Az ultrahangos kioldódás átalakítja az akkumulátor újrahasznosítását és a városi bányászatot
A használt akkumulátorok és az elektronikus hulladék tele van olyan értékes anyagokkal, mint a lítium, a nikkel, a mangán és a kobalt, amelyek elengedhetetlenek a megújuló energia és az elektromos járművek növekvő keresletéhez. A városi bányászat – ezeknek a fémeknek az eldobott elemekből és más elektronikus hulladékokból történő visszanyerésének folyamata – ígéretes út a körforgásos gazdaság felé, amely csökkenti az érintetlen bányászat szükségességét és minimalizálja a hulladékot. Ezen a területen kulcsfontosságú technika az ultrahangos kezelés, amely óriási előnyöket mutatott a fémvisszanyerési arány növelésében, a feldolgozási idő csökkentésében és a fenntarthatóság javításában.
Az szonikáció ereje az akkumulátor újrahasznosításában és a városi bányászatban: játékváltó a fenntartható erőforrás-visszanyeréshez
Canciani et al. (2024) közelmúltbeli tanulmánya feltárja az ultrahangos kavitáció - a nagy intenzitású ultrahanghullámok által létrehozott apró lökéshullámok - hatásait az akkumulátor újrahasznosításának kioldódási folyamatára. Kutatásuk azt mutatja, hogy az szonikálás nem csak szerény javulás a hagyományos újrahasznosításhoz képest; Alapvetően megváltoztatja az újrahasznosítási folyamat és az akkumulátor anyagának kölcsönhatását, gyorsabbá, hatékonyabbá és kevésbé függ az erős vegyi anyagoktól.
Tudjon meg többet a tanulmány eredményeiről alább!

Az ultrahanggal fokozott savas kioldódás tizenkétszer gyorsabban működik, mint a hagyományos savas kimosódás, a felszín közelében feltörő kavitációs buborékok jótékony mechanikai hatása miatt. Ez a jelenség javítja a savoldat keverését, ezáltal javítja a szállítási tulajdonságokat.
Kép és tanulmány: © Canciani et al., 2024

A Sonicator UIP16000hdT Megbízhatóan feldolgozza a fémtartalmú hulladékiszapok nagy áteresztőképességét, megkönnyítve a nemesfémek és ércek kimosódását.
Hogyan működik az Sonication Az akkumulátor újrahasznosításában
A tipikus akkumulátor-újrahasznosítás során a katód anyagokat (amelyek értékes fémeket tartalmaznak) savas oldatban oldják fel, ezt a folyamatot “kilúgozás.” Ez a megközelítés lehetővé teszi a fémek elválasztását és visszanyerését az akkumulátor szilárd szerkezetétől. A hagyományos kioldódás azonban időigényes, gyakran órákat vesz igénybe a jelentős fémvisszanyerés elérése. Erős savakat és magas hőmérsékletet is igényel, ami aggályokat vet fel a környezeti hatásokkal kapcsolatban.
A szonikálás átalakítja ezt a folyamatot ultrahangos hullámok hozzáadásával közvetlenül a kioldódó oldatba. A Canciani et al. által 2024-ben közzétett tanulmányban a kutatók ezt a technikát helyettesítő akkumulátor-anyaggal, lítium-kobalt-nikkel-mangán-oxiddal (NMC) tesztelték. Az ultrahangos hullámok meghatározott frekvencián és amplitúdón történő alkalmazásával azt találták, hogy az ultrahangos kavitáció több mint 80% -kal csökkenti a kioldódási időt. A folyamat óráktól percekig tartott, forradalmi javulást kínálva a hatékonyságban.
Az ultrahangos kezelés szerepe a fokozott kimosódásban: A tömegátadás és a sebesség mögött álló tudomány
Az ultrahangos kezelés nem csak felgyorsítja a kimosódást; Megváltoztatja a savas oldat kölcsönhatását az akkumulátor részecskéivel. A nagy teljesítményű ultrahang több millió mikroszkopikus buborékot hoz létre, amelyek gyorsan összeomlanak az oldatban, ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. Ez a hatás intenzív helyi erőket hoz létre, amelyek lebontják a felszíni részecskéket, és növelik a sav és a fémek közötti kölcsönhatást az akkumulátor anyagában.
Canciani et al. (2024) szerint ennek a folyamatnak két elsődleges hatása van az akkumulátor anyagára: növeli a részecskék porozitását és csökkenti méretüket, ami a felület drámai növekedéséhez vezet. Nagyobb felülettel a sav szélesebb körben kölcsönhatásba léphet az anyaggal, ezáltal elősegítve a gyorsabb kimosódást. A szerzők megfigyelték, hogy az ultrahangos minták pórustérfogata nagyságrenddel nőtt a hagyományosan feldolgozottakhoz képest, ami több utat teremtett a sav számára a fémtartalom feloldásához.
Ultrahangos kimosódás: jobb szállítási tulajdonságok és mikrokeverés
A tanulmány azt is sugallja, hogy az ultrahangos kavitáció nemcsak fokozza a felületi érintkezést, hanem jelentősen javítja a szállítási tulajdonságokat is. Ez lényegében azt jelenti, hogy a sav eloszlása az akkumulátor részecskéi között egyenletesebbé válik, a kavitáció által kiváltott mikrokeverés pedig egyenletes expozíciót biztosít. Ez homogenizált reakciókörnyezetet eredményez, amely lehetővé teszi a sav számára a fémek hatékonyabb és egyenletesebb feloldását.
Egy másik figyelemre méltó megállapítás az, hogy az ultrahangos kavitáció előnyei túlmutatnak a részecskeméret csökkentésén. A kutatók azt találták, hogy a kavitáció megváltoztatja a sav és a részecskék közötti kölcsönhatási mechanizmust, valószínűleg a jobb határréteg-szállítás miatt. Egyszerűen fogalmazva, a kavitáció csökkenti az egyes részecskéket körülvevő folyadékréteg vastagságát, lehetővé téve a fém gyorsabb oldódását.

Szemcseméret-eloszlás ultrahangos és hagyományos kioldódás után
Kép és tanulmány: © Canciani et al., 2024
Előnyök a városi bányászat és a fenntarthatóság szempontjából
Az ultrahangos kezelés hatékonysága az akkumulátor újrahasznosításában hatalmas potenciállal rendelkezik a városi bányászat jövője és a fenntartható erőforrás-visszanyerés szempontjából. Canciani et al. (2024) megállapításai azt mutatják, hogy az szonikálás helyettesíti vagy csökkenti a környezetkárosító gyakorlatokra való támaszkodást:
- A vegyszerhasználat csökkentése: Az ultrahanggal fokozott kioldódás lehetővé teszi zöldebb oldószerek, például ecetsav használatát, nem pedig keményebb savakat, amelyek általában a hagyományos kimosódáshoz szükségesek.
- Az energiaigény csökkentése: Szonikálással a kimosódás gyorsan szobahőmérsékleten történik, nem pedig hosszabb fűtést igényel, ami csökkenti az energiafogyasztást és a kibocsátást.
- Az anyaghasznosítás növelése: A jobb felületi kölcsönhatás és a fokozott porozitás maximalizálja az értékes fémek visszanyerési arányát, így az újrahasznosítási folyamat gazdaságilag életképes és környezetbarát.
Szélesebb körű hatás az akkumulátoriparra
Az elektromos járművek és a megújulóenergia-technológiák terjedésével az akkumulátorok és tágabb értelemben a bennük lévő fémek iránti kereslet is növekszik. A városi bányászat szonikációval fokozott újrahasznosítással kínál eszközt ezeknek a fémeknek a fenntartható visszanyerésére, csökkentve a bányászat környezeti terheit, és zárt hurkú megközelítést kínál az akkumulátorgyártáshoz és -ártalmatlanításhoz.
Az ultrahangos újrahasznosítási módszerek fokozása, az oldószer-kombinációk optimalizálása és az ultrahangos hullámok alkalmazásának finomítása tovább növeli a hatékonyságot. A Hielscher Ultrasonics örömmel ajánlja az ideális sonicator inline konfigurációt a kioldódási folyamathoz. Vegye fel velünk a kapcsolatot most!
- nagy hatékonyság
- A legkorszerűbb technológia
- megbízhatóság & Erőteljesség
- állítható, precíz folyamatvezérlés
- halom & Inline
- bármely kötethez
- intelligens szoftver
- intelligens funkciók (pl. programozható, adatprotokoll, távirányító)
- könnyen és biztonságosan kezelhető
- Alacsony karbantartási igény
- CIP (helyben tisztítható)
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség
A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
---|---|---|
10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Gyakran Ismételt Kérdések
Mi a kioldódási folyamat?
A kioldódási eljárás egy olyan módszer, amellyel értékes fémeket vonnak ki szilárd anyagokból folyékony oldószerben, jellemzően savas oldatban való feloldással. Ez a technika lebontja a szilárd mátrixot, lehetővé téve a fémionok belépését az oldatba, amelyből tovább tisztíthatók és visszanyerhetők. A kimosódást széles körben alkalmazzák a bányászatban és az újrahasznosításban a fémek ércekből és hulladékanyagokból történő visszanyerésére.
Mi a különbség az extrakció és a kimosódás között?
Az extrakció és a kioldódás egyaránt olyan eljárásokra utal, amelyeket az értékes anyagok szilárd anyagból való elválasztására használnak, de módszereikben és kontextusukban különböznek egymástól. Az extrakció általában egy adott anyag eltávolítására használt technikák szélesebb körét jelenti, gyakran oldószereket használva a többi összetevőtől való elválasztására, és különféle fizikai, kémiai vagy termikus módszereket foglalhat magában. A kimosódás viszont egy speciális extrakciós típus, amely magában foglalja a fémek vagy más oldott anyagok szilárd anyagból folyadékba való feloldását, jellemzően savas vagy lúgos oldat alkalmazásával. A kimosódást általában a bányászati, kohászati és újrahasznosítási folyamatokban használják. Míg az extrakció számos anyagra alkalmazható, a kioldódás kifejezetten magában foglalja az oldott anyagok szelektív eltávolítását a szilárd anyagokból folyékony oldószerek segítségével.
Melyek a kimosódáshoz használt tipikus anyagok?
A kioldódáshoz használt tipikus anyagok közé tartoznak a **savak**, **lúgok** és **oldószerek**, a feldolgozandó anyagtól függően. A leggyakrabban használt kioldószerek a következők:
- Savak:
- Kénsav: Gyakran használják réz, nikkel és urán kivonására.
- Sósav: Fémek, például réz és arany kioldására használják.
- Salétromsav: Általában nemesfémek, különösen arany és ezüst kioldására használják.
- Ecetsav: Néha környezetbarát vagy szerves alapú kioldódási folyamatokban használják.
- Lúgok:
Nátrium-hidroxid (marónátron): Timföld bauxitércből történő kivonására vagy bizonyos fémek, például arany és cink kioldására használják. - Oldószerek:
- Cianid: Általában az arany- és ezüstbányászatban használják az arany ércből történő kilúgozására (cianidozás).
- Ammónia: Réz és más nem nemesfémek kioldására használják.
Ezek az anyagok segítenek feloldani bizonyos fémeket vagy ásványi anyagokat ércekből, hulladékanyagokból vagy más szilárd anyagokból, megkönnyítve az értékes anyagok visszanyerését.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.