Az ultrahang hatékonyabbá teszi a lítiumion-akkumulátorok újrahasznosítását

A lítium ritka és rendkívül értékes anyag, amely nagy teljesítményű akkumulátorokban, például lítiumion-akkumulátorokban található. A lítium a lítiumion-akkumulátorok újrahasznosítása során visszanyert legértékesebb anyag, de más ásványi anyagok és fémek, például a kobalt, a mangán, a nikkel, a réz és az alumínium is értékesek a fémvisszanyerés szempontjából. A nagy intenzitású ultrahangos kezelést nagy nyíróhatású keverési és kioldási technikaként alkalmazzák az értékes ásványi anyagok és fémek kinyerésére, eltávolítására és feloldására az elhasznált akkumulátorokból. Az ultrahangos kezelési módszer rendkívül eredményes, energiahatékony, és könnyen hozzáférhető a teljes üzemi léptékű újrahasznosító létesítményekbe történő telepítéshez.

Áttekintés: a lítiumion-akkumulátorok újrahasznosítási folyamata

A nemesfémek és anyagok elhasznált lítiumion-akkumulátorokból történő újrahasznosítása jellemzően több lépésből áll. Az alábbiakban általános áttekintést adunk:

1. Begyűjtés és válogatás: Az elhasznált lítiumion-akkumulátorokat begyűjtik, majd típusuk és kémiai összetételük alapján válogatják.
2. Szétszerelés: Először feltörik és eltávolítják az akkumulátor műanyag burkolatát. Ezután a burkolat nélküli akkumulátort folyékony nitrogénbe helyezik a reakcióképes, robbanásveszélyes anyagok semlegesítése érdekében. Ez a lépés biztosítja az összes tárolt energia hirtelen felszabadulásának, valamint az ehhez kapcsolódó, azt követő gyulladásnak és robbanásnak a megelőzését. Ezután az akkumulátorokat szétszerelik a különböző alkotóelemek, például a katód, az anód, az elektrolit és a ház elkülönítéséhez.
3. Aprítás: A szétszerelt akkumulátorokat kisebb darabokra aprítják, hogy növeljék a felületet a további folyamatokhoz.
4. Az elektródák rétegeinek szétválasztása: A fémkinyerési kezelés előtt az elkülönített elektródákat, azaz a katódot és az anódot tovább kell bontani. Mivel a katódanyagot általában kötőanyag, rendszerint polivinilidén-fluorid (PVDF) vagy politetrafluor-etilén (PTFE), rögzíti az alumíniumfóliához, a katód és az alumíniumfólia elválasztása egymástól nehéz feladat.
5. Kémiai kezelés: Az aprított akkumulátor-alkatrészeket különféle kémiai kezeléseknek vetik alá a különböző anyagok feloldásához és elkülönítéséhez. Ez magában foglalhat savval vagy más oldószerekkel végzett kioldást az értékes fémek, például a lítium, a kobalt, a nikkel és a réz kinyeréséhez.
6. Visszanyerés és tisztítás: Az oldott fémeket ezután olyan eljárásokkal nyerik vissza az oldatból, mint a kicsapás, az oldószeres extrakció vagy az elektrokémiai módszerek. Ezek a lépések segítik a nemesfémek tisztítását és töményítését.

A nemesfémek visszanyerésének javítása ultrahangos kezeléssel

A teljesítmény-ultrahang a reakciók intenzívebbé tételével javíthatja az elektródák rétegeinek szétválasztását, valamint a nemesfémek és anyagok kioldását, ezáltal jelentősen hatékonyabbá téve a visszanyerési folyamatot. Az ultrahangos kezelés olyan technika, amely nagy intenzitású ultrahanghullámokkal mechanikai rezgéseket és akusztikus kavitációt hoz létre folyékony közegben. Az ultrahangos kezelés során fellépő nagy erőket többféleképpen használják fel a nemesfémek elhasznált lítiumion-akkumulátorokból történő újrahasznosításának javítására:
 

1. Dezintegráció: Az ultrahangos kezelés tovább bontja az aprított akkumulátoranyagokat, így kisebb részecskék keletkeznek. A kisebb részecskék nagyobb felületet biztosítanak, ami hatékonyabbá teszi a kémiai kioldást, elősegítve az értékes fémek felszabadítását.
2. Hatékonyabb kioldás: Az ultrahangos kezelés alkalmazása a kioldási folyamatok során javíthatja a szilárd anyag és a kioldóoldat közötti érintkezést, növelve a fémkinyerés hatékonyságát. Az ultrahangos kioldás elősegíti a fémkinyerést, és növeli a visszanyert fémek és ásványi anyagok, például a kobalt, a mangán, a nikkel, a réz és az alumínium hozamát.
3. Az elektródarétegek hatékonyabb szétválasztása: Az elektródarétegek szétválasztásának célja az akkumulátorok újrahasznosítása során a különböző alkotóelemek, például az elektródák, az elektrolitok és a szeparátorok elkülönítése, hogy azokat egyenként tovább lehessen feldolgozni vagy újra lehessen hasznosítani. Az ultrahangos kezelés elősegíti a bevonatok leválasztását és eltávolítását az elektródáról. A szonomechanikai erők elősegítik az elektródák rétegeinek hatékony szétválasztását.
4. Gyorsabb reakciók: Az ultrahangos kezelés gyorsabb és alaposabb keverést tesz lehetővé, ami felgyorsíthatja a kémiai reakciókat a fémvisszanyerési és tisztítási lépések során.
5. Csökkentett energiafogyasztás: Az ultrahangos kezelés növelheti a folyamat hatékonyságát, csökkentve az elhasznált akkumulátorokból történő fémvisszanyeréshez szükséges időt és energiát.

 
Az ultrahangos kezelés kedvező szerepet játszhat a nemesfémek és anyagok elhasznált lítiumion-akkumulátorokból történő újrahasznosításának javításában azáltal, hogy növeli az újrahasznosítási folyamat különböző lépéseinek eredményességét és hatékonyságát.
Az ultrahangos fémkioldás és az elektródarétegek szétválasztásának lépései az egyedi újrahasznosítási folyamatokhoz igazíthatók, amelyek eltérhetnek egymástól, mivel a lítiumion-akkumulátorok újrahasznosítására szakosodott vállalatok a lehető legnagyobb hatékonyság elérése érdekében fejlesztik és módosítják folyamataikat.

Ultrahangos kavitáció a katód leválasztásához

Az ultrahangos kezelés az akusztikus kavitáció hatásai révén választja el a katódanyagokat az alumíniumfóliától. Az akusztikus vagy ultrahangos kavitációt a helyileg kialakuló nagy nyomások, magas hőmérsékletek és azok későbbi csökkenése határozza meg, amelyek megfelelő nyomás- és hőmérséklet-különbségeket, valamint intenzív mikroturbulenciákat és nagy nyíróhatású mikrosugarakat eredményeznek. Ezek a kavitációs erők hatnak a határfelületekre, elősegítik az anyagátadást és eróziót okoznak. Az ultrahangos kavitáció ilyen intenzív kémiai, fizikai, termikus és mechanikai erőket létrehozva biztosítja a szükséges keverést és anyagátadást a lítiumion-akkumulátorokban a katód áramgyűjtőhöz / alumíniumfóliához történő rögzítésére használt szerves kötőanyag szerkezetének megbontásához.
Míg a mechanikai mozgatás, például a keverés önmagában nem elegendő a katódanyag hatékony leválasztásához az alumíniumfóliáról, a nagy intenzitású ultrahangos kezelés biztosítja a szükséges szonokémiai és szonomechanikai energiát a katódanyag teljes eltávolításához az áramgyűjtőkről. A mechanikai keveréssel ellentétben az ultrahangos kavitáció intenzív turbulenciákat, helyileg magas hőmérsékleteket és nagy nyomásokat, valamint keverőhatást, áramlást és folyadéksugarakat hoz létre, amelyek megbontják a katódot az Al-fóliához kapcsoló kötőanyagot, például a PVDF-et vagy a PTFE-t, és erodálják mind a katód, mind az Al-fólia felületét. Ezáltal a két anyag közötti kötőanyag megfelelően roncsolódik, a katód és az alumíniumfólia pedig hatékonyan elválik egymástól.
Az ultrahangos szétválasztás például 99%-os, nagy hatékonyságú katódeltávolítást eredményez N-metil-2-pirrolidon (NMP) oldószerként történő alkalmazásával, 70°C-on (240 W ultrahangos teljesítmény és 90 min ultrahangos kezelési idő mellett). Mivel az ultrahangos katódleválasztás egyenletesen diszpergálja az anyagot, és megakadályozza a nagyobb agglomerátumok kialakulását, megkönnyíti az ezt követő fémkioldási folyamatot.
Olvasson többet az elektródarétegek ultrahangos szétválasztásáról az aktív anyagok és az áramgyűjtő fóliák visszanyeréséhez!

Ásványi anyagok ultrahangos kioldása

A fent ismertetett ultrahangos kavitációs hatások az elhasznált akkumulátorokból történő fémkioldást is elősegítik. A nagy intenzitású ultrahangos kezelést nemcsak az akkumulátorok újrahasznosítása során alkalmazzák ásványi anyagok visszanyerésére, hanem gyakran használják a hidrometallurgiában és az értékes ércek kioldásában is (például bányászati meddőanyagok esetében). A helyileg kialakuló magas hőmérsékletek, nagy nyomások és nyíróerők intenzívebbé teszik a fémkioldást, és jelentősen növelik annak hatékonyságát. Míg a kavitációs forró pontokban helyileg akár 1000 K hőmérséklet is kialakulhat, a kioldás általános körülményei csupán mérsékelt, kb. 50–60°C hőmérsékletet igényelnek. Ez energiahatékonnyá és gazdaságossá teszi az ultrahangos fémvisszanyerést.
Az ásványi anyagok elhasznált lítiumion-akkumulátorokból történő ultrahangos kioldását nagy visszanyerési arányok és nagy hatékonyság jellemzik. Például kénsavat (H2SO4) sikeresen alkalmaztak kioldószerként hidrogén-peroxid (H2O2) jelenlétében az ásványi anyagok katódból történő ultrahangos visszanyerése során. A kénsavval végzett ultrahangos kioldás a kobalt esetében 94,63%-os, a lítium esetében pedig 98,62%-os visszanyerési arányt eredményezett.
A szerves citromsavval (C6H8O7·H2O) végzett ultrahangos kioldás rendkívül nagy réz- és lítiumvisszanyerési arányokat eredményez: az elhasznált lítiumion-akkumulátorokból a réz 96%-a és a lítium közel 100%-a nyerhető vissza.

Egyszerű és biztonságos: az ultrahangos eljárások léptéknövelése a megvalósíthatósági vizsgálatoktól az ipari újrahasznosításig

A lítiumion-akkumulátorok újrahasznosítására szolgáló nagy teljesítményű ultrahangos berendezések könnyen hozzáférhetők asztali, kísérleti üzemi és ipari telepítéshez. Mivel az ultrahangos katódleválasztás és az ásványi anyagok elhasznált akkumulátorokból történő ultrahangos kioldása már bevált eljárások, az első próbáktól az Ön egyedi folyamatkövetelményeihez igazított optimalizáláson át a teljes ipari léptékű ultrahangos szétválasztó- és/vagy kioldórendszer telepítéséig vezető folyamat gyors és egyszerű.
Olvasson többet az ultrahangos kioldás előnyeiről a fenntartható akkumulátor-újrahasznosítás és a városi bányászat területén!

Nagy teljesítményű ultrahangos kezelőberendezések akkumulátorok újrahasznosításához

A Hielscher Ultrasonics bármilyen méretben és kapacitással kínál nagy teljesítményű ultrahangos kezelőberendezéseket. A UIP16000 (16kW) révén a Hielscher gyártja a világ legnagyobb teljesítményű ultrahangos processzorát. A UIP16000, valamint az összes többi ipari ultrahangos rendszer könnyen csoportba kapcsolható a szükséges feldolgozási kapacitás eléréséhez. Minden Hielscher ultrahangos kezelőberendezést teljes terhelés melletti, igényes környezetben történő, folyamatos 24/7 üzemre terveztek.
A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai rendkívül nagy amplitúdók biztosítására képesek. Akár 200µm amplitúdóval is könnyen üzemeltethetők folyamatosan, 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi kialakítású ultrahangos szonotró­dák állnak rendelkezésre.

Ultrahangos szondák és szonoreaktorok bármilyen térfogathoz

A Hielscher Ultrasonics termékkínálata az ultrahangos processzorok teljes skáláját lefedi, a kompakt laboratóriumi ultrahangos kezelőberendezésektől az asztali és kísérleti üzemi rendszereken át a teljes ipari léptékű ultrahangos processzorokig, amelyek óránként teherautónyi mennyiségek feldolgozására képesek. A teljes termékkínálat lehetővé teszi számunkra, hogy az Ön alkalmazásához, feldolgozási kapacitásához és termelési céljaihoz leginkább megfelelő ultrahangos berendezést kínáljuk.

Pontosan szabályozható amplitúdók az optimális eredményekért

Minden Hielscher ultrahangos processzor pontosan szabályozható, így megbízható munkaeszköz a kutatás-fejlesztésben és a termelésben. Az amplitúdó azon kulcsfontosságú folyamatparaméterek egyike, amelyek befolyásolják a szonokémiai és szonomechanikai úton kiváltott reakciók hatékonyságát és eredményességét. A Hielscher Ultrasonics összes processzora lehetővé teszi az amplitúdó pontos beállítását. A szonotródák és az amplitúdóerősítő kürtök olyan tartozékok, amelyek lehetővé teszik az amplitúdó még szélesebb tartományban történő módosítását. A Hielscher ipari ultrahangos processzorai rendkívül nagy amplitúdók biztosítására képesek, és biztosítják az igényes alkalmazásokhoz szükséges ultrahangos intenzitást. Akár 200µm amplitúdóval is könnyen üzemeltethetők folyamatosan, 24/7 üzemben.
Az amplitúdó pontos beállítása és az ultrahangos folyamatparaméterek intelligens szoftverrel történő folyamatos felügyelete lehetővé teszi a katód elválasztását az alumíniumfóliától, valamint az ásványi anyagok és fémek kioldását az elhasznált lítiumion-akkumulátorokból a legeredményesebb ultrahangos körülmények között. Optimális ultrahangos kezelés a lítiumion-akkumulátorok leghatékonyabb újrahasznosításához!
A Hielscher ultrahangos kezelőberendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a folyamatos 24/7 üzemet nagy igénybevétel mellett és igényes környezetben. Ez a Hielscher ultrahangos kezelőberendezéseit olyan megbízható munkaeszközzé teszi, amely megfelel az Ön újrahasznosítási folyamatkövetelményeinek.

A legmagasabb minőség – Németországban tervezve és gyártva

Családi tulajdonban lévő és családi irányítású vállalkozásként a Hielscher a legmagasabb minőségi követelményeket helyezi előtérbe ultrahangos processzorai esetében. Minden ultrahangos kezelőberendezést a németországi, Berlin melletti Teltowban található központunkban tervezünk, gyártunk és alaposan tesztelünk. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága és megbízhatósága biztosítja, hogy megbízható munkaeszközként szolgáljanak az Ön termelésében. A teljes terhelés melletti, igényes környezetben történő, folyamatos 24/7 üzem a Hielscher nagy teljesítményű ultrahangos szondáinak és reaktorainak természetes jellemzője.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos kezelőberendezéseink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

Hasznos tudnivalók

Mik azok a lítiumion-akkumulátorok?

A lítiumion-akkumulátor, más néven Li-ion-akkumulátor, az újratölthető akkumulátorok egyik típusa. Az ólom- és nikkelalapú akkumulátorokhoz képest a lítiumion-eszközök katódot, anódot és vezetőként elektrolitot használnak.
Mint minden akkumulátor, a lítiumion-akkumulátorok is kémiai energiát tárolnak, amelyet ezután elektromos energiává alakítanak, hogy statikus elektromos töltést biztosítsanak az energiaellátáshoz.
A lítiumion-akkumulátorokat gyakran használják hordozható elektronikai eszközökben, például laptopokban és okostelefonokban, valamint elektromos járművekben. A lítiumion-akkumulátorok alkalmazása a hadsereg és a repülőgép- és űripari vállalatok részéről is egyre nagyobb érdeklődést vált ki.