Hielscher Ultra ääni tekniikka

Ultrasonics Lithium Ion -akkujen kierrätykseen

  • Sähköautoissa käytetyt litiumioniakut ovat juuri nyt tulossa massamarkkinoille ja sen kanssa on kehitettävä kierrätyskapasiteettia.
  • Ultraäänipesu on tehokas, ympäristöystävällinen tekniikka metallien kuten Li, Mg, Co, Ni jne. Talteen ottamiseksi käytetyistä Li-ion-akkuista.
  • Hielscherin teolliset ultraäänijärjestelmät liuotus sovellukset ovat luotettavia ja kestäviä ja ne voidaan helposti integroida nykyisiin kierrätyslaitoksiin.

Litiumioniakkujen kierrätys

Litium-ioni-akut ovat laajalti käytössä sähkö ajoneuvoissa (EV), kannettavat tieto koneet ja matka puhelimet. Tämä tarkoittaa sitä, että käytetyt Litiumioniakut ovat nykyinen haaste jäte huoltoon ja kierrätykseen liittyen. Akut ovat tärkeä kustannus tekijä vapaaehtoisille, ja niiden hävittäminen on kallista. Ympäristölliset ja taloudelliset näkö kohdat työntävät suljettua kierrätys silmukkaa, koska akku jäte sisältää arvokkaita materiaaleja ja auttaa vähentämään litiumioniakkujen valmistuksen hiili jalan jälkeä.
Li-ion-paristojen kierrätys kasvaa kukoistavaksi teollisuudenalaksi, jotta voidaan varmistaa harvinaisten maametallien ja muiden akkujen saatavuus tulevaisuudessa ja kaivostoiminnan ympäristökustannusten vähentäminen.

Teollisuuden Ultraääni Liuotus

Ultraäänipesua ja metallinpoistoa voidaan käyttää litiumkobolttioksidiparistojen (esim. Kannettaviin tietokoneisiin, älypuhelimiin jne.) Sekä monimutkaisiin litium-nikkeli-mangaani-kobolttiparistoihin (esim. Sähköajoneuvot) kierrätykseen.
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Suuritehoinen ultraääni tunnetaan hyvin siitä, että se kykenee käsittelemään kemiallisia nesteitä ja lietteitä parantamaan massan siirtoa ja käynnistämään kemiallisia reaktioita.
Voimajohdannaisen voimakkaat vaikutukset perustuvat akustisen kavitaation ilmiöön. Yhdistämällä suuritehoinen ultraääni nesteiksi / lietteiksi vaihtelevat matalapaine- ja korkeapaineiset aallot nesteissä tuottavat pieniä tyhjökuplia. Pienet tyhjiöpuristeet kasvavat eri matalapaineisissa / korkeapaineisissa sykleissä, kunnes implode väkivaltaisesti. Tiivistyviä tyhjökuplia voidaan pitää mikroreaktoreina, joissa lämpötiloissa on enintään 5000 K, paineita, jotka ovat korkeintaan 1000 mt, ja lämmitys- ja jäähdytysnopeudet yli 10-10 esiintyä. Lisäksi syntyy voimakkaita hydrodynaamisia leikkausvoimia ja nestemäisiä suihkukoneita, joiden nopeus on jopa 280 m / s. Nämä ääriolosuhteet akustisesta kavitaatiosta luovat poikkeuksellisia fysikaalisia ja kemiallisia olosuhteita muuten kylmässä nesteessä ja luovat hyödyllisen ympäristön kemiallisille reaktioille (sonokemian).

Hielscher's ultrasonicators are reliable and robust systems for the leaching of metals.

48kW ultraääniprosessori
vaativiin sovelluksiin kuten metallien huuhtoutumiseen

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraäänisulkuinen liuotus käytettyjen litiumioniakkujen kierrätykseen. (Klikkaa suurentaaksesi!)

Metallien ultraäänipesu loppuun käytetystä akkujätteestä.

Ultrasonomaisesti muodostunut kavitaatio voi indusoida liuosten termolyysiä sekä erittäin reaktiivisten radikaalien ja reagenssien muodostumista, kuten vapaita radikaaleja, hydroksidi-ioneja (OH,) hydronia (H3O +) jne., Jotka tarjoavat ylimääräisiä reaktiivisia olosuhteita nesteeseen niin, että reaktioaste kasvaa merkittävästi. Nestemäiset suuttimet kiihdyttävät kiinteitä aineita, kuten hiukkaset, ja ne jauhetaan hiukkasilla ja hankauksella, mikä lisää aktiivista pinta-alaa ja siten massansiirtoa.
Ultrasuuren huuhtoutumisen ja metallin talteenoton suuri etu on tarkka ohjaus prosessiparametreihin, kuten amplitudi, paine ja lämpötila. Näillä parametreilla voidaan säätää reaktio-olosuhteet täsmälleen prosessiväliaineeseen ja kohdennetulle tuotokselle. Lisäksi ultraäänipesu poistaa pienimmistä metallihiukkasista substraatin, samalla kun säilytetään mikrorakenteita. Parannettu metallin talteenotto johtuu erittäin reaktiivisten pintojen ultraäänestä, lisääntyneistä reaktioasteista ja parantuneesta massakuljetuksesta. Sonikaatioprosessit voidaan optimoida vaikuttamalla jokaiseen parametriin, eivätkä näin ollen ole ainoastaan ​​erittäin tehokkaita, vaan myös erittäin energiatehokkaita.
Sen tarkka parametrien säätö ja energiatehokkuus tekevät ultraäänisestä huuhtoutumisesta suotuisan ja erinomaisen tekniikan – etenkin verrattuna monimutkaisiin hapon huuhtoutumiseen ja kelatointitekniikoihin.

LiCoO: n ultraäänen talteenotto2 käytetyistä litiumioniakkuista

Ultrasonication auttaa pelkistävää liuotusta ja kemiallista saostumista, joita käytetään palauttamaan Li Li2co3 ja Co, kuten Co (OH)2 litium-ioniakkujen jätteistä.
Zhang et ai. (2014) raportoivat LiCoO: n onnistuneesta elpymisestä2 käyttäen ultraäänireaktoria. 600 ml: n lähtöliuoksen valmistamiseksi ne laittoivat 10 g virheellistä LiCoO: ta2 jauhetta dekantterilasiin ja lisättiin 2,0 mol / l LiOH-liuosta, jotka sekoitettiin.
Seos kaadettiin ultraääni- säteilytykseen ja sekoituslaite alkoi, sekoituslaite sijoitettiin reaktiosäiliön sisään. Se lämmitettiin 120 ° C: seen, ja sitten Ultraäänilaite asetettiin 800 W: iin ja ultraääni-toimintatila asetettiin 5 sekunnin pulssiin. ON / 2sec. POIS PÄÄLTÄ. Ultraääni säteilytystä levitettiin 6 tuntia ja sitten reaktioseos jäähdytettiin huoneenlämpötilaan. Kiinteä jäännös pestiin useita kertoja deionisoidulla vedellä ja kuivattiin 80 ° C: ssa vakiopainoon saakka. Saatu näyte kerättiin myöhempää testausta ja akun tuotantoa varten. Ensimmäisen syklin latauskapasiteetti on 134.2mAh / g ja purkauskapasiteetti 133.5mAh / g. Ensimmäinen lataus- ja purkukehitys oli 99,5%. 40 syklin jälkeen purkukapasiteetti on edelleen 132.9mAh / g. (Zhang et ai., 2014)

Ultrasonically recovered LiCoO2-kiteet. (Klikkaa suurentaaksesi!)

Käytetyt LiCoO2-kiteet ennen (a) ja sen jälkeen (b) ultraäänihoitoa 120◦C: ssa 6 tunnin ajan. Lähde: Zhang et ai. 2014

Ultraäänipesu orgaanisilla hapoilla, kuten sitruunahapolla, on paitsi tehokas myös ympäristöystävällinen. Tutkimus osoitti, että Co: n ja Li: n liuotus on tehokkaampaa sitruunahapon kanssa kuin epäorgaanisten happojen H2NIIN4 ja HC1. Yli 96% Co ja lähes 100% Li otettiin talteen käytetyistä litiumioniakkuista. Se, että orgaaniset hapot, kuten sitruunahappo ja etikkahappo ovat halpoja ja biologisesti hajoavia, lisää sonication taloudellisia ja ympäristöystävällisiä etuja.

Suuritehoiset teolliset ultrasonics

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics on pitkään kokenut toimittaja erittäin tehokkaille ja luotettaville ultraäänijärjestelmille, jotka tuottavat vaaditun tehon jätemateriaalien kierrättämiseen jätteistä. Li-ion-akkujen uudelleenkäsittelyä poistamalla metallit kuten koboltti, litium, nikkeli ja mangaani ovat voimakkaita ja kestäviä ultraäänijärjestelmiä. Hielscher Ultrasonics’ teollisuusyksiköitä, kuten UIP4000hdT (4 kW), UIP10000 (10kW) ja UIP16000 (16kW) ovat markkinoiden tehokkaimpia ja tehokkaita ultraäänilaitteita. Kaikki teollisuusyksiköt voidaan jatkuvasti ajaa hyvin suurilla amplitudilla jopa 200μm 24/7 toimintaan. Jopa entistä suurempia amplitudeita varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänitutkimuksia. Hielscherin ultraäänilaitteiston kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskas ja vaativissa ympäristöissä. Hielscher toimittaa erityisiä sonotrodeja ja reaktoreita korkeisiin lämpötiloihin, paineisiin ja syövyttäviin nesteisiin. Tämä tekee teollisista ultraäänilaitteistamme sopivan parhaiten kaivosteolliseen metallurgiaan, esim. Hydrometallurgisiin hoitoihin.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

erätilavuus Virtausnopeus Suositeltavat laitteet
0.1 - 20L 0.2 - 4 l / min UIP2000hdT
10 - 100 litraa 2 - 10 l / min UIP4000
n.a 10 - 100 l / min UIP16000
n.a suuremmat klusterin UIP16000

Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!

Käytä alla olevaa lomaketta, jos haluat lisätietoja ylimääräisestä homogenoinnista. Olemme iloisia voidessamme tarjota sinulle ultrasonic-järjestelmän, joka vastaa tarpeitasi.









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Kirjallisuus / Viitteet

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Litiumin ja koboltin talteenottaminen käytetyistä litiumioniakkuista orgaanisilla hapoilla: Prosessien optimointi ja kineettiset näkökohdat. Jätehuolto 64, 2017. 244-254.
  • Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Nikkelin nanosidoituneen jauheen valmistus LiNiO: sta2 käytetystä litiumioniakusta. Metallit 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): LiCoO: n ultraääni-avusteinen vesihoito2 käytettyjen litiumioniakkujen katodista. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Litiumkobolttioksidimateriaalin talteenotto käytettyjen litiumioniakkujen katodista. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Tosiasiat, jotka kannattaa tietää

Litiumioniakut

Litium-ioni-akut (LIB) ovat akkujen (ladattavien) akkujen kollektiivinen termi, joka tarjoaa paljon energiaa ja on usein integroitu kuluttajaelektroniikkaan, kuten elektronisiin autoihin, hybridiautoihin, kannettaviin tietokoneisiin, matkapuhelimiin, iPod-laitteisiin jne. muiden vastaavien kokoisten ja kapasiteettisten akkujen muunnelmia, LIBit ovat huomattavasti kevyempiä.
Toisin kuin kertakäyttöinen litiumparisto, LIB käyttää litiumyhdistelmää metallikatalysaattorin asemesta elektrodin sijasta. Litiumioniakun tärkeimmät osatekijät ovat sen elektrodit – anodi ja katodi – ja elektrolyytti.
Useimmilla soluilla on yhteisiä komponentteja elektrolyytin, erottimen, kalvojen ja kotelon suhteen. Suurin ero solutekniikoiden välillä on käytetty materiaalia “aktiivisia materiaaleja” kuten katodi ja anodi. Grafiitti on yleisimmin käytetty materiaali anodina, kun taas katodi on valmistettu kerroksellisesta LiMO2: sta (M = Mn, Co ja Ni), spinelli LiMn2O4, tai oliviini LiFePO4. Elektrolyytin orgaaniset neste-elektrolyytit (esim. LiPF6-suola, joka on liuotettu orgaanisten liuottimien seokseen, kuten etyleenikarbonaatti (EC), dimetyylikarbonaatti (DMC), dietyylikarbonaatti (DEC), etyylimetyylikarbonaatti (EMC) jne.) ioninen liike.
Positiivisten (katodien) ja negatiivisten (anodien) elektrodimateriaalien mukaan LIB: n energiatiheys ja jännite vaihtelevat vastaavasti.
Käytettäessä sähköajoneuvoissa käytetään usein sähköajoneuvojen akkua (EVB) tai vetoakkua. Tällaisia ​​vetopakureita käytetään trukkeihin, sähkökäyttöisiin golfkärryihin, lattianpesulaitteisiin, sähkömoottoripyöriin, sähköautoihin, kuorma-autoihin, pakettiautoihin ja muihin sähköautoihin.

Metallinen kierrätys käytetyistä Li-Ion-akkuista

Muihin tyyppisiin paristoihin, joissa on usein lyijyä tai kadmiumia, litiumioniakut sisältävät vähemmän myrkyllisiä metalleja, joten niitä pidetään ympäristöystävällisiksi. Kuitenkin runsaasti käytettyjä li-ion-akkuja, jotka joutuvat hävittämään sähköautojen käytetyiksi paristoiksi, aiheuttavat jätevirheitä. Li-ion-akkujen suljettu kierrätyssilmukka on siksi välttämätön. Taloudelliselta kannalta metallielementit, kuten rauta, kupari, nikkeli, koboltti ja litium, voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen uusien paristojen valmistuksessa. Kierrätys voi myös estää tulevan puutteen.
Vaikka markkinoille on tullut parempia nikkelipakkauksia, akkuja ei ole mahdollista valmistaa ilman kobolttia. Korkeampi nikkelipitoisuus on edullinen: nikkelipitoisuuden kasvaessa akun stabiilius pienenee ja siten sen käyttöiän ja nopean latauksen kyky pienenee.

Li-ion-paristojen kasvava kysyntä. Lähde: Deutsche Bank

Li-ion-akkujen kasvava kysyntä vaatii paristojen kierrätyskapasiteetin lisäämistä.

Kierrätysprosessi

Sähköajoneuvojen, kuten Tesla Roadsterin akut ovat likimäärin 10 vuotta.
Tyhjien Li-ion-paristojen kierrätys on vaativa prosessi, koska niihin liittyy suurjännite- ja vaarallisia kemikaaleja, joihin liittyy lämpöhäviön, sähköiskun ja vaarallisten aineiden päästöjä.
Suljetun silmukan kierrätyksen toteamiseksi jokainen kemiallinen sidos ja kaikki elementit on erotettava niiden yksittäisistä osuuksista. Tällaisen suljetun silmukan kierrätykselle tarvittava energia on kuitenkin erittäin kallis. Arvokkaimmat talteenottoaineet ovat metallit, kuten Ni, Co, Cu, Li jne., Koska kalliit kaivokset ja metallikomponenttien korkea markkinahinta tekevät kierrätyksestä taloudellisesti houkuttelevan.
Li-ion-akkujen kierrätysprosessi alkaa akkujen purkamisen ja purkamisen avulla. Ennen akun avaamista tarvitaan passiivinen akun kemikaalien inaktivointi. Passivointi voidaan saavuttaa kryogeenisellä jäädytyksellä tai kontrolloidulla hapetuksella. Akkujen koosta riippuen paristot voidaan purkaa ja purkaa alas kennoon. Purkamisen ja murskaamisen jälkeen komponentit eristetään useilla menetelmillä (esim. Seulonta, seulonta, käsien poiminta, magneettinen, märkä ja ballistinen erotus) solukotelojen, alumiinin, kuparin ja muovien poistamiseksi elektrodipulverista. Elektrodimateriaalien erottaminen on välttämätöntä alavirran prosesseihin, esim. Hydrometallurgiseen käsittelyyn.
pyrolyysi
Pyrolyyttisen käsittelyn yhteydessä hienonnetut paristot sulatetaan uunissa, jossa kalkkikivi lisätään kuonanmuodostajaksi.

Hydrotermiset prosessit
Hydrometallurginen jalostus perustuu happoreaktioihin saostumien saamiseksi metalliksi. Tyypillisiin hydrometallurgisiin prosesseihin kuuluvat liuotus, saostuminen, ioninvaihdunta, liuottimen uuttaminen ja vesiliuosten elektrolyysi.
Hydrotermisen prosessoinnin etuna on suuri 95%: n ja Ni: n saannon talteenotto suolana, + 90% Li: stä voidaan saostaa ja loput voidaan ottaa talteen jopa 80%: iin.

Erityisesti koboltti on kriittinen komponentti litium-ioniakku katodeissa suurille energia- ja tehonsovelluksille.
Nykyiset hybridiautot, kuten Toyota Prius, käyttävät nikkelimetallihydridiparistoja, jotka puretaan, puretaan ja kierrätetään samalla tavalla kuin Li-ion-akut.

Hielscher Ultrasonics valmistaa huippulaadukkaita ultraäänilaitteita.

Tehokas sonikointi laboratoriosta ja penkkialtaasta teolliseen tuotantoon.