Ultraskaņas litija jonu akumulatoru otrreizējai pārstrādei

  • Litija jonu baterijas, ko izmanto elektriskajās automašīnās, tikai tagad nonāk masu tirgū, un ar to ir jāattīsta pārstrādes jaudas.
  • Ultraskaņas izskalošanās ir efektīvs, videi draudzīgs paņēmiens, lai atgūtu tādus metālus kā Li, Mg, Co, Ni uc no izlietotajām litija jonu baterijām.
  • Hielscher rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas izskalošanās lietojumiem ir uzticamas un izturīgas, un tās var viegli integrēt esošajās pārstrādes rūpnīcās.

Litija jonu akumulatoru otrreizēja pārstrāde

Litija jonu baterijas plaši izmanto elektriskajos transportlīdzekļos (EV), klēpjdatoros un mobilajos telefonos. Tas nozīmē, ka izlietotās litija jonu baterijas ir pašreizējais izaicinājums attiecībā uz atkritumu apsaimniekošanu un pārstrādi. Baterijas ir galvenais EBD izmaksu virzītājspēks, un to apglabāšana ir dārga. Vides un ekonomiskie aspekti push slēgtā otrreizējās pārstrādes ciklā, jo bateriju atkritumi satur vērtīgus materiālus un palīdz samazināt oglekļa nospiedumu ražošanas litija-jonu baterijas.
Litija jonu akumulatoru otrreizējā pārstrāde turpina attīstīties plaukstošajai nozares nozarei, lai nodrošinātu retzemju metālu un citu akumulatoru komponentu pieejamību nākotnē un samazinātu ieguves rūpniecības radītās vides izmaksas.

Informācijas pieprasījums




Ņemiet vērā, ka mūsu Privātuma politika.


Hielscher's ultrasonicators are reliable and robust systems for the leaching of metals.

48kW ultraskaņas procesors
piemēram, metālu izskalošanai

Pirometalurģiskā un hidrometalurģiskā pārstrāde vs ultraskaņas akumulatoru pārstrāde

Zemāk mēs salīdzinām parastās pirometalurģisko un hidrometalurģisko procesu metodes ar ultraskaņas izskalošanās tehniku attiecībā uz priekšrocībām un trūkumiem.

Parastās akumulatoru reciklēšanas trūkumi

Tradicionālās metodes, ko izmanto litija jonu akumulatoru pārstrādei, ietver pirometalurģijas un hidrometalurģijas procesus.
 
Pirometalurģijas metodes ietver augstas temperatūras procesus, piemēram, kausēšanu vai sadedzināšanu. Baterijas tiek pakļautas ārkārtējam karstumam, izraisot organisko komponentu izdegšanu, un atlikušās metāla sastāvdaļas tiek izkausētas un atdalītas. Tomēr šīm metodēm ir daži trūkumi:

  • Ietekme uz vidi: Pirometalurģijas procesi atmosfērā izdala kaitīgas emisijas un piesārņotājus, veicinot gaisa piesārņojumu un potenciāli apdraudot veselību.
  • Materiālu zudums: Augstas temperatūras procesi var izraisīt vērtīgu materiālu un metālu zudumu termiskās degradācijas dēļ, samazinot kopējo reģenerācijas ātrumu.
  • Energoietilpīgs: Šīs metodes parasti prasa ievērojamu enerģijas ieguldījumu, kas palielina darbības izmaksas un vides pēdas nospiedumu.

 
Hidrometalurģijas metodes ietver ķīmisku izskalošanos, lai izšķīdinātu akumulatora komponentus un iegūtu vērtīgus metālus. Lai gan hidrometalurģija ir videi draudzīgāka nekā pirometalurģijas metodes, tai ir savi trūkumi:

  • Ķīmiskais lietojums: Izskalošanai ir nepieciešamas stipras skābes vai citas kodīgas ķīmiskas vielas, kas rada bažas par ķīmisko vielu apstrādi, atkritumu apsaimniekošanu un iespējamo vides piesārņojumu.
  • Selektivitātes izaicinājumi: Var būt grūti panākt vēlamo metālu selektīvu izskalošanos, kas noved pie zemākiem reģenerācijas rādītājiem un iespējamiem vērtīgu resursu zaudējumiem.

 

Ultraskaņas akumulatora izskalošanās priekšrocības salīdzinājumā ar parastajām metodēm

Salīdzinot ar abiem, pirometalurģijas un hidrometalurģijas pārstrādes metodes, ultraskaņas akumulatoru pārstrādes tehnika konkurē dažādu priekšrocību dēļ:

  1. Uzlabota efektivitāte: Ultraskaņas ultraskaņas apstrāde var paātrināt akumulatora materiālu sadalīšanos, kā rezultātā tiek īsāks apstrādes laiks un augstāka vispārējā efektivitāte.
  2. Uzlaboti atgūšanas rādītāji: Kontrolēta ultraskaņas kavitācijas pielietošana uzlabo akumulatora komponentu sadalījumu, palielinot vērtīgo metālu atgūšanas rādītājus.
  3. Videi draudzīgs: Ultraskaņas pārstrāde samazina paļaušanos uz augstām temperatūrām un skarbām ķīmiskām vielām, samazinot ietekmi uz vidi un samazinot piesārņotāju emisijas.
  4. Selektīvā izskalošanās: Kontrolēta ultraskaņas pielietošana ļauj mērķtiecīgi traucēt konkrētus komponentus akumulatorā, tos efektīvi atdalot. Tā kā dažādi pārstrādājami akumulatoru savienojumi tiek noņemti un izšķīdināti noteiktā ultraskaņas intensitātē, optimizēti apstrādes parametri ļauj selektīvi izskalot atsevišķus materiālus. Tas atvieglo vērtīgu metālu un materiālu efektīvu atdalīšanu.
  5. Samazināts enerģijas patēriņš: Salīdzinot ar abiem, hidrometalurģijas un jo īpaši pirometalurģijas metodēm, ultraskaņas pārstrāde parasti ir energoefektīvāka, kā rezultātā samazinās ekspluatācijas izmaksas un samazināta oglekļa pēda.
  6. Mērogojamība un elastība: Ultraskaņas sistēmas var viegli palielināt vai samazināt, lai pielāgotos dažādiem akumulatoru izmēriem un ražošanas jaudām. Turklāt ultrasonikatorus akumulatoru pārstrādei var viegli integrēt jau esošajās akumulatoru pārstrādes iekārtās. Viegli pieejams dažādos jaudas skalos un atbilstošos piederumos, piemēram, ultraskaņas zondes un plūsmas šūnu reaktoros, ultrasonikatori var apstrādāt baterijas komponentus dažādos izmēros un ražošanas jaudās, nodrošinot mērogojamību un pielāgojamību pārstrādes procesos.
  7. Sinerģiska integrācija: Ultraskaņas izskalošanos var integrēt esošajās hidrometalurģijas akumulatoru pārstrādes līnijās, lai pastiprinātu un uzlabotu vērtīgo metālu un materiālu hidrometalurģisko izskalošanos no izlietotām litija jonu baterijām.

Kopumā ultraskaņas akumulatoru pārstrāde parāda solījumu kā videi draudzīgāku, efektīvāku un selektīvāku metodi, salīdzinot ar tradicionālajām pirometalurģijas un hidrometalurģijas pieejām.

 

Jaudīgi ultraskaņas kavitācija pie Hielscher Cascatrode

Jaudīgi ultraskaņas kavitācija pie Hielscher Cascatrode

 

Informācijas pieprasījums




Ņemiet vērā, ka mūsu Privātuma politika.


Rūpnieciskā ultraskaņas izskalošanās metāla atgūšanai no izlietotām baterijām

Ultraskaņas izskalošanās un metālu ekstrakcijas var izmantot litija kobalta oksīda bateriju pārstrādes procesiem (piemēram, no klēpjdatoriem, viedtālruņiem uc), kā arī sarežģītām litija-niķeļa-mangāna-kobalta baterijām (piemēram, no elektriskajiem transportlīdzekļiem).
Rūpnieciskais vairāku zondu ultraskaņas reaktors metāla atgūšanai no izlietotām litija jonu baterijām. Ultarsonic izskalošanās nodrošina augstu litija, kobalta, vara, alumīnija un niķeļa reģenerācijas ražu.Lieljaudas ultraskaņa ir labi pazīstama ar savu spēju apstrādāt ķīmiskos šķidrumus un vircas, lai uzlabotu masas pārnesi un uzsāktu ķīmiskās reakcijas.
Intensīvais jaudas ultrasonication efekts balstās uz akustiskās kavitācijas fenomenu. Savienojot lieljaudas ultraskaņu šķidrumos / vircas, mainīgie zema spiediena un augsta spiediena viļņi šķidrumos rada nelielu vakuuma burbuļu. Mazie vakuuma tukšumi palielināsies dažādos zema spiediena / augsta spiediena ciklos, līdz tiek izmainīta nežēlīgi. Slaucošos vakuuma burbuļus var uzskatīt par mikroreaktoriem, kuru temperatūra ir līdz 5000K, spiedienam līdz 1000tm, kā arī sildīšanas un dzesēšanas ātrumam virs 10-10 Rasties. Turklāt tiek radīti spēcīgi hidrodinamiskie bīdes spēki un šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 280 m / s. Šie ekstremālie akustiskās kavitācijas apstākļi rada ārkārtas fizikālos un ķīmiskos apstākļus citādi aukstos šķidrumos un rada labvēlīgu vidi ķīmiskām reakcijām (tā sauktajiem Sonokīmija)

Ultraskaņas izskalošana izlietoto litija jonu bateriju pārstrādē. (Noklikšķiniet, lai palielinātu!)

Metālu ultraskaņas izskalošanās no izsmeltiem akumulatora atkritumiem.

Ultrasoniski radīta kavitācija var izraisīt šķīdinātāju termolīzi, kā arī ļoti reaģējošu radikāļu un reaģentu veidošanos, piemēram, brīvajiem radikāļiem, hidroksīda joniem (• OH,) hidronīmu (H3O +) utt., Kas šķidrumā nodrošina ārkārtas reakcijas apstākļus, tādējādi būtiski palielinot reakcijas ātrumu. Cietās vielas, piemēram, daļiņas, tiek paātrinātas ar šķidruma strūklām, un tās tiek sagrautas, veidojot starppartiju sadursmi un nodilumu, tādējādi palielinot aktīvās virsmas laukumu un tādējādi masu pārnesi.
Ultraskaņas izskalošanās un metāla atveseļošanās lielā priekšrocība ir precīza procesa parametru, piemēram, amplitūdas, spiediena un temperatūras kontrole. Šie parametri ļauj tieši pielāgot reakcijas apstākļus procesa videi un mērķa produkcijai. Turklāt ultraskaņas izskalošanās no substrāta noņem pat vismazākās metāla daļiņas, saglabājot mikrostruktūru. Uzlabota metāla atveseļošanās ir saistīta ar ļoti reaktīvu virsmu ultraskaņas veidošanu, paaugstinātu reakcijas ātrumu un uzlabotu masu transportu. Attīrīšanas procesus var optimizēt, ietekmējot katru parametru, un tāpēc tie ir ne tikai ļoti efektīvi, bet arī ļoti energoefektīvi.
Tās precīza parametru kontrole un energoefektivitāte padara ultraskaņas izskalošanos labvēlīgu un izcilu tehniku – it īpaši, salīdzinot ar sarežģītu skābes izskalošanos un helātu veidošanas metodēm.

LiCoO ultraskaņas atgūšana2 no iztērētās litija jonu akumulatoriem

Ultrasonication palīdz samazināt izskalošanos un ķīmiskos nogulsnējumus, kurus izmanto, lai atgūtu Li kā Li2CO3 un Co as Co (OH)2 no litija jonu bateriju atkritumiem.
Zhang et al. (2014) ziņo par veiksmīgu LiCoO atgūšanu2 izmantojot ultraskaņas reaktoru. Lai sagatavotu 600 ml sākuma šķīdumu, viņi ievietoja 10 g nederīgas LiCoO2 pulveris vārglāzē un pievieno 2,0 mol / L LiOH šķīdumu, kas tika sajaukti.
Maisījums tika ielej ultraskaņas staru iedarbībā un sākās maisīšanas ierīce, maisīšanas ierīce tika novietota reakcijas trauka iekšpusē. Tas tika uzsildīts līdz 120 ° C, un tad Ultraskaņas ierīce tika iestatīts uz 800W, un ultraskaņas darbības režīms tika iestatīts uz 5 sekunžu impulsa darba ciklu. ON / 2 sek. Izslēgts. Ultraskaņas starojums tika piemērots 6 stundas, un pēc tam reakcijas maisījums atdzesēts līdz istabas temperatūrai. Cieto atlikumu vairākas reizes nomazgā ar dejonizētu ūdeni un žāvē 80 ° C temperatūrā līdz pat nemainīgam svaram. Iegūtais paraugs tika savākts vēlākai testēšanai un akumulatora ražošanai. Pirmā cikla uzlādes jauda ir 134,2 mAh / g, un izmešanas jauda ir 133,5 mAh / g. Pirmreizējā uzlādes un izlādes efektivitāte bija 99,5%. Pēc 40 cikliem izplūdes spēja joprojām ir 132.9 mAh / g. (Zhang et al., 2014)
 

Proby tipa ultrasonication uzlabo dārgmetālu un materiālu izskalošanos un atgūšanu no izlietotām litija jonu baterijām. Hielscher Ultrasonics piegādā gatavus ultrasonatorus, kas ir gatavi uzstādīšanai akumulatoru pārstrādes rūpnīcā, lai uzlabotu pārstrādes ražu.

Lietoti LiCoO2 kristāli pirms (a) un pēc (b) ultraskaņas apstrādes 120◦C temperatūrā 6h.
Pētījums un attēli: ©Zhang et al. 2014

 
Ultraskaņas izskalošanās ar organiskām skābēm, piemēram, citronskābi, ir ne tikai efektīva, bet arī videi draudzīga. Pētījumi atklāja, ka Co un Li izskalošanās ir efektīvāka ar citronskābi nekā ar neorganiskajām skābēm H2SO4 un HCl. Vairāk nekā 96% Co un gandrīz 100% Li tika atgūti no izlietotām litija jonu baterijām. Fakts, ka organiskās skābes, piemēram, citronskābe un etiķskābe, ir lētas un bioloģiski noārdāmas, veicina turpmākas ekonomiskās un vides priekšrocības, ko rada ultraskaņas apstrāde.

Lieljaudas rūpnieciskā ultraskaņa metāla izskalošanai no izlietotām baterijām

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics ir jūsu ilgi pieredzējis piegādātājs ļoti efektīvām un uzticamām ultraskaņas sistēmām, kas nodrošina nepieciešamo jaudu, lai izskalotu metālus no atkritumiem. Lai pārstrādātu litija jonu baterijas, ekstrahējot tādus metālus kā kobalts, litijs, niķelis un mangāns, būtiskas ir jaudīgas un izturīgas ultraskaņas sistēmas. Hielscher Ultrasonics rūpnieciskās vienības, piemēram, UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) un UIP16000 (16kW), ir visspēcīgākās un izturīgākās augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmas tirgū. Visas mūsu rūpnieciskās vienības var nepārtraukti darbināt ar ļoti augstām amplitūdām līdz 200 μm 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē. Hielscher piegādā īpašus sonotrodes un reaktorus arī augstām temperatūrām, spiedienam un kodīgiem šķidrumiem. Tas padara mūsu rūpnieciskos ultrasonikatorus vispiemērotākos ekstrakcijas metalurģijas metodēm, piemēram, hidrometalurģijas ārstēšanai.

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:

partijas apjomsPlūsmas ātrumsIeteicamie ierīces
0.1 līdz 20L0.2 līdz 4 l / minUIP2000hdT
10 līdz 100 l2 līdz 10 l / minUIP4000hdT
20 līdz 200L4 līdz 20L/minUIP6000hdT
nav |10 līdz 100 l / minUIP16000
nav |lielāksklasteris UIP16000

Sazinies ar mums! / Uzdot mums!

Lūdzu, izmantojiet zemāk esošo veidlapu, ja vēlaties pieprasīt papildu informāciju par ultraskaņas homogenizāciju. Mēs priecāsimies piedāvāt jums ultraskaņas sistēmu, kas atbilst jūsu prasībām.









Lūdzu, ņemiet vērā mūsu Privātuma politika.




Fakti ir vērts zināt

Litija jonu baterijas

Litija jonu akumulatori (LIB) ir kolektīvais termins (uzlādējamām) baterijām, kas nodrošina augstu enerģijas blīvumu un bieži tiek integrētas plaša patēriņa elektroniskajā ierīcē, piemēram, elektroniskās automašīnas, hibrīdvagoni, klēpjdatori, mobilie tālruņi, iPod un citi. Salīdzinājumā ar Citi akumulatoru baterijas ar līdzīgu izmēru un ietilpību, LIB ir ievērojami vieglākas.
Atšķirībā no vienreizlietojamās litija primārās baterijas, LIB izmanto kā elektrodu metāla litija vietā interaktīvu litija savienojumu. Galvenie komponenti litija jonu akumulatoru ir tā elektrodi – anoda un katoda – un elektrolītu.
Lielākajai daļai šūnu ir kopīgas sastāvdaļas elektrolīta, separatora, folijas un korpusa izteiksmē. Galvenā atšķirība starp šūnu tehnoloģijām ir materiāls, ko izmanto kā “aktīvie materiāli” piemēram, katodu un anodu. Grafīts ir visbiežāk izmantotais materiāls kā anods, bet katode ir izgatavota no slāņveida LiMO2 (M = Mn, Co un Ni), spinel LiMn2O4, vai olivīns LiFePO4. Elektrolīta organiskie šķidrie elektrolīti (piemēram, LiPF6 sāls, kas izšķīdināts organisko šķīdinātāju maisījumā, piemēram, etilēnkarbonāts (EK), dimetilkarbonāts (DMC), dietilēkarbonāts (DEC), etilmetilkarbonāts (EMC) utt.) Ļauj jonu kustība.
Atkarībā no pozitīva (katoda) un negatīvā (anoda) elektroda materiāliem, LIB enerģijas blīvums un spriegums mainās attiecīgi.
Izmantojot elektriskos transportlīdzekļos, bieži tiek izmantota elektromobiļa baterija (EVB) vai vilces baterija. Šādas vilces baterijas tiek izmantotas iekrāvēji, elektriskie golfa ratiņi, grīdas skruberi, elektriskie motocikli, elektromobiļi, kravas automašīnas, furgoni un citi elektriskie transportlīdzekļi.

Metāla pārstrāde no iztērētajām litija jonu baterijām

Salīdzinājumā ar citiem bateriju veidiem, kas bieži satur svinu vai kadmiju, litija jonu baterijās ir mazāk toksiski metāli, tāpēc tos uzskata par videi draudzīgiem. Tomēr lielais izlietoto litija jonu bateriju daudzums, kas būs jāuzglabā kā elektrisko automobiļu izlietotās baterijas, rada atkritumu problēmu. Tādēļ ir vajadzīga litija jonu bateriju slēgta pārstrādes cilpa. No ekonomiskā viedokļa tādus metāla elementus kā dzelzs, varš, niķelis, kobalts un litijs var atgūt un atkārtoti izmantot jaunu bateriju ražošanā. Pārstrāde arī varētu novērst turpmāku trūkumu.
Lai gan baterijas ar augstāku niķeļa slodzi nonāk tirgū, nav iespējams ražot baterijas bez kobalta. Augstāks niķeļa saturs ir atkarīgs no izmaksām. Ar palielinātu niķeļa saturu akumulatora stabilitāte samazinās, tādējādi samazinot tā cikla ilgumu un ātru uzlādi.

Pieaug litija jonu bateriju pieprasījums. Avots: Deutsche Bank

Pieaugot litija jonu bateriju pieprasījumam, tiek pieprasīta bateriju atkritumu atkārtotas pārstrādes jaudas palielināšana.

Pārstrādes process

Elektrisko transportlīdzekļu, piemēram, Tesla Roadster baterijas, aptuvenais kalpošanas laiks ir 10 gadi.
Izsmidzinātās litija jonu bateriju pārstrāde ir prasīgs process, jo ir iesaistītas augsta sprieguma un bīstamās ķimikālijas, kas rada termisku bēgumu, strāvas triecienu un bīstamu vielu emisijas risku.
Lai izveidotu slēgtas cilpas pārstrādi, katra ķīmiskā saite un visi elementi jāšķiro atsevišķās daļās. Tomēr enerģija, kas vajadzīga šāda slēgtā cikla pārstrādei, ir ļoti dārga. Visvērtīgākie reģenerācijas materiāli ir metāli, piemēram, Ni, Co, Cu, Li uc, jo dārgās ieguves un metālu sastāvdaļu augstās cenas padara pārstrādi ekonomiski pievilcīgu.
Li-ion bateriju pārstrādes process sākas ar bateriju demontāžu un izlādi. Pirms akumulatora atvēršanas, akumulatora ķimikāliju deaktivizēšanai ir nepieciešama pasivācija. Passivāciju var panākt ar kriogēno sasalšanu vai kontrolētu oksidēšanu. Atkarībā no akumulatora izmēra baterijas var demontēt un demontēt līdz šūnai. Pēc demontāžas un sasmalcināšanas detaļas izolē ar vairākām metodēm (piemēram, skrīnings, sijāšana, roku izvēle, magnētiska, slapja un balistiska atdalīšana), lai no elektrodu pulvera noņemtu šūnu apvalkus, alumīniju, varu un plastmasu. Elektrodu materiālu atdalīšana ir vajadzīga pakārtotajiem procesiem, piemēram, hidrometalurģiskajai apstrādei.
Pirolīze
Pirolītiskai apstrādei smalcinātas baterijas tiek kausētas krāsnī, kur kā kaļķi tiek pievienots kā sārņus veidojošs līdzeklis.

Hidrotermiskie procesi
Hidrometalurģiskā apstrāde ir balstīta uz skābām reakcijām, lai sadedzinātu sāļus kā metālus. Tipiski hidrometalurģiskie procesi ietver izskalošanos, nokrišanu, jonu apmaiņu, šķīdinātāju ekstrakciju un ūdens šķīdumu elektrolīzi.
Hidrotermiskās apstrādes priekšrocība ir augstā reģenerācijas iznākums + 95% Ni un Co kā sāļi, +90% Li var izgulsnēties, bet pārējo var atgūt līdz + 80%.

Jo īpaši kobalts ir kritiskie komponenti litija jonu bateriju katodos, kas paredzēti augstas enerģijas un enerģijas patēriņam.
Pašreizējās hibrīdās automašīnas, piemēram, Toyota Prius, izmanto niķeļa metāla hidrīda baterijas, kuras demontē, izlādē un pārstrādā tāpat kā litija jonu baterijas.

Literatūra / Literatūras saraksts

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recovery of lithium and cobalt from spent lithium-ion batteries using organic acids: Process optimization and kinetic aspects. Waste Management 64, 2017. 244–254.
  • Shin S.-M.; Lee D.-W.; Wang J.-P. (2018): Fabrication of Nickel Nanosized Powder from LiNiO2 from Spent Lithium-Ion Battery. Metals 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultrasound-assisted Hydrothermal Renovation of LiCoO2 from the Cathode of Spent Lithium-ion Batteries. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Recovery of Lithium Cobalt Oxide Material from the Cathode of Spent Lithium-Ion Batteries. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas.

Spēcīga ultraskaņas apstrāde no laboratorijas un sols uz rūpniecisko ražošanu.

Mēs priecāsimies apspriest jūsu procesu.

Sazināsimies.