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

Il litio è un materiale scarso e di elevato valore presente nelle batterie ad alte prestazioni, come le batterie agli ioni di litio. Il litio è il materiale di maggior valore recuperato nel riciclo delle batterie agli ioni di litio, ma anche altri minerali e metalli, come cobalto, manganese, nichel, rame e alluminio, sono metalli preziosi da recuperare. La sonicazione ad alta intensità viene utilizzata come tecnica di agitazione ad alto taglio e di lisciviazione per estrarre, rimuovere e dissolvere minerali e metalli di valore dalle batterie esauste. Il metodo di sonicazione è altamente efficace, efficiente dal punto di vista energetico e prontamente disponibile per l’installazione in impianti di riciclo pienamente operativi su scala commerciale.

Panoramica: il processo di riciclo delle batterie agli ioni di litio

Il processo di riciclo dei metalli e dei materiali preziosi dalle batterie esauste agli ioni di litio prevede generalmente diverse fasi. Ecco una panoramica generale:

1. Raccolta e selezione: Le batterie esauste agli ioni di litio vengono raccolte e selezionate in base al tipo e alla composizione chimica.
2. Smontaggio: innanzitutto, il rivestimento in plastica della batteria viene frantumato e rimosso. Successivamente, la batteria priva di rivestimento viene immersa in azoto liquido per neutralizzare le sostanze reattive ed esplosive. Questa fase garantisce che vengano prevenuti il rilascio improvviso di tutta l’energia immagazzinata e la conseguente accensione ed esplosione associate. Le batterie vengono poi smontate per separare i diversi componenti, come catodo, anodo, elettrolita e involucro.
3. Triturazione: Le batterie smontate vengono triturate in pezzi più piccoli per aumentare la superficie disponibile per i processi successivi.
4. Delaminazione degli elettrodi: Prima del trattamento di estrazione dei metalli, gli elettrodi isolati, ossia catodo e anodo, devono essere ulteriormente smontati. Poiché il materiale catodico è generalmente fissato al foglio di alluminio mediante un legante, comunemente fluoruro di polivinilidene (PVDF) o politetrafluoroetilene (PTFE), separare il catodo dal foglio di alluminio è un’operazione difficile.
5. Trattamento chimico: I componenti triturati delle batterie vengono sottoposti a vari trattamenti chimici per dissolvere e separare i diversi materiali. Ciò può comprendere la lisciviazione con acidi o altri solventi per estrarre metalli di valore come litio, cobalto, nichel e rame.
6. Recupero e purificazione: I metalli disciolti vengono quindi recuperati dalla soluzione mediante processi quali precipitazione, estrazione con solventi o 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 significativamente più efficiente. La sonicazione è una tecnica che utilizza onde ultrasoniche ad alta intensità per creare vibrazioni meccaniche e cavitazione acustica in un mezzo liquido. Le intense forze generate dalla sonicazione vengono utilizzate per migliorare il processo di riciclo dei metalli preziosi dalle batterie esauste agli ioni di litio in diversi modi:
 

1. Disgregazione: La sonicazione disgrega i materiali triturati delle batterie, generando particelle più piccole. Le particelle più piccole offrono una superficie maggiore, che rende più efficace la lisciviazione chimica e favorisce la liberazione dei metalli di valore.
2. Lisciviazione migliorata: L’applicazione della sonicazione 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 di recupero di metalli e minerali come cobalto, manganese, nichel, rame e alluminio.
3. Delaminazione degli elettrodi migliorata: L’obiettivo della delaminazione degli elettrodi durante il riciclo delle batterie è separare i diversi componenti, come elettrodi, elettroliti e separatori, affinché possano essere ulteriormente trattati o riciclati singolarmente. La sonicazione favorisce il distacco e la rimozione dei rivestimenti dall’elettrodo. Le forze sonomeccaniche favoriscono la separazione efficiente degli strati degli elettrodi.
4. Reazioni accelerate: La sonicazione favorisce una miscelazione più rapida e completa, che può accelerare le reazioni chimiche durante le fasi di recupero e purificazione dei metalli.
5. Consumo energetico ridotto: La sonicazione può migliorare l’efficienza del processo, riducendo il tempo e l’energia necessari per il recupero dei metalli dalle batterie esauste.

 
La sonicazione può contribuire a migliorare il processo di riciclo dei metalli e dei materiali preziosi dalle batterie esauste agli ioni di litio, aumentando l’efficacia e l’efficienza delle diverse fasi del processo di riciclo.
Le fasi di lisciviazione dei metalli e di delaminazione degli elettrodi a ultrasuoni possono essere adattate ai singoli processi di riciclo, che possono variare man mano che le aziende specializzate nel riciclo delle batterie agli ioni di litio sviluppano e modificano i propri processi per ottenere la massima efficienza.

Cavitazione ultrasonica per la separazione del catodo

La sonicazione separa i materiali catodici dal foglio di alluminio attraverso gli effetti della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ultrasonica è caratterizzata da pressioni e temperature elevate che si verificano localmente e dai loro successivi cali, che producono i rispettivi differenziali di pressione e temperatura, oltre a intense microturbolenze e microgetti ad alto taglio. Queste forze di cavitazione agiscono sulle interfacce superficiali, favoriscono il trasferimento di massa e causano erosione. Generando forze così intense di natura chimica, fisica, termica e meccanica, la cavitazione ultrasonica crea l’agitazione e il trasferimento di massa necessari per rompere la struttura del legante organico utilizzato nelle batterie agli ioni di litio per fissare il catodo al collettore / foglio di alluminio.
Mentre la sola agitazione meccanica, ad esempio mediante mescolamento, è insufficiente per staccare efficacemente il materiale catodico dal foglio di alluminio, la sonicazione ad alta intensità fornisce l’energia sonochimica e sonomeccanica necessaria per rimuovere completamente il materiale catodico dai collettori. Rispetto al mescolamento meccanico, la cavitazione ultrasonica genera intense turbolenze, temperature e pressioni localmente elevate, oltre ad agitazione, flussi e getti di liquido, che disgregano il legante, ad esempio PVDF o PTFE, che collega il catodo al foglio di Al, ed erodono la superficie sia del catodo sia del foglio di Al. In questo modo, il legante tra i due materiali viene adeguatamente distrutto e il catodo e il foglio di alluminio vengono separati efficacemente.
Ad esempio, la separazione a ultrasuoni consente di ottenere un’elevata efficienza di rimozione del catodo, pari al 99%, utilizzando N-metil-2-pirrolidone (NMP) come solvente a 70°C (potenza ultrasonica di 240 W e tempo di trattamento a ultrasuoni di 90 min). Poiché la separazione del catodo a ultrasuoni disperde uniformemente il materiale e impedisce la formazione di agglomerati più grandi, il successivo processo di lisciviazione dei metalli risulta facilitato.
Scoprite di più sulla delaminazione degli elettrodi a ultrasuoni per recuperare i materiali attivi e i fogli dei collettori di corrente!

Lisciviazione dei minerali a ultrasuoni

Gli effetti della cavitazione ultrasonica descritti sopra favoriscono anche la lisciviazione dei metalli dalle batterie esauste. La sonicazione ad alta intensità non viene utilizzata soltanto per recuperare minerali nel riciclo delle batterie, ma è anche frequentemente impiegata nell’idrometallurgia e nella lisciviazione di minerali preziosi, ad esempio dai residui minerari. Le elevate temperature, pressioni e forze di taglio localizzate intensificano la lisciviazione dei metalli e ne aumentano significativamente l’efficienza. Mentre nei punti caldi della cavitazione si verificano localmente temperature estremamente elevate, fino a 1000 K, le condizioni complessive di lisciviazione richiedono soltanto una temperatura moderata di circa 50–60°C. Ciò rende il recupero dei metalli a ultrasuoni efficiente dal punto di vista energetico ed economico.
La lisciviazione dei minerali a ultrasuoni dalle batterie esauste agli ioni di litio 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 dei minerali dal catodo a ultrasuoni. La lisciviazione a ultrasuoni con acido solforico ha prodotto tassi di recupero rispettivamente del 94,63% per il cobalto e del 98,62% per il litio.
La lisciviazione a ultrasuoni con acido citrico organico (C6H8O7·H2O) consente di ottenere recuperi molto elevati di rame e litio, recuperando il 96% del rame e quasi il 100% del litio dalle batterie esauste agli ioni di litio.

Semplice e sicuro: passaggio di scala dei processi a ultrasuoni dalle prove di fattibilità al riciclo industriale

Le apparecchiature a ultrasuoni ad alte prestazioni per il riciclo delle batterie agli ioni di litio sono prontamente disponibili per installazioni da banco, pilota e industriali. Poiché la separazione del catodo a ultrasuoni e la lisciviazione dei minerali a ultrasuoni dalle batterie esauste sono già processi consolidati, il percorso dalle prime prove all’ottimizzazione in base ai requisiti specifici del vostro processo e all’installazione di un sistema di separazione e/o lisciviazione a ultrasuoni completamente industriale è rapido e semplice.
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Sonicatori ad alte prestazioni per il riciclo delle batterie

Hielscher Ultrasonics fornisce sonicatori ad alte prestazioni di ogni dimensione e capacità. Con UIP16000 (16kW), Hielscher produce il processore a ultrasuoni più potente al mondo. UIP16000, così come tutti gli altri sistemi industriali a ultrasuoni, può essere facilmente combinato in gruppi per ottenere la capacità di trattamento richiesta. Tutti i sonicatori Hielscher sono costruiti per il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti impegnativi.
I processori industriali a ultrasuoni di Hielscher Ultrasonics possono erogare ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente mantenute in modo continuo durante il funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati.

Sonde a ultrasuoni e sonoreattori per qualsiasi volume

La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l’intero spettro dei processori a ultrasuoni, dai sonicatori compatti da laboratorio ai sistemi da banco e pilota, fino ai processori a ultrasuoni completamente industriali con una capacità di trattamento pari a carichi di camion all’ora. La gamma completa di prodotti ci consente di offrirvi le apparecchiature a ultrasuoni più adatte alla vostra applicazione, alla capacità del processo e agli obiettivi di produzione.

Ampiezze controllabili con precisione per risultati ottimali

Tutti i processori a ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e costituiscono pertanto strumenti di lavoro affidabili nella ricerca e sviluppo e nella produzione. L’ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l’efficienza e l’efficacia delle reazioni indotte per via sonochimica e sonomeccanica. Tutti i processori di Hielscher Ultrasonics consentono di impostare con precisione l’ampiezza. I sonotrodi e gli amplificatori di ampiezza sono accessori che consentono di modificare l’ampiezza in un intervallo ancora più ampio. I processori industriali a ultrasuoni di Hielscher possono erogare ampiezze molto elevate e fornire l’intensità ultrasonica richiesta per applicazioni impegnative. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente mantenute in modo continuo durante il funzionamento 24/7.
Le impostazioni precise dell’ampiezza e il monitoraggio continuo dei parametri del processo a ultrasuoni tramite software intelligente vi consentono di separare il catodo dal foglio di alluminio e di lisciviare minerali e metalli dalle batterie esauste agli ioni di litio nelle condizioni ultrasoniche più efficaci. Sonicazione ottimale per la massima efficienza nel riciclo delle batterie agli ioni di litio!
La robustezza dei sonicatori Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi. Questo rende i sonicatori Hielscher strumenti di lavoro affidabili che soddisfano i requisiti del vostro processo di riciclo.

Massima qualità – progettati e fabbricati in Germania

In quanto azienda a proprietà e gestione familiare, Hielscher dà priorità ai più elevati standard di qualità per i propri processori a ultrasuoni. Tutti i sonicatori vengono progettati, fabbricati e sottoposti a prove approfondite presso la nostra sede di Teltow, vicino a Berlino, in Germania. La robustezza e l’affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher le rendono strumenti di lavoro affidabili nella vostra produzione. Il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti impegnativi è una caratteristica naturale delle sonde e dei reattori a ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher.

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:

Informazioni utili

Che cosa sono le batterie agli ioni di litio?

Una batteria agli ioni di litio, detta anche batteria Li-ion, è un tipo di batteria ricaricabile. Rispetto alle batterie a base di piombo e nichel, i dispositivi agli ioni di litio utilizzano un catodo, un anodo e un elettrolita come conduttore.
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 utilizzate nei dispositivi elettronici portatili, come computer portatili e smartphone, nonché nei veicoli elettrici. L’impiego delle batterie agli ioni di litio suscita inoltre un interesse crescente da parte del settore militare e delle aziende aerospaziali.