ümbritseva vedelikukihi paksust, võimaldades metalli kiiremat lahustumist.
Osakeste suuruse jaotus pärast ultraheli ja tavapärast leostumist
Pilt ja uuring: © Canciani et al., 2024
Kasu linnakaevandamisele ja jätkusuutlikkusele
Ultrahelitöötluse tõhusus akude ringlussevõtul omab tohutut potentsiaali linna kaevandamise ja säästva ressursside taaskasutamise tuleviku jaoks. Canciani jt (2024) tulemused näitavad, et ultrahelitöötlus asendab või vähendab sõltuvust keskkonda kahjustavatest tavadest järgmiselt:
- Kemikaalide kasutamise vähendamine: Ultraheli tõhustatud leostumine võimaldab kasutada rohelisemaid lahusteid nagu äädikhape, mitte karmimaid happeid, mida tavaliselt on vaja tavapäraseks leostumiseks.
- Energiavajaduse vähendamine: Ultrahelitöötlusega toimub leostumine toatemperatuuril kiiresti, mitte ei vaja pikaajalist kuumutamist, mis vähendab energiatarbimist ja heitkoguseid.
- Materjalide taaskasutamise suurendamine: Parem pinna koostoime ja suurem poorsus maksimeerivad väärtuslike metallide taaskasutusmäärasid, muutes ringlussevõtuprotsessi majanduslikult elujõuliseks ja keskkonnasõbralikuks.
Laiem mõju akutööstusele
Kuna elektrisõidukid ja taastuvenergia tehnoloogiad laienevad, kasvab nõudlus akude ja sellest tulenevalt ka neis sisalduvate metallide järele. Ultrahelitöötlusega täiustatud ringlussevõtuga linnakaevandamine pakub vahendeid nende metallide säästvaks taaskasutamiseks, vähendades kaevandamise keskkonnakoormust ja pakkudes suletud ahelaga lähenemist akude tootmisele ja kõrvaldamisele.
Ultrahelitöötlusel põhinevate ringlussevõtu meetodite laiendamine, lahustite kombinatsioonide optimeerimine ja ultraheli lainete kasutamise täpsustamine suurendab veelgi tõhusust. Hielscher Ultrasonics soovitab hea meelega ideaalset sonikaatori tekstisisest konfiguratsiooni teie leostumisprotsessi jaoks. Võtke meiega kohe ühendust!
- kõrge kasutegur
- Kaasaegne tehnoloogia
- Usaldusväärsuse & töökindlus
- reguleeritav, täpne protsessi juhtimine
- partii & Inline
- mis tahes mahu jaoks
- Intelligentne tarkvara
- nutikad funktsioonid (nt programmeeritavad, andmeprotokollid, kaugjuhtimispult)
- lihtne ja ohutu kasutada
- madal hooldus
- CIP (puhas kohapeal)
Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal
Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.
Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / Viited
- Chiara Canciani, Elia Colleoni, Varaha P. Sarvothaman, Paolo Guida, William L. Roberts (2024): On the effect of cavitation on particles in leaching processes: implications to battery recycling. Environmental Advances, Volume 17, 2024.
- Wang, J.; Faraji, F.; Ghahreman, A. (2020): Effect of Ultrasound on the Oxidative Copper Leaching from Chalcopyrite in Acidic Ferric Sulfate Media. Minerals 2020, 10, 633.
- J.L Luque-Garcı́a, M.D Luque de Castro (2003): Ultrasound: a powerful tool for leaching. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Volume 22, Issue 1, 2003. 41-47.
Korduma kippuvad küsimused
Mis on leostumisprotsess?
Leostumisprotsess on meetod, mida kasutatakse väärtuslike metallide ekstraheerimiseks tahketest materjalidest, lahustades need vedelas lahustis, tavaliselt happelises lahuses. See meetod lagundab tahke maatriksi, võimaldades metalliioonidel siseneda lahusesse, kust neid saab täiendavalt puhastada ja taaskasutada. Leostumist kasutatakse kaevandamisel ja ringlussevõtul laialdaselt maakide ja jäätmematerjalide metallide taaskasutamiseks.
Mis on ekstraheerimisel ja leostumisel?
Nii ekstraheerimine kui ka leostumine viitavad protsessidele, mida kasutatakse väärtuslike ainete eraldamiseks tahkest materjalist, kuid need erinevad meetodite ja kontekstide poolest. Ekstraheerimine viitab üldiselt suuremale hulgale tehnikatele, mida kasutatakse konkreetse aine eemaldamiseks, kasutades sageli lahusteid selle eraldamiseks teistest komponentidest, ning see võib hõlmata erinevaid füüsikalisi, keemilisi või termilisi meetodeid. Leostumine on seevastu spetsiifiline ekstraheerimisviis, mis hõlmab metallide või muude lahustunud ainete lahustamist tahkest ainest vedelikuks, tavaliselt happelise või leeliselise lahuse abil. Leostumist kasutatakse tavaliselt kaevandus-, metallurgia- ja ringlussevõtuprotsessides. Kuigi ekstraheerimist võib kohaldada mitmesuguste ainete suhtes, hõlmab leostumine konkreetselt lahustunud ainete selektiivset eemaldamist tahketest ainetest vedelate lahustite abil.
Millised on tüüpilised leostumiseks kasutatavad ained?
Tüüpilised leostumiseks kasutatavad ained on **happed**, **leelised** ja **lahustid** sõltuvalt töödeldavast materjalist. Tavaliselt kasutatavad leostutusained on järgmised:
- Happed:
- Väävelhape: Sageli kasutatakse vase, nikli ja uraani ekstraheerimisel.
- Vesinikkloriidhape: Kasutatakse metallide, näiteks vase ja kulla leostumiseks.
- Lämmastikhape: Tavaliselt kasutatakse väärismetallide, eriti kulla ja hõbeda leostumisel.
- Äädikhape: Mõnikord kasutatakse keskkonnasõbralikes või orgaanilistes leostumisprotsessides.
- Leelised:
Naatriumhüdroksiid (naatriumhüdroksiid): kasutatakse alumiiniumoksiidi ekstraheerimisel boksiidimaagist või teatavate metallide, näiteks kulla ja tsingi leostumisel. - Lahusteid:
- Tsüaniid: tavaliselt kasutatakse kulla ja hõbeda kaevandamisel kulla leostamiseks maagist (tsüanidiseerimine).
- Ammoniaak: Kasutatakse vase ja muude mitteväärismetallide leostumiseks.
Need ained aitavad lahustada maagidest, jäätmematerjalidest või muudest tahketest ainetest spetsiifilisi metalle või mineraale, hõlbustades väärtuslike materjalide taaskasutamist.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.