Ultraheli muudab liitiumioonakude ringlussevõtu tõhusamaks

Liitium on haruldane ja väga väärtuslik materjal, mis sisaldub suure jõudlusega akudes, näiteks Li-ioon-akudes. Liitium on kõige väärtuslikum materjal, mida Li-ioon-akude ringlussevõtul taaskasutatakse, kuid ka muud mineraalid ja metallid, nagu koobalt, mangaan, nikkel, vask ja alumiinium, on taaskasutamiseks väärtuslikud metallid. Suure intensiivsusega ultraheli töötlust (sonikeerimist) kasutatakse suure nihkejõuga segamis- ja leostustehnikana, et ekstraheerida, eemaldada ja lahustada kasutatud akudest väärtuslikke mineraale ja metalle. Sonikeerimismeetod on väga tõhus, energiasäästlik ja kergesti paigaldatav täismahulistesse kommertsringlussevõtu rajatistesse.

Ülevaade: Li-ioon-akude ringlussevõtu protsess

Väärismetallide ja materjalide ringlussevõtt kasutatud Li-ioon-akudest hõlmab tavaliselt mitut etappi. Siin on üldine ülevaade:

1. Kogumine ja sortimine: Kasutatud Li-ioon-akud kogutakse ja sorteeritakse nende tüüpide ja keemiliste koostiste alusel.
2. Lahtivõtmine: Esmalt purustatakse ja eemaldatakse aku plastkate. Seejärel asetatakse paljas aku vedelasse lämmastikku, et neutraliseerida reaktiivseid, plahvatusohtlikke aineid. See etapp tagab, et kogu salvestunud energia äkiline vabanemine ning sellega kaasnev süttimine ja plahvatus on välditud. Seejärel võetakse akud lahti, et eraldada erinevad komponendid, näiteks katood, anood, elektrolüüt ja korpus.
3. Purustamine: Lahtivõetud akud purustatakse väiksemateks tükkideks, et suurendada pindala järgnevate protsesside jaoks.
4. Elektroodide delamineerimine: Enne metallide ekstraheerimist tuleb eraldatud elektroodid, st katood ja anood, veelgi lahti võtta. Kuna katoodmaterjal on tavaliselt alumiiniumfooliumile kinnitatud sideainega, tavaliselt polüvinülideenfluoriidi (PVDF) või polütetrafluoroetüleeniga (PTFE), on katoodi ja alumiiniumfooliumi teineteisest eraldamine keeruline ülesanne.
5. Keemiline töötlus: Purustatud akukomponente töödeldakse mitmesuguste keemiliste töötlustega, et lahustada ja eraldada erinevaid materjale. See võib hõlmata leostamist happe või muude lahustitega, et ekstraheerida väärtuslikke metalle, nagu liitium, koobalt, nikkel ja vask.
6. Taaskasutamine ja puhastamine: Lahustunud metallid võetakse seejärel lahusest tagasi selliste protsesside abil nagu sadestamine, lahustiekstraktsioon või elektrokeemilised meetodid. Need etapid aitavad väärismetalle puhastada ja kontsentreerida.

Väärismetallide taaskasutamise parandamine ultraheli töötlusega

Võimsa ultraheli abil saab täiustada elektroodide delamineerimise ja väärismetallide ning materjalide leostamise etappe, intensiivistades reaktsioone ja muutes seeläbi taaskasutusprotsessi oluliselt tõhusamaks. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on tehnika, mis kasutab suure intensiivsusega ultraheli laineid, et tekitada vedelas keskkonnas mehaanilisi vibratsioone ja akustilist kavitatsiooni. Ultraheli töötluse tugevaid jõude kasutatakse väärismetallide ringlussevõtu protsessi täiustamiseks kasutatud Li-ioon-akudest mitmel viisil:

1. Desintegreerimine: Ultraheli töötlus lõhub purustatud akumaterjalid, nii et tekivad väiksemad osakesed. Väiksematel osakestel on suurem pindala, mistõttu keemiline leostamine on tõhusam ning see aitab väärtuslikke metalle vabastada.
2. Parem leostamine: Ultraheli töötluse rakendamine leostusprotsesside ajal võib tugevdada tahke materjali ja leostuslahuse kontakti, suurendades metallide ekstraheerimise tõhusust. Ultraheli abil leostamine soodustab metallide ekstraheerimist ning suurendab taaskasutatavate metallide ja mineraalide, nagu koobalt, mangaan, nikkel, vask ja alumiinium, saagist.
3. Parem elektroodide delamineerimine: Elektroodi delaminatsiooni eesmärk akude ringlussevõtu käigus on eraldada erinevad komponendid, näiteks elektroodid, elektrolüüdid ja separaatorid, et neid saaks edasi töödelda või eraldi ringlusse võtta. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) soodustab katete eraldumist ja eemaldamist elektroodilt. Sonomehaanilised jõud soodustavad elektroodide kihtide tõhusat eraldamist.
4. Kiirendatud reaktsioonid: Ultraheli töötlus (sonikeerimine) soodustab kiiremat ja põhjalikumat segunemist, mis võib kiirendada keemilisi reaktsioone metallide taaskasutamise ja puhastamise etappides.
5. Väiksem energiatarve: Ultraheli töötlus (sonikeerimine) võib parandada protsessi tõhusust, vähendades kasutatud akudest metallide taaskasutamiseks vajalikku aega ja energiat.

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) võib mängida kasulikku rolli väärismetallide ja materjalide ringlussevõtu protsessi parandamisel kasutatud Li-ioon-akudest, suurendades ringlussevõtu protsessi erinevate etappide tulemuslikkust ja tõhusust.
Ultraheliga metallide leostamise ja elektroodi delaminatsiooni protsessietappe saab kohandada üksikute ringlussevõtu protsessidega, mis võivad erineda, kuna Li-ioon-akude ringlussevõtule spetsialiseerunud ettevõtted arendavad ja muudavad oma protsesse, et saavutada suurim tõhusus.

Ultraheli kavitatsioon katoodi eraldamiseks

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) eraldab katoodmaterjalid alumiiniumfooliumist akustilise kavitatsiooni toimel. Akustilise ehk ultraheli kavitatsiooni määravad lokaalselt tekkivad kõrged rõhud, kõrged temperatuurid ja nende järgnevad langused, mille tulemusel tekivad vastavad rõhu- ja temperatuurierinevused, samuti intensiivsed mikroturbulentsid ja suure nihkega mikrovoolud (mikrojoad). Need kavitatsioonijõud mõjutavad pinnapiire, soodustavad massiülekannet ja põhjustavad erosiooni. Tekitades selliseid intensiivseid keemilisi, füüsikalisi, termilisi ja mehaanilisi jõude, loob ultraheli kavitatsioon vajaliku segamise ja massiülekande, et lõhkuda orgaanilise sideaine struktuur, mida kasutatakse liitiumioonakudes katoodi kinnitamiseks kollektori / alumiiniumfooliumi külge.
Kuigi mehaaniline segamine, näiteks ainuüksi keerutamine, ei piisa katoodmaterjali tõhusaks eraldamiseks alumiiniumfooliumist, annab suure intensiivsusega ultraheli töötlus (sonikeerimine) vajaliku sonokeemilise ja sonomehaanilise energia, et eemaldada katoodmaterjal kollektoritelt täielikult. Erinevalt mehaanilisest segamisest tekitab ultraheli kavitatsioon intensiivseid turbulentse, lokaalselt kõrgeid temperatuure ja rõhke, samuti segamist, voolamist ja vedelikujugasid, mis lõhuvad sideaine, nt PVDF-i või PTFE-d, mis ühendab katoodi Al-fooliumiga, ning erodeerivad nii katoodi kui ka Al-fooliumi pinda. Seeläbi hävib sideaine mõlema materjali vahel korralikult ning katood ja alumiiniumfoolium eralduvad tõhusalt.
Näiteks ultraheliga eraldamisel saavutatakse katoodi eemaldamise kõrge tõhusus 99%, kasutades lahustina N-metüül-2-pürrolidooni (NMP) temperatuuril 70°C (ultraheli võimsus 240 W ja ultraheli töötlusaeg 90 min). Kuna ultraheliga katoodi eraldamine hajutab materjali ühtlaselt ja takistab suuremate aglomeraatide teket, hõlbustab see järgnevat metallide leostamise protsessi.
Loe lähemalt ultraheliga elektroodi delaminatsiooni kohta, et taaskasutada aktiivmaterjale ja voolukollektorfooliumeid!

Mineraalide ultraheliga leostamine

Eespool kirjeldatud ultraheli kavitatsiooniefektid soodustavad ka metallide leostamist kasutatud akudest. Suure intensiivsusega ultraheli töötlust ei kasutata mitte ainult mineraalide taaskasutamiseks akude ringlussevõtul, vaid sageli ka hüdrometallurgias ja väärtuslike maakide leostamisel (nt kaevandusjääkide puhul). Kõrged lokaalsed temperatuurid, rõhud ja nihkejõud intensiivistavad metallide leostamist ning suurendavad oluliselt leostamise efektiivsust. Kuigi kavitatsiooni kuumpunktides tekivad lokaalselt väga ekstreemsed temperatuurid kuni 1000 K, nõuavad leostamise üldtingimused vaid mõõdukat temperatuuri ca 50-60°C. See muudab ultraheli abil toimuva metallide taaskasutamise energiatõhusaks ja ökonoomseks.
Mineraalide ultraheli leostamist kasutatud Li-ioon-akudest iseloomustavad kõrge taaskasutusaste ja efektiivsus. Näiteks kasutati ultraheli abil toimuval mineraalide taaskasutamisel katoodist edukalt leostusainena väävelhapet (H2SO4) vesinikperoksiidi (H2O2) juuresolekul. Ultraheli leostamine väävelhappega andis taaskasutusastmeks vastavalt 94,63% koobalti ja 98,62% liitiumi puhul.
Ultraheli leostamine orgaanilise sidrunhappega (C6H8O7·H2O) annab vase ja liitiumi puhul väga kõrge taaskasutuse: kasutatud Li-ioon-akudest saadi 96% vaske ja peaaegu 100% liitiumi.

Lihtne ja ohutu: ultraheli skaleerimine teostatavuskatsetest tööstusliku ringlussevõtuni

Suure jõudlusega ultraheli seadmed Li-ioon-akude ringlussevõtuks on kergesti kättesaadavad laboriläheseks (bench-top), pilootmastaabiks ja tööstuslikuks paigalduseks. Kuna katoodi ultraheli eraldamine ja mineraalide ultraheli leostamine kasutatud akudest on juba väljakujunenud protsessid, on tee esimestest katsetest ja optimeerimisest teie konkreetsete protsessinõueteni ning täielikult tööstusliku ultraheli eraldus- ja/või leostussüsteemi paigalduseni kiire ja lihtne.
Lugege lähemalt ultraheli leostamise eelistest jätkusuutlikul akude ringlussevõtul ja linnakaevandamisel!

Suure jõudlusega ultraheli töötlusseadmed akude ringlussevõtuks

Hielscher Ultrasonics pakub suure jõudlusega ultraheli töötlusseadmeid mis tahes suuruse ja mahutavusega. UIP16000 (16kW) puhul toodab Hielscher maailma võimsaimat ultraheli protsessorit. UIP16000 ja kõiki teisi tööstuslikke ultraheli süsteeme saab hõlpsasti klastritena ühendada nõutava töötlusmahutavuseni. Kõik Hielscheri ultraheli töötlusseadmed on ehitatud 24/7 tööks täiskoormusel ja nõudlikes keskkondades.
Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheli protsessorid suudavad tagada väga kõrgeid amplituude. Amplituude kuni 200µm saab hõlpsasti pidevalt kasutada 24/7 töörežiimis. Veelgi kõrgemate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.

Ultraheli sondid ja sonoreaktorid mis tahes mahule

Hielscher Ultrasonicsi tootevalik hõlmab ultraheli protsessorite kogu spektrit alates kompaktsetest laboriseadmetest kuni laborilähedaste (bench-top) ja pilootsüsteemideni ning täielikult tööstuslike ultraheli protsessoriteni, mis suudavad töödelda veoautokoormaid tunnis. Kogu tootevalik võimaldab meil pakkuda teile teie rakenduse, protsessi mahutavuse ja tootmiseesmärkide jaoks sobivaimat ultraheli seadet.

Täpselt reguleeritavad amplituudid optimaalsete tulemuste saavutamiseks

Kõik Hielscheri ultraheliprotsessorid on täpselt reguleeritavad ja seetõttu töökindlad tööhobused nii teadus- ja arendustegevuses kui ka tootmises. Amplituud on üks olulisemaid protsessiparameetreid, mis mõjutavad sonokeemiliselt ja sonomehaaniliselt esilekutsutud reaktsioonide tõhusust ja efektiivsust. Kõik Hielscher Ultrasonicsi protsessorid võimaldavad amplituudi täpset seadistamist. Sonotroodid ja booster-sarved on lisatarvikud, mis võimaldavad amplituudi muuta veelgi laiemas vahemikus. Hielscheri tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad tekitada väga suuri amplituude ja tagada nõudlike rakenduste jaoks vajaliku ultraheli intensiivsuse. Kuni 200µm amplituude saab hõlpsasti pidevalt kasutada ööpäevaringses 24/7 töös.
Täpsed amplituudi seadistused ja ultraheli protsessiparameetrite pidev jälgimine nutika tarkvara abil annavad teile võimaluse eraldada katood alumiiniumfooliumist ning leostada mineraale ja metalle kasutatud Li-ioon-akudest kõige tõhusamates ultraheli tingimustes. Optimaalne ultraheli töötlus kõige tõhusamaks Li-ioon-akude ringlussevõtuks!
Hielscheri ultraheliseadmete (ultrssonicators) töökindlus võimaldab 24/7 töörežiimi raskes töös ja nõudlikes keskkondades. See teeb Hielscheri sonikaatoritest usaldusväärse töövahendi, mis täidab teie ringlussevõtuprotsessi nõudeid.

Kõrgeim kvaliteet – projekteeritud ja toodetud Saksamaal

Perefirmana, mida juhitakse perekonna poolt, seab Hielscher oma ultraheliprotsessoritele kõrgeimad kvaliteedistandardid. Kõik ultraheliseadmed projekteeritakse, toodetakse ja testitakse põhjalikult meie peakorteris Teltowis Berliini lähedal Saksamaal. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus ja usaldusväärsus muudavad need teie tootmises tööhobuseks. 24/7 töö täiskoormusel ja nõudlikes keskkondades on Hielscheri suure jõudlusega ultrahelisondide ja reaktorite loomulik omadus.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Teadmist väärt faktid

Mis on liitium-ioon-akud?

Liitium-ioon-aku ehk Li-ioon-aku on laetava aku tüüp. Võrreldes plii- ja nikkelpõhiste akudega kasutavad liitium-ioon-seadmed katoodi, anoodi ja elektrolüüti juhina.
Nagu kõik akud, salvestavad ka Li-ioon-akud keemilist energiat, mis muundatakse seejärel elektrienergiaks, et tagada toiteks staatiline elektrilaeng.
Liitium-ioon-akusid kasutatakse tavaliselt kaasaskantavas elektroonikas, nagu sülearvutid ja nutitelefonid, ning elektrisõidukites. Li-ioon-akude kasutamine äratab üha suuremat huvi ka sõjaväe- ja lennundusettevõtete seas.