Ultraskaņas izskalošanās pārveido akumulatoru pārstrādi un pilsētvides ieguvi
Izlietotās baterijas un elektroniskie atkritumi ir pildīti ar vērtīgiem materiāliem, piemēram, litiju, niķeli, mangānu un kobaltu, kas ir būtiski, lai augtu pieprasījums pēc atjaunojamās enerģijas un elektrisko transportlīdzekļu nozarēm. Pilsētu kalnrūpniecība — process, kurā šie metāli tiek atgūti no izmestām baterijām un citiem elektroniskajiem atkritumiem — ir daudzsološs ceļš uz aprites ekonomiku, samazinot nepieciešamību pēc neapstrādātas ieguves un samazinot atkritumu daudzumu. Galvenais paņēmiens šajā jomā ir ultraskaņas apstrāde, kas ir parādījusi milzīgas priekšrocības, uzlabojot metāla reģenerācijas rādītājus, samazinot apstrādes laiku un uzlabojot ilgtspējību.
Ultraskaņas apstrādes spēks akumulatoru pārstrādē un pilsētvides ieguvē: spēles mainītājs ilgtspējīgai resursu atgūšanai
(2024) pēta ultraskaņas kavitācijas ietekmi - sīkus triecienviļņus, ko rada augstas intensitātes ultraskaņas viļņi - uz izskalošanās procesu akumulatoru pārstrādei. Viņu pētījumi liecina, ka ultraskaņas apstrāde nav tikai neliels tradicionālās pārstrādes uzlabojums; Tas būtiski maina to, kā pārstrādes process mijiedarbojas ar akumulatora materiālu, padarot to ātrāku, efektīvāku un mazāk atkarīgu no skarbām ķīmiskām vielām.
Vairāk par pētījuma rezultātiem lasi zemāk!
Ultrasoniski uzlabota skābes izskalošanās darbojas divpadsmit reizes ātrāk nekā parastā skābes izskalošanās, pateicoties kavitācijas burbuļu labvēlīgajai mehāniskajai iedarbībai, kas plīst pie virsmas. Šī parādība uzlabo skābes šķīduma sajaukšanu, tādējādi uzlabojot transporta īpašības.
Attēls un pētījums: © Canciani et al., 2024
The Sonicator UIP16000hdT Droši apstrādā lielu metālu saturošu atkritumu vircas caurlaidspēju, veicinot dārgmetālu un rūdu izskalošanos.
Kā ultraskaņas apstrāde darbojas akumulatoru pārstrādē
Tipiskā akumulatoru pārstrādē katoda materiāli (kas satur vērtīgus metālus) tiek izšķīdināti skābā šķīdumā, ko sauc par procesu “Izskalošanās.” Šī pieeja ļauj atdalīt un atgūt metālus no akumulatora cietās struktūras. Tomēr parastā izskalošanās ir laikietilpīga, un bieži vien ir nepieciešamas stundas, lai panāktu ievērojamu metālu reģenerāciju. Tas prasa arī stipras skābes un augstu temperatūru, radot bažas par ietekmi uz vidi.
Ultraskaņas apstrāde pārveido šo procesu, pievienojot ultraskaņas viļņus tieši izskalošanās šķīdumā. 2024. gadā publicētajā Canciani et al. pētījumā pētnieki pārbaudīja šo metodi ar aizstājēja akumulatora materiālu - litija kobalta niķeļa mangāna oksīdu (NMC). Piemērojot ultraskaņas viļņus noteiktā frekvencē un amplitūdā, viņi konstatēja, ka ultraskaņas kavitācija samazina izskalošanās laiku par vairāk nekā 80%. Process noritēja no stundām līdz dažām minūtēm, piedāvājot revolucionāru efektivitātes uzlabojumu.
Ultraskaņas loma uzlabotā izskalošanā: zinātne aiz masas pārneses un ātruma
Ultraskaņas apstrāde ne tikai paātrina izskalošanos; Tas maina veidu, kā skābais šķīdums mijiedarbojas ar akumulatora daļiņām. Lieljaudas ultraskaņa rada miljoniem mikroskopisku burbuļu, kas šķīdumā ātri sabrūk, parādība, kas pazīstama kā kavitācija. Šī darbība rada intensīvus vietējos spēkus, kas noārda virsmas daļiņas un palielina mijiedarbību starp skābi un metāliem akumulatora materiālā.
(2024) šim procesam ir divas galvenās sekas uz akumulatoru materiāliem: tas palielina daļiņu porainību un samazina to lielumu, kā rezultātā dramatiski palielinās virsmas laukums. Ar lielāku virsmas laukumu skābe var plašāk mijiedarboties ar materiālu, tādējādi veicinot ātrāku izskalošanos. Autori novēroja, ka poru tilpums ultraskaņas paraugos palielinājās par lielumu, salīdzinot ar tiem, kas apstrādāti konvencionāli, radot vairāk ceļu skābei, lai izšķīdinātu metāla saturu.
SEM attēli daļiņām dažādos parastās (a–c) un ultraskaņas (d–f) izskalošanās laikos.
Attēls un pētījums: © Canciani et al., 2024
Ultraskaņas izskalošanās akumulatoru otrreizējā pārstrādē un pilsētvides ieguvē.
Ultraskaņas izskalošanās: uzlabotas transporta īpašības un mikro sajaukšana
Pētījums arī liecina, ka ultraskaņas kavitācija ne tikai uzlabo virsmas kontaktu, bet arī ievērojami uzlabo transporta īpašības. Būtībā tas nozīmē, ka skābes sadalījums pa akumulatora daļiņām kļūst vienmērīgāks, un kavitācijas izraisīta mikro sajaukšana nodrošina vienmērīgu iedarbību. Tas noved pie homogenizētas reakcijas vides, ļaujot skābei efektīvāk un vienmērīgāk izšķīdināt metālus.
Vēl viens ievērojams atklājums ir tas, ka ultraskaņas kavitācijas priekšrocības pārsniedz daļiņu izmēra samazināšanu. Pētnieki atklāja, ka kavitācija maina mijiedarbības mehānismu starp skābi un daļiņām, iespējams, pateicoties uzlabotai robežslāņa transportēšanai. Vienkārši izsakoties, kavitācija samazina šķidruma slāņa biezumu, kas apņem katru daļiņu, ļaujot ātrāk izšķīst metālam.
Daļiņu izmēra sadalījums pēc ultraskaņas un parastās izskalošanās
Attēls un pētījums: © Canciani et al., 2024
Ieguvumi pilsētvides kalnrūpniecībā un ilgtspējā
Ultraskaņas apstrādes efektivitātei akumulatoru pārstrādē ir milzīgs potenciāls pilsētu kalnrūpniecības nākotnei un ilgtspējīgai resursu atgūšanai. (2024) konstatējumi liecina, ka ultraskaņas apstrāde aizstās vai samazinās paļaušanos uz videi kaitīgu praksi:
- Ķīmiskās lietošanas samazināšana: Ultrasoniski uzlabota izskalošanās ļauj izmantot zaļākus šķīdinātājus, piemēram, etiķskābi, nevis skarbākas skābes, kas parasti nepieciešamas parastajai izskalošanai.
- Enerģijas prasību pazemināšana: Ar ultraskaņu izskalošanās notiek ātri istabas temperatūrā, nevis nepieciešama ilgstoša apkure, kas samazina enerģijas patēriņu un emisijas.
- Materiālu reģenerācijas palielināšana: Uzlabota virsmas mijiedarbība un uzlabota porainība palielina vērtīgo metālu reģenerācijas rādītājus, padarot pārstrādes procesu ekonomiski dzīvotspējīgu un videi draudzīgu.
Plašāka ietekme uz akumulatoru nozari
Tā kā ETL un atjaunojamās enerģijas tehnoloģijas paplašinās, pieprasījums pēc akumulatoriem un līdz ar to arī pēc tajos esošajiem metāliem pieaug. Pilsētu kalnrūpniecība ar ultraskaņas apstrādes uzlabotu pārstrādi piedāvā līdzekļus šo metālu ilgtspējīgai atgūšanai, samazinot vides slogu kalnrūpniecībai un piedāvājot slēgta cikla pieeju akumulatoru ražošanai un apglabāšanai.
Uz ultraskaņu balstītu pārstrādes metožu paplašināšana, šķīdinātāju kombināciju optimizēšana un ultraskaņas viļņu pielietošanas uzlabošana vēl vairāk palielinās efektivitāti. Hielscher Ultrasonics labprāt ieteiks ideālu ultraskaņas inline konfigurāciju jūsu izskalošanās procesam. Sazinieties ar mums tūlīt!
- augsta efektivitāte
- vismodernākās tehnoloģijas
- uzticamība & Stabilitāti
- regulējama, precīza procesa vadība
- Partijas & Iekļautās
- jebkuram sējumam
- inteliģenta programmatūra
- viedās funkcijas (piemēram, programmējamas, datu protokolēšana, tālvadības pults);
- viegli un droši lietojams
- zema apkope
- CIP (tīrā vietā)
Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā
Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.
Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus sajaukšanas lietojumiem, dispersijai, emulgācijai un ekstrakcijai laboratorijā, izmēģinājuma un rūpnieciskā mērogā.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas ir izskalošanās process?
Izskalošanās process ir metode, ko izmanto, lai iegūtu vērtīgus metālus no cietiem materiāliem, izšķīdinot tos šķidrā šķīdinātājā, parasti skābā šķīdumā. Šī metode noārda cieto matricu, ļaujot metāla joniem iekļūt šķīdumā, no kura tos var tālāk attīrīt un atgūt. Izskalošanos plaši izmanto kalnrūpniecībā un pārstrādē, lai atgūtu metālus no rūdām un atkritumiem.
Kāda ir atšķirība starp ieguvi un izskalošanos?
Gan ekstrakcija, gan izskalošanās attiecas uz procesiem, ko izmanto, lai atdalītu vērtīgas vielas no cieta materiāla, taču tie atšķiras pēc metodēm un kontekstiem. Ekstrakcija parasti attiecas uz plašāku metožu klāstu, ko izmanto, lai atdalītu konkrētu vielu, bieži izmantojot šķīdinātājus, lai to atdalītu no citām sastāvdaļām, un tā var ietvert dažādas fizikālas, ķīmiskas vai termiskas metodes. No otras puses, izskalošanās ir īpašs ekstrakcijas veids, kas ietver metālu vai citu šķīdinātāju izšķīdināšanu no cietas vielas šķidrumā, parasti izmantojot skābu vai sārmainu šķīdumu. Izskalošanos parasti izmanto kalnrūpniecībā, metalurģijā un pārstrādes procesos. Lai gan ekstrakciju var piemērot dažādām vielām, izskalošanās īpaši ietver izšķīdušo vielu selektīvu atdalīšanu no cietām vielām, izmantojot šķidrus šķīdinātājus.
Kādas ir tipiskās vielas, ko izmanto izskalošanai?
Tipiskas vielas, ko izmanto izskalošanai, ir **skābes**, **sārmi** un **šķīdinātāji** atkarībā no apstrādājamā materiāla. Parasti izmantotie izskalošanās līdzekļi ir:
- Skābes:
- Sērskābe: Bieži izmanto vara, niķeļa un urāna ieguvē.
- Sālsskābe: Izmanto metālu, piemēram, vara un zelta, izskalošanai.
- Slāpekļskābe: Parasti izmanto dārgmetālu, īpaši zelta un sudraba, izskalošanai.
- Etiķskābe: dažreiz izmanto videi draudzīgos vai organiskos izskalošanās procesos.
- Sārmi:
Nātrija hidroksīds (kaustiskā soda): Izmanto alumīnija oksīda ekstrakcijai no boksīta rūdas vai dažu metālu, piemēram, zelta un cinka, izskalošanai. - Šķīdinātājus:
- Cianīds: parasti izmanto zelta un sudraba ieguvē zelta izskalošanai no rūdas (cianidēšana).
- Amonjaks: Izmanto vara un citu parasto metālu izskalošanai.
Šīs vielas palīdz izšķīdināt konkrētus metālus vai minerālus no rūdām, atkritumiem vai citām cietām vielām, veicinot vērtīgu materiālu reģenerāciju.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.