Ultrassom torna a reciclagem de baterias de íons de lítio mais eficiente

O lítio é um material escasso e altamente valioso presente em baterias de alto desempenho, como as baterias de íons de lítio. O lítio é o material mais valioso recuperado na reciclagem de baterias de íons de lítio, mas também outros minerais e metais como cobalto, manganês, níquel, cobre e alumínio são metais valiosos para recuperação. A ultrassonografia de alta intensidade é usada como técnica de agitação e lixiviação de alto 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 bateria de íons de lítio

The recycling process of precious metals and materials from spent Li-ion batteries typically involves several steps. Here’s a general overview:

1. Coleta e triagem: As baterias de íons de lítio gastas são coletadas e classificadas com base em seus tipos e produtos químicos.
2. Desmontagem: Primeiro, a tampa plástica da bateria é quebrada e removida. Em seguida, 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 cátodo, ânodo, eletrólito e invólucro.
3. Retalhamento: As baterias desmontadas são trituradas em pedaços menores para aumentar a área de superfície para os processos subsequentes.
4. Delaminação do eletrodo: Antes do tratamento de extração de metal, os eletrodos isolados, ou seja, cátodo e ânodo, devem ser desmontados posteriormente. Como o material do cátodo é geralmente aderido à folha de alumínio por um aglutinante, geralmente 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 por meio 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 do eletrodo e lixiviação de metais e materiais preciosos, intensificando as reações, tornando o processo de recuperação significativamente mais eficiente. Ultrassom, é uma técnica que utiliza ondas de ultrassom de alta intensidade para criar vibrações mecânicas e cavitação acústica em 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: A ultrassonografia decompõe os materiais triturados da bateria 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. Lixiviação aprimorada: A aplicação de ultrassom durante os processos de lixiviação pode melhorar o contato entre o material sólido e a solução de lixiviação, aumentando a eficiência da extração do metal. A lixiviação ultrassônica promove a extração de metais e aumenta o rendimento recuperado de metais e minerais como cobalto, manganês, níquel, cobre e alumínio.
3. Delaminação aprimorada do eletrodo: O objetivo da delaminação do eletrodo durante a reciclagem da bateria é separar os diferentes componentes, como eletrodos, eletrólitos e separadores, para que possam ser processados ou reciclados individualmente. A ultrassonografia auxilia no desprendimento e remoção de revestimentos do eletrodo. As forças sonomecânicas promovem a separação eficiente das camadas dos eletrodos.
4. Reações aceleradas: A ultrassonografia 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: A ultrassonografia pode aumentar a eficiência do processo, reduzindo o tempo e a energia necessários para a recuperação de metal de baterias gastas.

 
A ultrassonografia pode desempenhar um papel benéfico na melhoria do processo de reciclagem de metais e materiais preciosos de baterias de íons de lítio usadas, aumentando a eficácia e a 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 obter a mais alta eficiência.

Cavitação ultrassônica para separação catódica

A ultrassonografia separa os materiais catódicos da folha de alumínio pelos efeitos da cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultrassônica é determinada por altas pressões que ocorrem localmente, altas temperaturas e suas quedas subsequentes, resultando em respectivos diferenciais de pressão e temperatura, bem como microturbulências intensas e microjatos de alto cisalhamento. Essas forças de cavitação 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 necessária e a transferência de massa para quebrar a estrutura do aglutinante orgânico usada nas 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 catódico efetivamente da folha de alumínio, a ultrassonografia de alta intensidade fornece a energia sonoquímica e sonomecânica necessária para remover completamente o material catódico 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 de líquido, que quebram o aglutinante, por exemplo, PVDF ou PTFE, que conectam o cátodo à folha de Al e corroem a superfície do cátodo e da folha de Al. Assim, o aglutinante entre os dois materiais é devidamente destruído e o cátodo e a folha de alumínio são efetivamente separados.
Por exemplo, a separação ultrassônica resulta em alta eficiência da remoção do cátodo de 99% usando N-metil-2-pirrolidona (NMP) como solvente a 70 ° C (potência ultrassônica de 240 W e tempo de processamento ultrassônico de 90 minutos). Como a separação ultrassônica do cátodo dispersa o material uniformemente e evita aglomerados maiores, o processo subsequente de lixiviação de metal é facilitado.
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Lixiviação ultrassônica de minerais

Os efeitos cavitacionais ultrassônicos descritos acima também promovem a lixiviação de metais de baterias gastas. 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 do metal e aumentam significativamente a eficiência da lixiviação. Enquanto nos pontos quentes de cavitação ocorrem temperaturas localizadas muito extremas de até 1000 K, as condições gerais de lixiviação requerem apenas uma temperatura amena de aprox. 50-60 ° C. Isso torna a recuperação ultrassônica de metal eficiente em termos de energia e econômica.
A lixiviação ultrassônica 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 usado com sucesso como agente de lixiviação na presença de peróxido de hidrogênio (H2O2) durante a recuperação mineral ultrassônica do cátodo. A lixiviação ultrassônica 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 íons de lítio gastas.

Simples e seguro: aumento de escala ultrassônico de testes de viabilidade para reciclagem industrial

Equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para reciclagem de baterias de íons de lítio estão prontamente disponíveis para instalação de bancada, piloto e industrial. Como a separação ultrassônica de cátodos e a lixiviação ultrassônica de minerais de baterias usadas já são processos estabelecidos, o processo desde os primeiros testes, a otimização de acordo com seus requisitos específicos de processo e a instalação de um sistema de separação ultrassônica e/ou lixiviação totalmente industrial é rápido e simples.
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Ultrassonicadores de alto desempenho para reciclagem de baterias

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

Sondas ultrassônicas e sono-reatores para qualquer volume

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics abrange todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassônicos compactos de laboratório, passando por sistemas piloto e de bancada, até processadores ultrassônicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de caminhão por hora. A gama completa de produtos nos permite oferecer o equipamento ultrassônico mais adequado para sua aplicação, capacidade de processo e metas de produção.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados ideais

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 cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia das reações induzidas sonoquimicamente e sonomecanicamente. Todos os ultrassônicos Hielscher’ Os processadores permitem a configuração precisa da amplitude. Sonotrodos e buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma faixa 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 precisas de amplitude e o monitoramento permanente dos parâmetros do processo ultrassônico por meio de software inteligente oferecem a possibilidade de separar o cátodo da folha de alumínio, bem como lixiviar minerais e metais de baterias de íons de lítio gastas sob as condições ultrassônicas mais eficazes. Sonicação ideal para a reciclagem mais eficiente da bateria de íons de lítio!
A robustez dos ultrssonicators Hielscher permite uma operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes. Isso faz com que os sonicadores Hielscher sejam uma ferramenta de trabalho confiável que atenda aos requisitos do seu processo de reciclagem.

A mais alta qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como uma empresa familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultra-sonicators são projetados, fabricados e exaustivamente testados em nossa sede em Teltow perto de Berlim, Alemanha. A robustez e a confiabilidade do equipamento ultrassônico da Hielscher o tornam um cavalo de batalha em sua produção. A operação 24/7 em plena carga e em ambientes exigentes é uma característica natural das sondas e reatores ultrassônicos de alto desempenho da Hielscher.

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

Fatos, vale a pena conhecer

O que são baterias de íons de lítio?

Uma bateria de íons de lítio, também bateria de íons de lítio, é um tipo de bateria recarregável. Em comparação com as baterias à base de chumbo e níquel, os dispositivos de íons de lítio usam um cátodo, um ânodo e um eletrólito como condutores.
Como todas as baterias, as baterias de íons de lítio armazenam energia química, que é então convertida em energia elétrica para fornecer uma carga elétrica estática para energia.
As baterias de íons de lítio são comumente usadas para eletrônicos portáteis, como laptops, smartphones e veículos elétricos. A aplicação de baterias de íons de lítio também evoca um interesse crescente das empresas militares e aeroespaciais.