Ultraääniuutto muuttaa akkujen kierrätystä ja kaupunkien louhintaa
Käytetyt akut ja elektroniikkaromu ovat täynnä arvokkaita materiaaleja, kuten litiumia, nikkeliä, mangaania ja kobolttia, jotka ovat välttämättömiä uusiutuvan energian ja sähköajoneuvojen kasvavalle kysynnälle. Kaupunkien kaivostoiminta - prosessi, jossa nämä metallit otetaan talteen käytöstä poistetuista paristoista ja muusta elektroniikkajätteestä - on lupaava reitti kiertotalouteen, joka vähentää neitseellisen kaivostoiminnan tarvetta ja minimoi jätteen. Keskeinen tekniikka tällä alalla on sonikaatio, joka on osoittanut valtavia etuja metallien talteenottonopeuksien parantamisessa, käsittelyaikojen lyhentämisessä ja kestävyyden parantamisessa.
Sonikoinnin voima paristojen kierrätyksessä ja kaupunkien kaivostoiminnassa: pelinvaihtaja kestävälle resurssien talteenotolle
(2024) tutkii ultraäänikavitaation - korkean intensiteetin ultraääniaaltojen luomien pienten iskuaaltojen - vaikutuksia liuotusprosessiin paristojen kierrätystä varten. Heidän tutkimuksensa osoittaa, että sonikaatio ei ole vain vaatimaton parannus perinteiseen kierrätykseen; Se muuttaa perusteellisesti kierrätysprosessin vuorovaikutusta akkumateriaalin kanssa, mikä tekee siitä nopeamman, tehokkaamman ja vähemmän riippuvaisen kovista kemikaaleista.
Lue lisää tutkimustuloksista alta!
Ultraäänellä tehostettu happouutto toimii kaksitoista kertaa nopeammin kuin tavanomainen happouutto, johtuen pinnan lähellä puhkeavien kavitaatiokuplien hyödyllisestä mekaanisesta vaikutuksesta. Tämä ilmiö parantaa happoliuosten sekoittumista, mikä parantaa kuljetusominaisuuksia.
Kuva ja tutkimus: © Canciani et al., 2024
The Sonicator UIP16000hdT käsittelee luotettavasti metallipitoisten jätelietteiden suurta läpäisykykyä, mikä helpottaa jalometallien ja malmien liuotusta.
Kuinka sonikaatio toimii paristojen kierrätyksessä
Tyypillisessä akkujen kierrätyksessä katodimateriaalit (jotka sisältävät arvokkaita metalleja) liuotetaan happamaan liuokseen, jota kutsutaan prosessiksi “Huuhtoutumista.” Tämä lähestymistapa mahdollistaa metallien erottamisen ja talteenoton akun kiinteästä rakenteesta. Perinteinen liuotus on kuitenkin aikaa vievää, ja metallien merkittävän talteenoton saavuttaminen vie usein tunteja. Se vaatii myös vahvoja happoja ja korkeita lämpötiloja, mikä herättää huolta ympäristövaikutuksista.
Sonikaatio muuttaa tämän prosessin lisäämällä ultraääniaaltoja suoraan liuotusliuokseen. Vuonna 2024 julkaistussa Canciani et al. -tutkimuksessa tutkijat testasivat tätä tekniikkaa korvaavalla akkumateriaalilla, litiumkobolttinikkelimangaanioksidilla (NMC). Soveltamalla ultraääniaaltoja tietyllä taajuudella ja amplitudilla he havaitsivat, että ultraäänikavitaatio vähentää huuhtoutumisaikaa yli 80%. Prosessi kesti tunteja muutamaan minuuttiin, mikä paransi tehokkuutta vallankumouksellisesti.
Sonikoinnin rooli tehostetussa huuhtoutuneisuudessa: tiede massansiirron ja nopeuden takana
Sonikaatio ei vain nopeuta huuhtoutumista; Se muuttaa tapaa, jolla hapan liuos on vuorovaikutuksessa akkuhiukkasten kanssa. Suuritehoinen ultraääni luo miljoonia mikroskooppisia kuplia, jotka romahtavat nopeasti liuoksessa, ilmiö, joka tunnetaan nimellä kavitaatio. Tämä toiminta tuottaa voimakkaita paikallisia voimia, jotka hajottavat pintahiukkasia ja lisäävät hapon ja metallien välistä vuorovaikutusta akkumateriaalissa.
(2024) mukaan tällä prosessilla on kaksi ensisijaista vaikutusta akkumateriaaleihin: se lisää hiukkasten huokoisuutta ja pienentää niiden kokoa, mikä johtaa pinta-alan dramaattiseen kasvuun. Suuremmalla pinta-alalla happo voi olla vuorovaikutuksessa laajemmin materiaalin kanssa, mikä helpottaa nopeampaa huuhtoutumista. Kirjoittajat havaitsivat, että huokostilavuus sonikoiduissa näytteissä kasvoi suuruusluokalla verrattuna perinteisesti käsiteltyihin, mikä loi enemmän reittejä hapolle metallipitoisuuden liuottamiseksi.
SEM-kuvat hiukkasille tavanomaisen (a–c) ja ultraääni (d–f) huuhtoutumisen eri aikoina.
Kuva ja tutkimus: © Canciani et al., 2024
Sonikaattorit liuotukseen akkujen kierrätyksessä ja kaupunkien kaivostoiminnassa.
Ultraääniuutto: paremmat kuljetusominaisuudet ja mikrosekoitus
Tutkimus viittaa myös siihen, että ultraäänikavitaatio ei ainoastaan paranna pintakosketusta, vaan myös parantaa merkittävästi kuljetusominaisuuksia. Pohjimmiltaan tämä tarkoittaa, että hapon jakautuminen akkuhiukkasten läpi muuttuu tasaisemmaksi, ja kavitaation aiheuttama mikrosekoitus varmistaa tasaisen altistuksen. Tämä johtaa homogenoituun reaktioympäristöön, jolloin happo liuottaa metalleja tehokkaammin ja tasaisemmin.
Toinen merkittävä havainto on, että ultraäänikavitaation edut ulottuvat hiukkaskoon pienentämisen ulkopuolelle. Tutkijat havaitsivat, että kavitaatio muuttaa hapon ja hiukkasten välistä vuorovaikutusmekanismia, mikä johtuu todennäköisesti parantuneesta rajakerroksen kuljetuksesta. Yksinkertaisesti sanottuna kavitaatio vähentää kutakin hiukkasta ympäröivän nestekerroksen paksuutta, mikä mahdollistaa metallin nopeamman liukenemisen.
Hiukkaskokojakaumat ultraääni- ja tavanomaisen huuhtoutumisen jälkeen
Kuva ja tutkimus: © Canciani et al., 2024
Hyödyt kaupunkien kaivostoiminnalle ja kestävyydelle
Sonikoinnin tehokkuudella paristojen kierrätyksessä on valtava potentiaali kaupunkien kaivostoiminnan tulevaisuudelle ja kestävien resurssien talteenotolle. (2024) osoittavat, että sonikaatio korvaa tai vähentää riippuvuutta ympäristöä vahingoittavista käytännöistä:
- Kemikaalien käytön vähentäminen: Ultraäänellä tehostettu uutto mahdollistaa vihreämpien liuottimien, kuten etikkahapon, käytön kovempien happojen sijaan, joita tyypillisesti tarvitaan tavanomaiseen uuttoon.
- Energiantarpeen alentaminen: Sonikaatiolla huuhtoutuminen tapahtuu nopeasti huoneenlämpötilassa sen sijaan, että se vaatisi pitkäaikaista lämmitystä, mikä vähentää energiankulutusta ja päästöjä.
- Materiaalin talteenoton lisääminen: Parempi pinnan vuorovaikutus ja parempi huokoisuus maksimoivat arvokkaiden metallien talteenottoasteen, mikä tekee kierrätysprosessista taloudellisesti kannattavan ja ympäristöystävällisen.
Laajempi vaikutus akkuteollisuuteen
Sähköautojen ja uusiutuvan energian teknologioiden laajentuessa akkujen ja laajemmin niiden sisältämien metallien kysyntä kasvaa. Kaupunkien kaivostoiminta sonikaatiotehostetulla kierrätyksellä tarjoaa keinon ottaa nämä metallit talteen kestävästi, vähentää kaivostoiminnan ympäristökuormitusta ja tarjoaa suljetun kierron lähestymistavan akkujen tuotantoon ja hävittämiseen.
Sonikaatiopohjaisten kierrätysmenetelmien laajentaminen, liuotinyhdistelmien optimointi ja ultraääniaaltojen käytön tarkentaminen lisäävät tehokkuutta entisestään. Hielscher Ultrasonics suosittelee mielellään ihanteellista sonicatorin inline-kokoonpanoa liuotusprosessillesi. Ota yhteyttä nyt!
- korkea hyötysuhde
- Uusinta teknologiaa
- luotettavuus & rotevuus
- säädettävä, tarkka prosessinohjaus
- erä & Inline
- mille tahansa tilavuudelle
- Älykäs ohjelmisto
- älykkäät ominaisuudet (esim. ohjelmoitava, dataprotokolla, kaukosäädin)
- Helppo ja turvallinen käyttää
- vähän huoltoa vaativa
- CIP (puhdas paikan päällä)
Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Laatu valmistettu Saksassa
Hielscher-ultraääniastiat ovat tunnettuja korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet käsittelevät helposti karkeita olosuhteita ja vaativia ympäristöjä.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys ja painottaa erityisesti korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita, joissa on huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Tietenkin, Hielscher-ultraäänilaitteet ovat CE-yhteensopivia ja täyttävät UL: n, CSA: n ja RoHs: n vaatimukset.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
| 15-150L | 3 - 15L / min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita sekoitussovelluksiin, dispersioon, emulgointiin ja uuttamiseen laboratorio-, pilotti- ja teollisessa mittakaavassa.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.
Usein Kysytyt Kysymykset
Mikä on liuotusprosessi?
Liuotusprosessi on menetelmä, jota käytetään arvokkaiden metallien uuttamiseen kiinteistä materiaaleista liuottamalla ne nestemäiseen liuottimeen, tyypillisesti happamaan liuokseen. Tämä tekniikka hajottaa kiinteän matriisin, jolloin metalli-ionit pääsevät liuokseen, josta ne voidaan edelleen puhdistaa ja ottaa talteen. Liuotusta käytetään laajalti kaivostoiminnassa ja kierrätyksessä metallien talteenottoon malmeista ja jätemateriaaleista.
Mitä eroa on uuttamisella ja liuotuksella?
Uuttamisella ja liuotuksella tarkoitetaan prosesseja, joilla arvokkaat aineet erotetaan kiinteästä materiaalista, mutta ne eroavat toisistaan menetelmiltään ja konteksteiltaan. Uuttaminen viittaa yleensä laajempaan valikoimaan tekniikoita, joita käytetään tietyn aineen poistamiseen, usein käyttämällä liuottimia erottamaan se muista komponenteista, ja siihen voi liittyä erilaisia fysikaalisia, kemiallisia tai lämpömenetelmiä. Toisaalta uutto on erityinen uuttotyyppi, johon kuuluu metallien tai muiden liuenneiden aineiden liuottaminen kiinteästä aineesta nesteeseen, tyypillisesti käyttämällä hapanta tai emäksistä liuosta. Liuotusta käytetään yleisesti kaivos-, metallurgia- ja kierrätysprosesseissa. Vaikka uuttamista voidaan soveltaa useisiin aineisiin, liuotukseen kuuluu erityisesti liuenneiden aineiden valikoiva poistaminen kiinteistä aineista nestemäisillä liuottimilla.
Mitkä ovat tyypillisiä uuttoon käytettäviä aineita?
Tyypillisiä liuotuksessa käytettäviä aineita ovat **hapot**, **emäkset** ja **liuottimet** käsiteltävästä materiaalista riippuen. Yleisesti käytettyjä liuotusaineita ovat:
- Happoja:
- Rikkihappo: Käytetään usein kuparin, nikkelin ja uraanin uuttamisessa.
- Suolahappo: Käytetään metallien, kuten kuparin ja kullan, liuotuksessa.
- Typpihappo: Käytetään tyypillisesti jalometallien, erityisesti kullan ja hopean, huuhtoutumiseen.
- Etikkahappo: Käytetään joskus ympäristöystävällisissä tai orgaanisissa liuotusprosesseissa.
- emäkset:
Natriumhydroksidi (kaustinen sooda): Käytetään alumiinioksidin uuttamiseen bauksiittimalmista tai tiettyjen metallien, kuten kullan ja sinkin, liuotukseen. - Liuottimia:
- Syanidi: Käytetään yleisesti kullan ja hopean louhintaan kullan liuottamiseen malmista (syanidointi).
- Ammoniakki: Käytetään kuparin ja muiden epäjalojen metallien liuotuksessa.
Nämä aineet auttavat liuottamaan tiettyjä metalleja tai mineraaleja malmeista, jätemateriaaleista tai muista kiinteistä aineista, mikä helpottaa arvokkaiden materiaalien talteenottoa.
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio jotta Teollisuuden koko.