• Akumulatory litowo-jonowe stosowane w samochodach elektrycznych dopiero teraz wchodzą na rynek masowy, a wraz z nimi należy opracować możliwości recyklingu.
• Ługowanie ultradźwiękowe jest wydajną, przyjazną dla środowiska techniką odzyskiwania metali, takich jak Li, Mg, Co, Ni itp. Ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych.
• Przemysłowe systemy ultradźwiękowe Hielschera do zastosowań do ługowania są niezawodne i solidne i można je łatwo zintegrować z istniejącymi zakładami recyklingu.

Recykling baterii litowo-jonowych

Akumulatory litowo-jonowe są szeroko stosowane w pojazdach elektrycznych (EV), laptopach i telefonach komórkowych. Oznacza to, że zużyte baterie litowo-jonowe stanowią aktualne wyzwanie w zakresie gospodarki odpadami i recyklingu. Akumulatory są głównym czynnikiem kosztotwórczym dla pojazdów elektrycznych, a ich utylizacja jest również kosztowna. Aspekty ekologiczne i ekonomiczne przemawiają za zamkniętą pętlą recyklingu, ponieważ odpady akumulatorów zawierają cenne materiały i pomagają zmniejszyć ślad węglowy produkcji akumulatorów litowo-jonowych.
Recykling akumulatorów litowo-jonowych rozwija się w prężnie rozwijającym się sektorze przemysłowym w celu zapewnienia przyszłej dostępności metali ziem rzadkich i innych komponentów baterii oraz w celu zmniejszenia środowiskowych kosztów eksploatacji.

Przemysłowe ługowanie ultradźwiękowe

Ultradźwiękowe ługowanie i ekstrakcja metali mogą być stosowane w procesach recyklingu akumulatorów litowo-kobaltowych (np. Z laptopów, smartfonów itp.), A także złożonych baterii litowo-niklowo-manganowo-kobaltowych (np. Z pojazdów elektrycznych).
USG o dużej mocy jest dobrze znane ze swojej zdolności do przetwarzania płynów i zawiesin chemicznych w celu poprawy transferu masy i inicjowania reakcji chemicznych.
Intensywne efekty ultradźwięków mocy są oparte na zjawisku kawitacji akustycznej. Dzięki połączeniu ultradźwięków dużej mocy w ciecze / zawiesiny, naprzemienne fale niskociśnieniowe i wysokociśnieniowe w cieczach generują małe pęcherzyki próżniowe. Małe próżniowe pustki rosną w różnych cyklach niskiego ciśnienia / wysokiego ciśnienia, aż implodują gwałtownie. Zapadające się pęcherzyki próżniowe można uznać za mikroreaktory, w których temperatura dochodzi do 5000K, ciśnienia do 1000atm, a temperatury ogrzewania i chłodzenia powyżej 10.^-10 pojawić się. Ponadto generowane są silne hydrodynamiczne siły ścinające i strumienie cieczy o prędkości do 280 m / s. Te ekstremalne warunki akustycznej kawitacji powodują niezwykłe fizyczne i chemiczne warunki w zimnych cieczach i tworzą korzystne środowisko dla reakcji chemicznych (przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia).).

Kawitacja generowana ultradźwiękami może wywoływać termolożę substancji rozpuszczonych, jak również tworzenie wysoce reaktywnych rodników i odczynników, takich jak wolne rodniki, jony wodorotlenowe (• OH,) hydronowe (H₃O +) itp., Które zapewniają nadzwyczajne warunki reaktywne w cieczy, tak że szybkość reakcji jest znacznie zwiększona. Ciała stałe, takie jak cząstki, są przyspieszane przez dysze cieczy i są frezowane przez kolizję międzycząsteczkową i ścieranie zwiększające obszar aktywnej powierzchni, a tym samym przenoszenie masy.
Ogromną zaletą ługowania ultradźwiękowego i odzyskiwania metalu jest precyzyjna kontrola parametrów procesu, takich jak amplituda, ciśnienie i temperatura. Parametry te pozwalają dostosować warunki reakcji dokładnie do medium procesowego i docelowej wydajności. Ponadto ługowanie ultradźwiękowe usuwa nawet najmniejsze cząstki metalu z podłoża, zachowując mikrostruktury. Zwiększone odzyskiwanie metali wynika z ultradźwiękowego tworzenia wysoce reaktywnych powierzchni, zwiększonych szybkości reakcji i ulepszonego transportu masy. Procesy sonikacyjne można zoptymalizować, wpływając na każdy parametr, a zatem są nie tylko bardzo skuteczne, ale również wysoce energooszczędne.
Jego dokładna kontrola parametrów i wydajność energetyczna sprawiają, że ultradźwiękowe ługowanie jest korzystną i doskonałą techniką – zwłaszcza w porównaniu ze skomplikowanymi technikami wymywania kwasów i chelatowania.

Ultradźwiękowe odzyskiwanie LiCoO₂ ze zużytych baterii litowo-jonowych

Ultradźwięki pomagają redukować ługowanie i chemiczne wytrącanie, które są używane do odzyskania Li jako Li₂CO₃ i Co as Co (OH)₂ z zużytych baterii litowo-jonowych.
Zhang i in. (2014) informują o pomyślnym odzyskaniu LiCoO₂ za pomocą reaktora ultradźwiękowego. w celu przygotowania wyjściowego roztworu 600 ml, umieścili 10 g nieważnego LiCoO₂ proszku w zlewce i dodano 2,0 mola / litr roztworu LiOH, który zmieszano.
Mieszaninę wlano do ultradźwięków i uruchomiono mieszadło, urządzenie do mieszania umieszczono we wnętrzu pojemnika reakcyjnego. Ogrzano do 120 ° C, a następnie urządzenie ultradźwiękowe został ustawiony na 800 W, a ultradźwiękowy tryb działania został ustawiony na pulsacyjne cykle pracy na 5 sekund. ON / 2sec. POZA. Promieniowanie ultradźwiękowe stosowano przez 6 godzin, a następnie mieszaninę reakcyjną ochłodzono do temperatury pokojowej. Stałą pozostałość przemyto kilka razy dejonizowaną wodą i wysuszono w 80 ° C do stałej masy. Uzyskana próbka została zebrana do kolejnych testów i produkcji baterii. Pojemność ładunku w pierwszym cyklu wynosi 134,2 mAh / g, a pojemność rozładowania wynosi 133,5 mAh / g. Efektywność ładowania i rozładowywania po raz pierwszy wynosiła 99,5%. Po 40 cyklach wydajność rozładowania nadal wynosi 132,9 mAh / g. (Zhang i wsp. 2014)

Ultradźwiękowe ługowanie kwasami organicznymi, takimi jak kwas cytrynowy, jest nie tylko skuteczne, ale również przyjazne dla środowiska. Badania wykazały, że wymywanie Co i Li jest bardziej wydajne w przypadku kwasu cytrynowego niż w przypadku kwasów nieorganicznych H₂WIĘC₄ i HCl. Ponad 96% Co i prawie 100% Li odzyskano ze zużytych baterii litowo-jonowych. Fakt, że kwasy organiczne, takie jak kwas cytrynowy i kwas octowy, są niedrogie i biodegradowalne, przyczynia się do dalszych korzyści ekonomicznych i środowiskowych wynikających z sonikacji.

Wysokiej mocy przemysłowe Ultradźwięki

Hielscher Ultrasonics to Twój długoletni doświadczony dostawca wysoce wydajnych i niezawodnych systemów ultradźwiękowych, które zapewniają wymaganą moc do ługowania metali z odpadów. W celu regeneracji akumulatorów litowo-jonowych poprzez ekstrakcję metali, takich jak kobalt, lit, nikiel i mangan, niezbędne są wydajne i niezawodne systemy ultradźwiękowe. Hielscher Ultrasonics’ jednostki przemysłowe, takie jak UIP4000hdT (4 kW), UIP10000 (10 kW) i UIP16000 (16kW) to najpotężniejsze i najmocniejsze ultrasonografy o wysokiej wydajności na rynku. Wszystkie nasze jednostki przemysłowe mogą pracować w sposób ciągły z bardzo dużymi amplitudami do 200 μm w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są dostosowane sonotrody ultradźwiękowe. Wytrzymałość ultradźwiękowego sprzętu firmy Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 w trudnych warunkach pracy i wymagających środowiskach. Hielscher dostarcza specjalne sonotrody i reaktory również do wysokich temperatur, ciśnień i cieczy korozyjnych. To sprawia, że ​​nasze ultradźwięki przemysłowe są najbardziej odpowiednie dla technik metalurgii ekstrakcyjnej, np. Hydrometalurgii.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Literatura / Referencje

• Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Odzyskiwanie litu i kobaltu z zużytych akumulatorów litowo-jonowych przy użyciu kwasów organicznych: Optymalizacja procesu i aspekty kinetyczne. Waste Management 64, 2017. 244-254.
• Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Wytwarzanie niklowanego proszku nanosowego z LiNiO₂ ze zużytej baterii litowo-jonowej. Metals 8, 2018.
• Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Hydrotermalna renowacja LiCoO wspomagana ultradźwiękami₂ z katody zużytych baterii litowo-jonowych. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
• Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Odzyskiwanie materiału tlenku kobaltu litu z katody zużytych baterii litowo-jonowych. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.

---

---