Os ultra-sons tornam a reciclagem de baterias de iões de lítio mais eficiente

O lítio é um material escasso e altamente valioso presente em baterias de alto desempenho, como as baterias de iões de lítio. O lítio é o material mais valioso que é recuperado na reciclagem de baterias de iões de lítio, mas também outros minerais e metais como o cobalto, o manganês, o níquel, o cobre e o alumínio são metais valiosos para a recuperação. A ultrassonografia de alta intensidade é utilizada como técnica de agitação e lixiviação de alto cisalhamento para extrair, remover e dissolver minerais e metais valiosos de baterias usadas. O método de ultra-sons é altamente eficaz, eficiente em termos energéticos e está prontamente disponível para instalação em instalações de reciclagem totalmente comerciais.

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

O processo de reciclagem de metais e materiais preciosos das baterias de iões de lítio usadas envolve normalmente várias etapas. Eis um resumo geral:

1. Recolha e triagem: As baterias de iões de lítio usadas são recolhidas e classificadas com base nos seus tipos e produtos químicos.
2. desmontagem: Em primeiro lugar, a tampa de plástico da pilha é partida e removida. Depois, a pilha nua é colocada em azoto líquido para neutralizar as substâncias reactivas e explosivas. Esta etapa permite evitar a libertação súbita de toda a energia armazenada e a consequente ignição e explosão associadas. Em seguida, as pilhas são desmontadas para separar os diferentes componentes, como o cátodo, o ânodo, o eletrólito e o invólucro.
3. Trituração: As baterias desmontadas são trituradas em pedaços mais pequenos para aumentar a área de superfície para os processos subsequentes.
4. Delaminação do elétrodo: Antes do tratamento de extração de metais, os eléctrodos isolados, ou seja, o cátodo e o ânodo, devem ser desmontados. Uma vez que o material do cátodo é geralmente aderido à folha de alumínio por um aglutinante, geralmente fluoreto de polivinilideno (PVDF) ou politetrafluoroetileno (PTFE), é difícil remover o cátodo e a folha de alumínio um do outro.
5. Tratamento químico: Os componentes da bateria triturados são submetidos a vários tratamentos químicos para dissolver e separar os diferentes materiais. Isto pode envolver a lixiviação com ácido ou outros solventes para extrair metais valiosos como o lítio, o cobalto, o níquel e o cobre.
6. Recuperação e purificação: Os metais dissolvidos são depois recuperados da solução através de processos como a precipitação, a extração por solventes ou métodos electroquímicos. Estas etapas ajudam a purificar e concentrar os metais preciosos.

Recuperação de metais preciosos melhorada por sonicação

Os ultra-sons de potência podem melhorar as etapas de delaminação do elétrodo e lixiviação de metais e materiais preciosos, intensificando as reacções e tornando assim o processo de recuperação significativamente mais eficiente. A ultrassonografia é uma técnica que utiliza ondas de ultra-sons de alta intensidade para criar vibrações mecânicas e cavitação acústica num meio líquido. As fortes forças de ultra-sons são utilizadas para melhorar o processo de reciclagem de metais preciosos a partir de baterias de iões de lítio gastas de várias maneiras:
 

1. Desintegração: A ultrassonografia decompõe os materiais da bateria triturados de modo a criar partículas mais pequenas. As partículas mais pequenas oferecem uma área de superfície mais elevada, o que torna a lixiviação química mais eficaz, ajudando na libertação de metais valiosos.
2. Melhoria da lixiviação: A aplicação de ultra-sons durante os processos de lixiviação pode melhorar o contacto entre o material sólido e a solução de lixiviação, aumentando a eficiência da extração de metais. A lixiviação ultra-sónica promove a extração de metais e aumenta o rendimento da recuperação de metais e minerais como o cobalto, o manganês, o níquel, o cobre e o alumínio.
3. Melhoria da delaminação do elétrodo: O objetivo da delaminação do elétrodo durante a reciclagem da bateria é separar os diferentes componentes, tais como eléctrodos, electrólitos e separadores, para que possam ser processados ou reciclados individualmente. A ultrassonografia ajuda a destacar e a remover os revestimentos do elétrodo. As forçasonomecânicas promovem a separação eficiente das camadas dos eléctrodos.
4. Reacções aceleradas: A ultra-sons promove uma mistura mais rápida e completa, que pode acelerar as reacções químicas durante as fases de recuperação e purificação de metais.
5. Redução do consumo de energia: A ultrassonografia pode aumentar a eficiência do processo, reduzindo o tempo e a energia necessários para a recuperação de metais de baterias usadas.

 
A ultra-sons pode desempenhar um papel benéfico na melhoria do processo de reciclagem de metais e materiais preciosos de baterias de iões de lítio gastas, aumentando a eficácia e eficiência de várias etapas envolvidas no processo de reciclagem.
As etapas do processo de lixiviação ultra-sónica de metais e delaminação de eléctrodos podem ser adaptadas a processos de reciclagem individuais, que podem variar à medida que as empresas especializadas na reciclagem de baterias de iões de lítio desenvolvem e modificam os seus processos para obter a máxima eficiência.

Cavitação ultra-sónica para separação de cátodos

A ultrassonografia separa os materiais catódicos da folha de alumínio através dos efeitos da cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultra-sónica é determinada pela ocorrência local de altas pressões, altas temperaturas e suas subsequentes quedas, resultando nos respectivos diferenciais de pressão e temperatura, bem como em intensas micro-turbulências e microjactos de alto cisalhamento. Estas forças cavitacionais afectam os limites da superfície, promovem a transferência de massa e causam erosão. Ao gerar forças tão intensas de natureza química, física, térmica e mecânica, a cavitação ultra-sónica cria a agitação e a transferência de massa necessárias para quebrar a estrutura de aglutinação orgânica utilizada nas baterias de iões de lítio para fixar o cátodo ao coletor / folha de alumínio.
Enquanto a agitação mecânica, como a agitação por si só, é insuficiente para separar eficazmente o material catódico da folha de alumínio, a ultra-sons de alta intensidade fornece a energia sonoquímica e sonomecânica necessária para remover completamente o material catódico dos colectores. Em contraste com a agitação mecânica, a cavitação ultra-sónica gera turbulências intensas, temperaturas e pressões localmente elevadas, bem como agitação, jactos de líquido e de fluxo, que quebram o aglutinante, por exemplo, PVDF ou PTFE, que ligam o cátodo à folha de alumínio, e corrói a superfície de ambos, cátodo e folha de alumínio. Deste modo, o aglutinante entre ambos os materiais é devidamente destruído e o cátodo e a folha de alumínio são efetivamente separados.
Por exemplo, a separação ultra-sônica resulta em alta eficiência da remoção do cátodo de 99% usando N-metil-2-pirrolidona (NMP) como solvente a 70 ° C (240 W de potência ultra-sônica e 90 min de tempo de processamento ultra-sônico). Uma vez que a separação ultra-sónica do cátodo dispersa o material uniformemente e evita aglomerados maiores, o processo subsequente de lixiviação de metais é facilitado.
Saiba mais sobre a delaminação de eléctrodos por ultra-sons para recuperar materiais activos e folhas de colectores de corrente!

Lixiviação ultra-sónica de minerais

Os efeitos cavitacionais ultra-sónicos acima descritos promovem também a lixiviação de metais de baterias usadas. A ultrassonografia de alta intensidade não é apenas usada 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 hot-spots cavitacionais ocorrem localizadas temperaturas muito extremas de até 1000 K, as condições globais de lixiviação requerem apenas uma temperatura suave de cerca de 50-60 ° C. Isto torna a recuperação ultra-sónica de metais eficiente em termos energéticos e económicos.
A lixiviação ultra-sônica de minerais de baterias de íons de lítio gastas é caracterizada por altas taxas de recuperação e eficiência. Por exemplo, o ácido sulfúrico (H2SO4) foi utilizado com sucesso como agente de lixiviação na presença de peróxido de hidrogénio (H2O2) durante a recuperação mineral ultra-sónica do cátodo. A lixiviação ultra-sónica com ácido sulfúrico resultou em taxas de recuperação de 94,63% para o cobalto, e 98,62% para o lítio, respetivamente.
A lixiviação ultra-sónica com ácido cítrico orgânico (C6H8O7-H2O) resulta em recuperações muito elevadas de cobre e lítio, obtendo-se 96% de cobre e quase 100% de lítio a partir das baterias de iões de lítio gastas.

Simples e seguro: Aumento de escala por ultra-sons desde os testes de viabilidade até à reciclagem industrial

O equipamento ultrassónico de alto desempenho para a reciclagem de baterias de iões de lítio está prontamente disponível para instalação em bancada, piloto e industrial. Uma vez que a separação ultrassónica de cátodos e a lixiviação ultrassónica de minerais de baterias gastas são processos já estabelecidos, o processo desde os primeiros ensaios, a otimização para os seus requisitos específicos de processo e a instalação de um sistema de separação e/ou lixiviação ultrassónica totalmente industrial é rápido e simples.
Leia mais sobre as vantagens da lixiviação ultra-sónica para a reciclagem sustentável de baterias e mineração urbana!

Ultrasonicators de alto desempenho para reciclagem de baterias

Hielscher Ultrasonics fornece ultrasonicators de alto desempenho em qualquer tamanho e capacidade. Com o UIP16000 (16kW), a Hielscher fabrica o processador ultrassónico mais potente do mundo. O UIP16000, bem como todos os outros sistemas de ultra-sons industriais, podem ser facilmente agrupados de acordo com a capacidade de processamento necessária. Todos os ultrassons da Hielscher são construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados.

Sondas ultra-sónicas e sono-reactores para qualquer volume

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange todo o espetro de processadores de ultra-sons, desde ultra-sons compactos de laboratório, passando por sistemas de bancada e sistemas-piloto, até processadores de ultra-sons totalmente industriais com capacidade para processar cargas de camiões por hora. A gama completa de produtos permite-nos oferecer-lhe o equipamento de ultra-sons mais adequado para a sua aplicação, capacidade de processamento e objectivos de produção.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados óptimos

Todos os processadores ultra-sónicos da Hielscher são controlados com precisão e, por isso, são cavalos de batalha fiáveis em R&D e produção. A amplitude é um dos parâmetros cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia das reacções induzidas sonoquimicamente e sonomecanicamente. Todos os produtos Hielscher Ultrasonics’ Os processadores de ultra-sons permitem a regulação exacta da amplitude. Os sonotrodos e as buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude numa gama ainda mais ampla. Os processadores ultra-sónicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas e fornecer a intensidade ultra-sónica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes até 200 µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em funcionamento 24/7.
As definições precisas de amplitude e a monitorização permanente dos parâmetros do processo ultrassónico através de um software inteligente dão-lhe a possibilidade de separar o cátodo da folha de alumínio, bem como de lixiviar minerais e metais de baterias de iões de lítio gastas sob as condições ultra-sónicas mais eficazes. Sonicação ideal para a reciclagem de baterias de iões de lítio mais eficiente!
A robustez dos ultrassons Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes exigentes. Isto faz com que os sonicadores Hielscher sejam uma ferramenta de trabalho fiável que cumpre os requisitos do seu processo de reciclagem.

Qualidade mais elevada – Concebido e fabricado na Alemanha

Sendo uma empresa familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultra-sónicos. Todos os ultrassons são concebidos, fabricados e exaustivamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher fazem dele um cavalo de batalha na sua produção. O funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma caraterística natural das sondas e reactores ultra-sónicos de alto desempenho da Hielscher.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

Fatos, vale a pena conhecer

O que são as pilhas de iões de lítio?

Uma bateria de iões de lítio, também designada por bateria de iões de lítio, é um tipo de bateria recarregável. Em comparação com as baterias à base de chumbo e níquel, os dispositivos de iões de lítio utilizam um cátodo, um ânodo e um eletrólito como condutores.
Tal como todas as baterias, as baterias de iões de lítio armazenam energia química, que é depois convertida em energia eléctrica para fornecer uma carga eléctrica estática para a alimentação.
As baterias de iões de lítio são normalmente utilizadas em aparelhos electrónicos portáteis, como computadores portáteis, telefones inteligentes e veículos eléctricos. A aplicação das baterias de iões de lítio suscita também um interesse crescente por parte das empresas militares e aeroespaciais.