Gli ultrasuoni rendono più efficiente il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio

Il litio è un materiale scarso e di grande valore presente nelle batterie ad alte prestazioni, come le batterie agli ioni di litio. Il litio è il materiale più prezioso che viene recuperato nel riciclaggio delle batterie agli ioni di litio, ma anche altri minerali e metalli come cobalto, manganese, nichel, rame e alluminio sono metalli preziosi per il recupero. L'ultrasonicazione ad alta intensità viene utilizzata come tecnica di agitazione e lisciviazione ad alta intensità per estrarre, rimuovere e sciogliere minerali e metalli preziosi dalle batterie esaurite. Il metodo di sonicazione è altamente efficace, efficiente dal punto di vista energetico, ed è prontamente disponibile per l'installazione in impianti di riciclaggio completamente commerciali.

Panoramica: Processo di riciclaggio delle batterie agli ioni di litio

Il processo di riciclaggio di metalli e materiali preziosi dalle batterie agli ioni di litio esaurite prevede in genere diverse fasi. Ecco una panoramica generale:

  1. Raccolta e smistamento: Le batterie agli ioni di litio esauste vengono raccolte e smistate in base al tipo e alla composizione chimica.
  2. Smontaggio: In primo luogo, il coperchio di plastica della batteria viene rotto e rimosso. Successivamente, la batteria nuda viene messa in azoto liquido per neutralizzare le sostanze reattive ed esplosive. Questa fase consente di evitare l'improvviso rilascio di tutta l'energia immagazzinata e la conseguente accensione ed esplosione ad essa associata. Successivamente, le batterie vengono smontate per separare i diversi componenti, come il catodo, l'anodo, l'elettrolita e l'involucro.
  3. Triturazione: Le batterie smontate vengono sminuzzate in pezzi più piccoli per aumentare la superficie per i processi successivi.
  4. Delaminazione dell'elettrodo: Prima del trattamento di estrazione del metallo, gli elettrodi isolati, cioè catodo e anodo, devono essere ulteriormente disassemblati. Poiché il materiale del catodo è generalmente attaccato al foglio di alluminio da un legante, comunemente il fluoruro di polivinilidene (PVDF) o il politetrafluoroetilene (PTFE), è un compito difficile rimuovere il catodo e il foglio di alluminio l'uno dall'altro.
  5. Trattamento chimico: I componenti della batteria triturati vengono sottoposti a vari trattamenti chimici per sciogliere e separare i diversi materiali. Ciò può comportare la lisciviazione con acido o altri solventi per estrarre metalli preziosi come litio, cobalto, nichel e rame.
  6. Recupero e purificazione: I metalli disciolti vengono poi recuperati dalla soluzione attraverso processi come la precipitazione, l'estrazione con solventi o i metodi elettrochimici. Queste fasi contribuiscono a purificare e concentrare i metalli preziosi.

Recupero dei metalli preziosi migliorato dalla sonicazione

Gli ultrasuoni di potenza possono migliorare le fasi di delaminazione degli elettrodi e di lisciviazione dei metalli e dei materiali preziosi, intensificando le reazioni e rendendo così il processo di recupero molto più efficiente. L'ultrasuonoterapia è una tecnica che utilizza onde ultrasonore ad alta intensità per creare vibrazioni meccaniche e cavitazione acustica in un mezzo liquido. Le forti forze dell'ultrasuono sono utilizzate per migliorare il processo di riciclaggio dei metalli preziosi dalle batterie agli ioni di litio esauste in diversi modi:
 

  1. Disintegrazione: Gli ultrasuoni rompono i materiali della batteria triturati in modo da creare particelle più piccole. Le particelle più piccole offrono una maggiore superficie che rende più efficace la lisciviazione chimica, favorendo la liberazione dei metalli preziosi.
  2. Miglioramento della lisciviazione: L'applicazione degli ultrasuoni durante i processi di lisciviazione può migliorare il contatto tra il materiale solido e la soluzione di lisciviazione, aumentando l'efficienza dell'estrazione dei metalli. La lisciviazione a ultrasuoni favorisce l'estrazione dei metalli e aumenta la resa del recupero di metalli e minerali come cobalto, manganese, nichel, rame e alluminio.
  3. Miglioramento della delaminazione degli elettrodi: L'obiettivo della delaminazione degli elettrodi durante il riciclaggio delle batterie è quello di separare i diversi componenti, come elettrodi, elettroliti e separatori, in modo che possano essere ulteriormente trattati o riciclati singolarmente. Gli ultrasuoni favoriscono il distacco e la rimozione dei rivestimenti dall'elettrodo. Le forze sonomeccaniche favoriscono la separazione efficiente degli strati degli elettrodi.
  4. Reazioni accelerate: Gli ultrasuoni favoriscono una miscelazione più rapida e completa, che può accelerare le reazioni chimiche durante le fasi di recupero e purificazione dei metalli.
  5. Riduzione del consumo energetico: L'ultrasonicazione può migliorare l'efficienza del processo, riducendo il tempo e l'energia necessari per il recupero dei metalli dalle batterie esauste.

 
Gli ultrasuoni possono svolgere un ruolo positivo nel migliorare il processo di riciclaggio di metalli e materiali preziosi dalle batterie agli ioni di litio esauste, aumentando l'efficacia e l'efficienza delle varie fasi del processo di riciclaggio.
Le fasi del processo di lisciviazione metallica a ultrasuoni e delaminazione degli elettrodi possono essere adattate ai singoli processi di riciclaggio, che possono variare man mano che le aziende specializzate nel riciclaggio delle batterie agli ioni di litio sviluppano e modificano i loro processi per ottenere la massima efficienza.

UIP4000hdT - Potente processore a ultrasuoni da 4000 watt per la separazione dei catodi e la lisciviazione dei metalli durante il riciclaggio delle batterie Li-ion usate.

UIP4000hdT – Processore ad ultrasuoni da 4kW per il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio

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Ultrasuoni per il recupero altamente efficiente di
 

  • Litio
  • cobalto
  • manganese
  • Nichel
  • Rame
  • alluminio
  • LiCoO2
  • Grafite

Cavitazione ad ultrasuoni per la separazione dei catodi

L'ecografia separa i materiali catodici dal foglio di alluminio per effetto della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ad ultrasuoni è determinata da pressioni elevate che si verificano localmente, da temperature elevate e dalle loro successive cadute con conseguenti differenze di pressione e di temperatura, nonché da intense microturbolenze e da microgetti ad alto taglio. Queste forze cavitazionali influenzano i confini della superficie, promuovono il trasferimento di massa e causano l'erosione. Generando tali intense forze di natura chimica, fisica, termica e meccanica, la cavitazione ultrasonica crea l'agitazione necessaria e il trasferimento di massa per rompere la struttura organica del legante utilizzato nelle batterie agli ioni di litio per fissare il catodo al collettore / foglio di alluminio.
Mentre l'agitazione meccanica, come la sola agitazione, è insufficiente per staccare efficacemente il materiale catodico dal foglio di alluminio, l'ultrasuonicazione ad alta intensità fornisce l'energia sonorochimica e sonomeccanica necessaria per rimuovere completamente il materiale catodico dai collettori. In contrasto con l'agitazione meccanica, la cavitazione ultrasonica genera intense turbolenze, temperature e pressioni localmente elevate, nonché agitazione, flusso e getti di liquidi, che rompono il legante, ad esempio PVDF o PTFE, che collegano il catodo al foglio di Al, ed erode la superficie di entrambi, catodo e foglio di Al. In questo modo, il legante tra entrambi i materiali viene adeguatamente distrutto e il catodo e la lamina di alluminio vengono efficacemente separati.
Ad esempio, la separazione ad ultrasuoni comporta un'elevata efficienza della rimozione dei catodi del 99% utilizzando N-metil-2-pirrolidone (NMP) come solvente a 70°C (240 W ultrasonic power, e 90 min ultrasonic processing time). Poiché la separazione a ultrasuoni del catodo disperde il materiale in modo uniforme ed evita agglomerati più grandi, il successivo processo di lisciviazione del metallo è facilitato.
Per saperne di più sulla delaminazione degli elettrodi a ultrasuoni per recuperare i materiali attivi e le lamine dei collettori di corrente!

"Ultrasuonatore

Delaminazione dell'elettrodo a ultrasuoni per il riciclaggio delle batterie

Miniatura del video

 

Lisciviazione ad ultrasuoni dei minerali

Gli effetti cavitazionali degli ultrasuoni sopra descritti favoriscono anche la lisciviazione dei metalli dalle batterie esauste. L'ultrasuonoterapia ad alta intensità non è utilizzata solo per recuperare i minerali nel riciclaggio delle batterie, ma è spesso impiegata anche nell'idrometallurgia e nella lisciviazione di minerali preziosi (ad esempio, gli sterili delle miniere). Le alte temperature localizzate, le pressioni e le forze di taglio intensificano la lisciviazione dei metalli e aumentano notevolmente l'efficienza della lisciviazione. Mentre nei punti caldi della cavitazione si verificano temperature localizzate molto estreme, fino a 1000 K, le condizioni complessive di lisciviazione richiedono solo una temperatura moderata di circa 50-60°C. Ciò rende il recupero dei metalli a ultrasuoni efficiente ed economico.
La lisciviazione ad ultrasuoni dei minerali dalle batterie agli ioni di litio esaurite è caratterizzata da elevati tassi di recupero ed efficienza. Ad esempio, l'acido solforico (H2SO4) è stato utilizzato con successo come agente di lisciviazione in presenza di perossido di idrogeno (H2O2) durante il recupero ultrasonico dei minerali dal catodo. La lisciviazione ad ultrasuoni con acido solforico ha portato a tassi di recupero del 94,63% per il cobalto e del 98,62% per il litio, rispettivamente.
La lisciviazione ad ultrasuoni con acido citrico organico (C6H8O7-H2O) porta a recuperi molto elevati di rame e litio, ottenendo il 96% di rame e quasi il 100% di litio dalle batterie agli ioni di litio esauste.

Reattore industriale a ultrasuoni multi-sonda per il recupero dei metalli dalle batterie agli ioni di litio esauste. La lisciviazione a ultrasuoni offre elevati rendimenti di recupero di litio, cobalto, rame, alluminio e nichel.

MultiSonoReactor con fino a 5 sonde a ultrasuoni: miscelatore industriale a ultrasuoni ad alta intensità per il trattamento in linea, ad esempio per la lisciviazione dei metalli, la separazione di catodi e fogli di alluminio e l'estrazione di minerali da batterie agli ioni di litio esauste.


La UIP16000 è un potente miscelatore ultrasonico ad alto potere di taglio da 16 kW utilizzato per applicazioni impegnative come la lisciviazione dei metalli, le dispersioni minerali e l'omogeneizzazione di impasti altamente viscosi e abrasivi.

UIP16000, un potente omogeneizzatore a ultrasuoni da 16.000 watt per l'estrazione di minerali, la lisciviazione dei metalli e la separazione del catodo nel riciclaggio delle batterie

Vantaggi della tecnologia di riciclo delle batterie a ultrasuoni
 

  • alta efficienza
  • Tecnica consolidata
  • Semplicità d'uso
  • Basso / non tossico uso di solventi
  • Quasi nessuna emissione di gas di scarico / impronta di CO2
  • Sicuro
  • Rispettoso dell'ambiente

Semplice e sicuro: Scale-up a ultrasuoni dai test di fattibilità al riciclaggio industriale

Apparecchiature ad ultrasuoni ad alte prestazioni per il riciclaggio di batterie agli ioni di litio sono prontamente disponibili per l'installazione da banco, pilota e industriale. Poiché la separazione dei catodi a ultrasuoni e la lisciviazione a ultrasuoni dei minerali dalle batterie esauste sono processi già consolidati, il processo dalle prime prove, l'ottimizzazione alle vostre specifiche esigenze di processo e l'installazione di un sistema di separazione e/o lisciviazione a ultrasuoni completamente industriale è semplice e veloce.

Ultrasuoni ad alte prestazioni per il riciclaggio delle batterie

Cella di flusso UIP4000hdT per sonicazione in linea su scala industrialeHielscher Ultrasonics fornisce ultrasuoni ad alte prestazioni di qualsiasi dimensione e capacità. Con l'UIP16000 (16kW), Hielscher produce il processore ad ultrasuoni più potente al mondo. L'UIP16000 così come tutti gli altri sistemi industriali ad ultrasuoni possono essere facilmente raggruppati alla capacità di elaborazione richiesta. Tutti gli ultrasuoni Hielscher sono costruiti per il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti esigenti.
Ultrasuoni Hielscher’ I processori industriali ad ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati.

Sonde a ultrasuoni e reattori sonori per qualsiasi volume

La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori ad ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota fino ai processori ad ultrasuoni completamente industriali con la capacità di processare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi l'attrezzatura ad ultrasuoni più adatta alla vostra applicazione, alla capacità di processo e agli obiettivi di produzione.

Ampiezze precisamente controllabili per risultati ottimali

Gli ultrasuonatori Hielscher possono essere controllati a distanza tramite un controllo via browser. I parametri di sonicazione possono essere monitorati e regolati con precisione in base ai requisiti del processo.Tutti i processori ad ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e quindi affidabili cavalli di lavoro in R&D e produzione. L'ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l'efficienza e l'efficacia delle reazioni indotte sonicamente e sonomeccanicamente. Tutti gli Ultrasonici Hielscher’ I processori consentono di impostare con precisione l'ampiezza. I sonotrodi e le trombe di richiamo sono accessori che permettono di modificare l'ampiezza in una gamma ancora più ampia. I processori industriali ad ultrasuoni di Hielscher sono in grado di fornire ampiezze molto elevate e di fornire l'intensità ultrasonica richiesta per le applicazioni più esigenti. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Le impostazioni precise dell'ampiezza e il monitoraggio permanente dei parametri di processo a ultrasuoni tramite un software intelligente offrono la possibilità di separare il catodo dal foglio di alluminio e di lisciviare i minerali e i metalli dalle batterie agli ioni di litio esauste nelle condizioni più efficaci di ultrasuoni. Sonicazione ottimale per il riciclaggio più efficiente delle batterie agli ioni di litio!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Questo rende l'apparecchiatura ad ultrasuoni di Hielscher uno strumento di lavoro affidabile che soddisfa i requisiti del vostro processo di riciclaggio.

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

In quanto azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher dà la priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e accuratamente testati nella nostra sede centrale di Teltow vicino a Berlino, Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher ne fanno un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili è una caratteristica naturale delle sonde e dei reattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Particolarità / Cose da sapere

Batterie agli ioni di litio

Una batteria agli ioni di litio, anche questa agli ioni di litio, è un tipo di batteria ricaricabile. Rispetto alle batterie al piombo e al nichel, i dispositivi agli ioni di litio utilizzano come conduttore un catodo, un anodo e un elettrolita.
Come tutte le batterie, le batterie agli ioni di litio immagazzinano energia chimica, che viene poi convertita in energia elettrica per fornire una carica elettrica statica per l'alimentazione.
Le batterie agli ioni di litio sono comunemente usate per l'elettronica portatile come laptop, smart phone e veicoli elettrici. L'applicazione delle batterie agli ioni di litio suscita anche un crescente interesse da parte delle aziende militari e aerospaziali.

Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.

Saremo lieti di discutere il vostro processo.

Mettiamoci in contatto.