O lítio é um material escasso e altamente valioso presente em baterias de alto desempenho, como baterias de íons de lítio. O lítio é o material mais valioso que é recuperado na reciclagem de baterias li-íons, mas também outros minerais e metais como cobalto, manganês, níquel, cobre e alumínio são metais valiosos para recuperação. A ultrassonização de alta intensidade é usada como técnica de agitação e lixiviação de alta cisalhamento para extrair, remover e dissolver minerais e metais valiosos de baterias gastas. O método de sonicação é altamente eficaz, eficiente em termos de energia, e está prontamente disponível para instalação em instalações de reciclagem totalmente comerciais.

Visão geral: Processo de reciclagem de baterias de íons de lítio

O processo de reciclagem de metais preciosos e materiais de baterias de íons de lítio usadas normalmente envolve várias etapas. Aqui está uma visão geral:

1. Coleta e triagem: As baterias de íons de lítio usadas são coletadas e classificadas com base em seus tipos e químicas.
2. Desmontagem: Primeiro, a tampa plástica da bateria é quebrada e removida. Depois, a bateria nua é colocada em nitrogênio líquido para neutralizar substâncias reativas e explosivas. Esta etapa garante que uma liberação repentina de toda a energia armazenada e a subsequente ignição e explosão associadas sejam evitadas. Em seguida, as baterias são desmontadas para separar os diferentes componentes, como o cátodo, ânodo, eletrólito e invólucro.
3. Retalhamento: As baterias desmontadas são trituradas em pedaços menores para aumentar a área de superfície para processos subsequentes.
4. Delaminação de eletrodos: Antes do tratamento de extração de metais, os eletrodos isolados, ou seja, cátodo e ânodo, devem ser desmontados posteriormente. Uma vez que o material catódico é geralmente aderido à folha de alumínio por um ligante, comumente fluoreto de polivinilideno (PVDF) ou politetrafluoretileno (PTFE), é uma tarefa difícil remover o cátodo e a folha de alumínio um do outro.
5. Tratamento químico: Os componentes da bateria triturada passam por vários tratamentos químicos para dissolver e separar os diferentes materiais. Isso pode envolver lixiviação com ácido ou outros solventes para extrair metais valiosos como lítio, cobalto, níquel e cobre.
6. Recuperação e purificação: Os metais dissolvidos são então recuperados da solução através de processos como precipitação, extração por solvente ou métodos eletroquímicos. Essas etapas ajudam a purificar e concentrar os metais preciosos.

Recuperação de Metais Preciosos Melhorada pela Sonicação

O ultrassom de potência pode melhorar as etapas de delaminação de eletrodos e lixiviação de metais e materiais preciosos, intensificando as reações, tornando o processo de recuperação significativamente mais eficiente. Ultrasonication, é uma técnica que utiliza ondas de ultrassom de alta intensidade para criar vibrações mecânicas e cavitação acústica em um meio líquido. As fortes forças da ultrassonografia são usadas para melhorar o processo de reciclagem de metais preciosos de baterias de íons de lítio usadas de várias maneiras:
 

1. Desintegração: Ultrasonication quebra os materiais da bateria triturada para que partículas menores sejam criadas. Partículas menores oferecem uma área de superfície maior, o que torna a lixiviação química mais eficaz, auxiliando na liberação de metais valiosos.
2. Melhoria da lixiviação: A aplicação de ultrassom durante os processos de lixiviação pode aumentar o contato entre o material sólido e a solução de lixiviação, aumentando a eficiência da extração do metal. A lixiviação ultra-sônica promove a extração do metal e aumenta o rendimento de metais e minerais recuperados, como cobalto, manganês, níquel, cobre e alumínio.
3. Melhor delaminação de eletrodos: O objetivo da delaminação de eletrodos durante a reciclagem de baterias é separar os diferentes componentes, como eletrodos, eletrólitos e separadores, para que possam ser processados ou reciclados individualmente. Ultrasonication auxilia o descolamento e remoção de revestimentos do eletrodo. As forças sonomecânicas promovem a separação eficiente das camadas dos eletrodos.
4. Reações aceleradas: Ultrasonication promove uma mistura mais rápida e completa, o que pode acelerar as reações químicas durante as etapas de recuperação e purificação do metal.
5. Consumo de energia reduzido: Ultrasonication pode melhorar a eficiência do processo, reduzindo o tempo e a energia necessários para a recuperação de metal de baterias usadas.

 
Ultrasonication pode desempenhar um papel benéfico na melhoria do processo de reciclagem de metais preciosos e materiais de baterias de íons de lítio usados, aumentando a eficácia e eficiência de várias etapas envolvidas no processo de reciclagem.
As etapas do processo de lixiviação ultrassônica de metal e delaminação de eletrodos podem ser adaptadas a processos de reciclagem individuais, que podem variar à medida que as empresas especializadas em reciclagem de baterias de íons de lítio desenvolvem e modificam seus processos para a mais alta eficiência.

Cavitação Ultrassônica para Separação de Cátodo

A ultrassônica separa os materiais do cátodo da folha de alumínio pelos efeitos da cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultrassônica é determinada por altas pressões, altas temperaturas e suas quedas subsequentes, resultando em respectivos diferenciais de pressão e temperatura, bem como micro-turbulências intensas e micro-jatos de alta cisalhamento. Essas forças cavitacionais afetam os limites da superfície, promovem a transferência de massa e causam erosão. Gerando forças tão intensas de natureza química, física, térmica e mecânica, a cavitação ultrassônica cria a agitação e transferência de massa necessárias para quebrar a estrutura orgânica da pasta usada em baterias de íons de lítio para fixar o cátodo ao coletor/folha de alumínio.
Embora a agitação mecânica, como a agitação por si só, seja insuficiente para separar o material do cátodo efetivamente da folha de alumínio, a ultrassônica de alta intensidade fornece a energia sonora e sonomecânica necessária para remover completamente o material do cátodo dos coletores. Em contraste com a agitação mecânica, a cavitação ultrassônica gera turbulências intensas, temperaturas e pressões localmente altas, bem como agitação, fluxo e jatos líquidos, que quebram o fichário, por exemplo, PVDF ou PTFE, que conectam o cátodo à folha de Al, e corroe a superfície de ambos, cátodo e folha de Al. Assim, a pasta entre ambos os materiais é devidamente destruturada e a folha de cátodo e alumínio são efetivamente separadas.
Por exemplo, a separação ultrassônica resulta em alta eficiência da remoção do cátodo de 99% usando N-metil-2-pyrrolidone (NMP) como solvente a 70°C (240 W de potência ultrassônica, e 90 min tempo de processamento ultrassônico). Uma vez que a separação do cátodo ultrassônico dispersa o material uniformemente e previne aglomerações maiores, o processo subsequente de lixiviação metálica é facilitado.
Leia mais sobre a delaminação de eletrodos ultrassônicos para recuperar materiais ativos e folhas de coletor atual!

Lixiviação ultrassônica de minerais

Os efeitos cavitacionais ultra-sônicos descritos acima também promovem a lixiviação de metais de baterias usadas. A ultrassonografia de alta intensidade não é usada apenas para recuperar minerais na reciclagem de baterias, mas também é frequentemente usada na hidrometalurgia e na lixiviação de minérios preciosos (por exemplo, rejeitos de mineração). As altas temperaturas, pressões e forças de cisalhamento localizadas intensificam a lixiviação de metais e aumentam significativamente a eficiência da lixiviação. Enquanto nos pontos quentes cavitacionais ocorrem temperaturas localizadas muito extremas de até 1000 K, as condições gerais de lixiviação requerem apenas temperatura amena de aprox. 50-60 ° C. Isso torna a recuperação de metal ultra-sônico energia eficiente e econômica.
A lixiviação ultrassônica de minerais de baterias de li-íon gastas é caracterizada por altas taxas de recuperação e eficiência. Por exemplo, o ácido sulfúrico (H2SO4) foi usado com sucesso como agente de lixiviação na presença de peróxido de hidrogênio (H2O2) durante a recuperação mineral ultrassônica do cátodo. O lixiviação ultrassônico com ácido sulfúrico resultou em taxas de recuperação de 94,63% para cobalto e 98,62% para lítio, respectivamente.
Lixiviação ultrassônica com ácido cítrico orgânico (C6H8O7· H2O) resulta em recuperações muito altas de cobre e lítio, obtendo 96% de cobre e quase 100% de lítio das baterias de Li-ion gastas.

Simples e Seguro: Escala ultrassônica dos testes de viabilidade à reciclagem industrial

Equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para reciclagem de baterias Li-ion estão prontamente disponíveis para instalação de bancada, piloto e industrial. Uma vez que a separação de cátodo ultrassônico e a lixiviação ultrassônica de minerais de baterias gastas já são processos estabelecidos, o processo desde os primeiros ensaios, a otimização até os requisitos específicos do processo e a instalação de um sistema de separação ultrassônica totalmente industrial e/ou lixiviação é rápido e simples.

Ultrassonicadores de alto desempenho para reciclagem de baterias

Hielscher Ultrasonics fornece ultrassons de alto desempenho em qualquer tamanho e capacidade. Com o UIP16000 (16kW), a Hielscher fabrica o processador ultrassônico mais poderoso do mundo. O UIP16000, bem como todos os outros sistemas ultrassônicos industriais podem ser facilmente agrupamentos para a capacidade de processamento necessária. Todos os ultrassonicadores Hielscher são construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em plena carga e em ambientes exigentes.
Hielscher Ultrasonics’ processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodes ultrassônicos personalizados estão disponíveis.

Sondas ultrassônicas e sono-reatores para qualquer volume

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics cobre todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassonicadores compactos de laboratório sobre sistemas de bancada e piloto até processadores ultrassônicos totalmente industriais com a capacidade de processar cargas de caminhões por hora. Toda a gama de produtos nos permite oferecer os equipamentos ultrassônicos mais adequados para sua aplicação, capacidade de processo e metas de produção.

Amplitudes controláveis precisas para resultados ótimos

Todos os processadores ultrassônicos Hielscher são precisamente controláveis e, portanto, cavalos de trabalho confiáveis em R&D e produção. A amplitude é um dos parâmetros de processo cruciais que influenciam a eficiência e eficácia das reações sonoraquimicamente e sonomecanicamente induzidas. Todos os Ultrassônicos Hielscher’ os processadores permitem a configuração precisa da amplitude. Sonotrodes e chifres de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma gama ainda maior. Os processadores ultrassônicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e fornecer a intensidade ultrassônica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7.
Configurações de amplitude precisas e o monitoramento permanente dos parâmetros do processo ultrassônico através de software inteligente dão-lhe a possibilidade de separar o cátodo da folha de alumínio, bem como para lixiviar minerais e metais de baterias de li-íon gastas sob as condições ultrassônicas mais eficazes. Sonicação ideal para a reciclagem mais eficiente da bateria li-íon!
A robustez dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e em ambientes exigentes. Isso faz do equipamento ultrassônico da Hielscher uma ferramenta de trabalho confiável que atende aos requisitos do seu processo de reciclagem.

Alta Qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como um negócio familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassonicadores são projetados, fabricados e completamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. Robustez e confiabilidade do equipamento ultrassônico de Hielscher fazem dele um cavalo de trabalho em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes exigentes, é uma característica natural das sondas e reatores ultrassônicos de alto desempenho da Hielscher.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators: