Ultradźwięki zwiększają wydajność recyklingu baterii litowo-jonowych

Lit jest rzadkim i bardzo cennym materiałem obecnym w wysokowydajnych akumulatorach, takich jak akumulatory litowo-jonowe. Lit jest najcenniejszym materiałem odzyskiwanym w recyklingu akumulatorów litowo-jonowych, ale także inne minerały i metale, takie jak kobalt, mangan, nikiel, miedź i aluminium są cennymi metalami do odzysku. Ultradźwięki o wysokiej intensywności są stosowane jako technika mieszania i ługowania o wysokim ścinaniu w celu ekstrakcji, usuwania i rozpuszczania cennych minerałów i metali ze zużytych baterii. Metoda ultradźwiękowa jest wysoce skuteczna, energooszczędna i jest łatwo dostępna do instalacji w pełni komercyjnych zakładach recyklingu.

Przegląd: Proces recyklingu akumulatorów litowo-jonowych

Proces recyklingu metali szlachetnych i materiałów ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych obejmuje zazwyczaj kilka etapów. Oto ogólny przegląd:

1. Zbieranie i sortowanie: Zużyte akumulatory litowo-jonowe są zbierane i sortowane w oparciu o ich typy i skład chemiczny.
2. Demontaż: Najpierw plastikowa osłona akumulatora jest rozbijana i usuwana, a następnie nagi akumulator jest umieszczany w ciekłym azocie w celu zneutralizowania reaktywnych, wybuchowych substancji. Ten krok zapobiega nagłemu uwolnieniu całej zmagazynowanej energii i związanemu z tym zapłonowi i eksplozji. Następnie baterie są demontowane w celu oddzielenia różnych komponentów, takich jak katoda, anoda, elektrolit i obudowa.
3. Rozdrabnianie: Zdemontowane baterie są rozdrabniane na mniejsze kawałki w celu zwiększenia powierzchni dla kolejnych procesów.
4. Rozwarstwienie elektrody: Przed przystąpieniem do ekstrakcji metalu, odizolowane elektrody, tj. katoda i anoda, muszą zostać poddane dalszemu demontażowi. Ponieważ materiał katody jest zwykle przyklejony do folii aluminiowej za pomocą spoiwa, zwykle polifluorku winylidenu (PVDF) lub politetrafluoroetylenu (PTFE), usunięcie katody i folii aluminiowej jest trudnym zadaniem.
5. Obróbka chemiczna: Rozdrobnione elementy baterii poddawane są różnym procesom chemicznym w celu rozpuszczenia i oddzielenia różnych materiałów. Może to obejmować ługowanie kwasem lub innymi rozpuszczalnikami w celu ekstrakcji cennych metali, takich jak lit, kobalt, nikiel i miedź.
6. Odzyskiwanie i oczyszczanie: Rozpuszczone metale są następnie odzyskiwane z roztworu w procesach takich jak wytrącanie, ekstrakcja rozpuszczalnikowa lub metody elektrochemiczne. Etapy te pomagają oczyścić i skoncentrować metale szlachetne.

Odzyskiwanie metali szlachetnych poprawione przez sonikację

Ultradźwięki mogą usprawnić etapy rozwarstwiania elektrod i ługowania metali szlachetnych i materiałów poprzez intensyfikację reakcji, dzięki czemu proces odzyskiwania jest znacznie bardziej wydajny. Ultradźwięki to technika wykorzystująca fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności do tworzenia drgań mechanicznych i kawitacji akustycznej w ciekłym medium. Silne siły ultradźwięków są wykorzystywane do usprawnienia procesu recyklingu metali szlachetnych ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych na kilka sposobów:
 

1. Dezintegracja: Ultradźwięki rozbijają rozdrobnione materiały baterii, dzięki czemu powstają mniejsze cząstki. Mniejsze cząstki oferują większą powierzchnię, co sprawia, że ługowanie chemiczne jest bardziej skuteczne, pomagając w uwalnianiu cennych metali.
2. Ulepszone wymywanie: Zastosowanie ultradźwięków podczas procesów ługowania może zwiększyć kontakt między materiałem stałym a roztworem ługującym, zwiększając wydajność ekstrakcji metalu. Ługowanie ultradźwiękowe sprzyja ekstrakcji metali i zwiększa wydajność odzyskiwanych metali i minerałów, takich jak kobalt, mangan, nikiel, miedź i aluminium.
3. Ulepszone rozwarstwianie elektrod: Celem rozwarstwienia elektrod podczas recyklingu akumulatorów jest oddzielenie różnych komponentów, takich jak elektrody, elektrolity i separatory, aby mogły być dalej przetwarzane lub poddawane recyklingowi indywidualnie. Ultradźwięki wspomagają odrywanie i usuwanie powłok z elektrody. Siły sonomechaniczne sprzyjają skutecznemu oddzielaniu warstw elektrod.
4. Przyspieszone reakcje: Ultradźwięki sprzyjają szybszemu i dokładniejszemu mieszaniu, co może przyspieszyć reakcje chemiczne podczas etapów odzyskiwania i oczyszczania metali.
5. Zmniejszone zużycie energii: Ultradźwięki mogą zwiększyć wydajność procesu, zmniejszając czas i energię potrzebną do odzyskiwania metalu ze zużytych baterii.

 
Ultradźwięki mogą odegrać korzystną rolę w usprawnieniu procesu recyklingu metali szlachetnych i materiałów ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych poprzez zwiększenie skuteczności i wydajności różnych etapów procesu recyklingu.
Etapy procesu ultradźwiękowego ługowania metali i rozwarstwiania elektrod można dostosować do indywidualnych procesów recyklingu, które mogą się różnić, ponieważ firmy specjalizujące się w recyklingu akumulatorów litowo-jonowych opracowują i modyfikują swoje procesy w celu uzyskania najwyższej wydajności.

Kawitacja ultradźwiękowa do separacji katod

Ultradźwięki oddzielają materiały katodowe od folii aluminiowej poprzez efekty kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa jest określana przez lokalnie występujące wysokie ciśnienia, wysokie temperatury i ich późniejsze spadki powodujące odpowiednie różnice ciśnień i temperatur, a także intensywne mikroturbulencje i mikrostrumienie o wysokim ścinaniu. Te siły kawitacyjne wpływają na granice powierzchni, promują transfer masy i powodują erozję. Generując tak intensywne siły o charakterze chemicznym, fizycznym, termicznym i mechanicznym, kawitacja ultradźwiękowa powoduje wymagane mieszanie i przenoszenie masy w celu rozbicia struktury spoiwa organicznego stosowanego w akumulatorach litowo-jonowych w celu przymocowania katody do kolektora / folii aluminiowej.
Podczas gdy mieszanie mechaniczne, takie jak samo mieszanie, jest niewystarczające do skutecznego oderwania materiału katody od folii aluminiowej, ultradźwięki o wysokiej intensywności zapewniają wymaganą energię sonochemiczną i sonomechaniczną do całkowitego usunięcia materiału katody z kolektorów. W przeciwieństwie do mieszania mechanicznego, kawitacja ultradźwiękowa generuje intensywne turbulencje, lokalnie wysokie temperatury i ciśnienia, a także mieszanie, strumienie i strumienie cieczy, które rozbijają spoiwo, np. PVDF lub PTFE, które łączą katodę z folią Al i erodują powierzchnię zarówno katody, jak i folii Al. W ten sposób spoiwo między oboma materiałami jest odpowiednio niszczone, a katoda i folia aluminiowa są skutecznie oddzielane.
Na przykład separacja ultradźwiękowa skutkuje wysoką skutecznością usuwania katody wynoszącą 99% przy użyciu N-metylo-2-pirolidonu (NMP) jako rozpuszczalnika w temperaturze 70°C (moc ultradźwiękowa 240 W i 90-minutowy czas obróbki ultradźwiękowej). Ponieważ ultradźwiękowa separacja katod równomiernie rozprasza materiał i zapobiega powstawaniu większych aglomeratów, późniejszy proces ługowania metalu jest ułatwiony.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowym rozwarstwianiu elektrod w celu odzyskania materiałów aktywnych i folii kolektora prądu!

Ultradźwiękowe ługowanie minerałów

Opisane powyżej ultradźwiękowe efekty kawitacyjne sprzyjają również ługowaniu metali ze zużytych baterii. Ultradźwięki o wysokiej intensywności są wykorzystywane nie tylko do odzyskiwania minerałów w recyklingu akumulatorów, ale są również często stosowane w hydrometalurgii i ługowaniu cennych rud (np. odpadów górniczych). Wysokie lokalne temperatury, ciśnienia i siły ścinające intensyfikują ługowanie metali i znacznie zwiększają wydajność ługowania. Podczas gdy w kawitacyjnych hot-spotach występują zlokalizowane bardzo ekstremalne temperatury do 1000 K, ogólne warunki ługowania wymagają jedynie łagodnej temperatury ok. 50-60°C. Dzięki temu ultradźwiękowy odzysk metalu jest energooszczędny i ekonomiczny.
Ultradźwiękowe ługowanie minerałów ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych charakteryzuje się wysokimi wskaźnikami odzysku i wydajnością. Na przykład kwas siarkowy (H2SO4) został z powodzeniem zastosowany jako środek ługujący w obecności nadtlenku wodoru (H2O2) podczas ultradźwiękowego odzyskiwania minerałów z katody. Ługowanie ultradźwiękowe kwasem siarkowym skutkowało wskaźnikami odzysku wynoszącymi odpowiednio 94,63% dla kobaltu i 98,62% dla litu.
Ługowanie ultradźwiękowe organicznym kwasem cytrynowym (C6H8O7-H2O) skutkuje bardzo wysokim odzyskiem miedzi i litu, uzyskując 96% miedzi i prawie 100% litu ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych.

Proste i bezpieczne: Skalowanie ultradźwiękowe od testów wykonalności do recyklingu przemysłowego

Wysokowydajny sprzęt ultradźwiękowy do recyklingu akumulatorów litowo-jonowych jest łatwo dostępny do instalacji stacjonarnych, pilotażowych i przemysłowych. Ponieważ ultradźwiękowa separacja katod i ultradźwiękowe ługowanie minerałów ze zużytych baterii są już ustalonymi procesami, proces od pierwszych prób, optymalizacji do specyficznych wymagań procesu i instalacji w pełni przemysłowego ultradźwiękowego systemu separacji i / lub ługowania jest szybki i prosty.
Dowiedz się więcej o zaletach ługowania ultradźwiękowego dla zrównoważonego recyklingu baterii i górnictwa miejskiego!

Wysokowydajne ultradźwięki do recyklingu akumulatorów

Hielscher Ultrasonics dostarcza wysokowydajne ultradźwięki o dowolnej wielkości i pojemności. Dzięki UIP16000 (16kW), Hielscher produkuje najpotężniejszy procesor ultradźwiękowy na świecie. UIP16000, jak również wszystkie inne przemysłowe systemy ultradźwiękowe można łatwo łączyć w klastry do wymaganej wydajności przetwarzania. Wszystkie ultradźwięki Hielscher są zbudowane do pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem i w wymagających środowiskach.
Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe.

Sondy ultradźwiękowe i sonoreaktory dla dowolnej objętości

Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych, przez systemy stacjonarne i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności przetwarzania ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować najbardziej odpowiedni sprzęt ultradźwiękowy do danego zastosowania, wydajności procesu i celów produkcyjnych.

Precyzyjnie kontrolowane amplitudy dla optymalnych wyników

Wszystkie procesory ultradźwiękowe Hielscher są precyzyjnie sterowane, a tym samym niezawodne w R&D i produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, które wpływają na wydajność i skuteczność reakcji sonochemicznych i sonomechanicznych. Wszystkie Hielscher Ultrasonics’ Procesory umożliwiają precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i rogi wzmacniające to akcesoria, które pozwalają modyfikować amplitudę w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy i zapewniać wymaganą intensywność ultradźwięków w wymagających zastosowaniach. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość oddzielenia katody od folii aluminiowej, a także wymywania minerałów i metali ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla najbardziej wydajnego recyklingu akumulatorów litowo-jonowych!
Wytrzymałość ultradźwiękowców Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach. To sprawia, że sonikatory Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesu recyklingu.

Najwyższa jakość – Zaprojektowany i wyprodukowany w Niemczech

Jako firma rodzinna, Hielscher priorytetowo traktuje najwyższe standardy jakości dla swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher sprawiają, że jest to koń roboczy w Twojej produkcji. Praca 24/7 pod pełnym obciążeniem i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych sond ultradźwiękowych i reaktorów firmy Hielscher.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Fakty, które warto znać

Czym są baterie litowo-jonowe?

Akumulator litowo-jonowy, zwany także akumulatorem litowo-jonowym, to rodzaj akumulatora wielokrotnego ładowania. W porównaniu do akumulatorów ołowiowych i niklowych, urządzenia litowo-jonowe wykorzystują katodę, anodę i elektrolit jako przewodnik.
Podobnie jak wszystkie akumulatory, akumulatory litowo-jonowe magazynują energię chemiczną, która jest następnie przekształcana w energię elektryczną w celu zapewnienia statycznego ładunku elektrycznego do zasilania.
Baterie litowo-jonowe są powszechnie stosowane w przenośnej elektronice, takiej jak laptopy, smartfony, a także pojazdy elektryczne. Zastosowanie akumulatorów litowo-jonowych wywołuje również rosnące zainteresowanie ze strony firm wojskowych i lotniczych.