Ультразвуковая переработка литиево-ионных батарей

  • Литий-ионные батареи, используемые в электромобилях, только сейчас выходят на массовый рынок, и вместе с этим необходимо развивать мощности по переработке.
  • Ультразвуковое выщелачивание является эффективным, экологически чистым методом для извлечения металлов, таких как Li, Mg, Co, Ni и т. Д. Из отработанных литий-ионных батарей.
  • Промышленные ультразвуковые системы Hielscher для выщелачивания надежны и прочны и могут быть легко интегрированы в существующие заводы по переработке.

Утилизация литий-ионных батарей

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях (EV), ноутбуках и сотовых телефонах. Это означает, что отработанные литий-ионные аккумуляторы являются текущей проблемой в области обращения с отходами и переработки отходов. Батареи являются основным драйвером затрат для EVs, и их утилизация является дорогостоящим, тоже. Экологические и экономичными аспектами подталкивают к замкнутой петле переработки, так как отходы батареи содержат ценные материалы и помогают уменьшить углеродный след производства литий-ионных батарей.
Утилизация литий-ионных батарей растет в процветающем промышленном секторе, чтобы обеспечить будущую доступность редкоземельных металлов и других компонентов батареи и снизить экологические издержки добычи.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Hielscher's ultrasonicators are reliable and robust systems for the leaching of metals.

Ультразвуковой процессор 48 кВт
для требовательных применений, таких как выщелачивание металлов

Пирометаллургическая и гидрометаллургическая переработка по сравнению с ультразвуковой переработкой батарей

Ниже мы сравниваем традиционные методы пирометаллургических и гидрометаллургических процессов с методом ультразвукового выщелачивания относительно преимуществ и недостатков.

Недостатки обычной утилизации аккумуляторов

Традиционные методы, используемые для переработки литий-ионных аккумуляторов, включают пирометаллургические и гидрометаллургические процессы.
 
Пирометаллургические методы включают высокотемпературные процессы, такие как плавка или сжигание. Батареи подвергаются сильному нагреву, в результате чего органические компоненты сгорают, а оставшиеся металлические компоненты расплавляются и отделяются. Однако у этих методов есть и некоторые недостатки:

  • Воздействие на окружающую среду: Пирометаллургические процессы выбрасывают вредные выбросы и загрязняющие вещества в атмосферу, способствуя загрязнению воздуха и потенциально представляя опасность для здоровья.
  • Потеря материалов: Высокотемпературные процессы могут привести к потере ценных материалов и металлов из-за термической деградации, что снижает общую скорость извлечения.
  • Энергоемкий: Эти методы, как правило, требуют значительных затрат энергии, что увеличивает эксплуатационные расходы и воздействие на окружающую среду.

 
Гидрометаллургические методы Используйте химическое выщелачивание для растворения компонентов батареи и извлечения ценных металлов. Хотя гидрометаллургия более экологична, чем пирометаллургические методы, она имеет свои недостатки:

  • Химическое использование: Для выщелачивания необходимы сильные кислоты или другие агрессивные химические вещества, что вызывает опасения по поводу обращения с химическими веществами, управления отходами и потенциального загрязнения окружающей среды.
  • Проблемы селективности: Достижение селективного выщелачивания желаемых металлов может быть затруднено, что приводит к снижению коэффициента извлечения и потенциальной потере ценных ресурсов.

 

Преимущества ультразвукового выщелачивания батареи по сравнению с традиционными методами

По сравнению с пирометаллургическими и гидрометаллургическими методами переработки, ультразвуковой метод переработки батарей превосходит его благодаря различным преимуществам:

  1. Повышенная эффективность: Ультразвуковая обработка ультразвуком может ускорить разрушение материалов батареи, что приводит к сокращению времени обработки и повышению общей эффективности.
  2. Улучшенные показатели восстановления: Контролируемое применение ультразвуковой кавитации усиливает разрушение компонентов батареи, увеличивая скорость извлечения ценных металлов.
  3. Экологичность: Ультразвуковая переработка снижает зависимость от высоких температур и агрессивных химикатов, сводя к минимуму воздействие на окружающую среду и снижая выбросы загрязняющих веществ.
  4. Селективное выщелачивание: Контролируемое применение ультразвука позволяет целенаправленно разрушать определенные компоненты батареи, эффективно разделяя их. Поскольку различные перерабатываемые аккумуляторные соединения удаляются и растворяются при определенных ультразвуковых интенсивностях, оптимизированные параметры обработки позволяют селективно выщелачивать отдельные материалы. Это способствует эффективному разделению ценных металлов и материалов.
  5. Снижение энергопотребления: По сравнению с гидрометаллургическим и особенно пирометаллургическим методами, ультразвуковая переработка, как правило, более энергоэффективна, что приводит к снижению эксплуатационных расходов и уменьшению углеродного следа.
  6. Масштабируемость и гибкость: Ультразвуковые системы могут быть легко увеличены или уменьшены для размещения различных размеров батарей и производственных мощностей. Кроме того, ультразвуковые аппараты для переработки батарей могут быть легко интегрированы в уже существующие предприятия по переработке аккумуляторов. Легко доступные в различных масштабах мощности и соответствующих аксессуарах, таких как ультразвуковые зонды и реакторы проточных ячеек, ультразвуковые аппараты могут работать с компонентами батарей различных размеров и производственных мощностей, обеспечивая масштабируемость и адаптируемость в процессах переработки.
  7. Синергетическая интеграция: Ультразвуковое выщелачивание может быть интегрировано в существующие линии по переработке гидрометаллургических батарей с целью интенсификации и улучшения гидрометаллургического выщелачивания ценных металлов и материалов из отработанных литий-ионных аккумуляторов.

В целом, ультразвуковая переработка батарей обещает стать более экологически чистым, эффективным и селективным методом по сравнению с традиционными пирометаллургическими и гидрометаллургическими подходами.

 

Мощная ультразвуковая кавитация в Хильшер Каскатроде

Мощная ультразвуковая кавитация в Хильшер Каскатроде

 

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Промышленное ультразвуковое выщелачивание для извлечения металла из отработанных батарей

Ультразвуковое выщелачивание и экстракция металлов могут применяться для процессов рециркуляции оксидных элементов из литиевого кобальта (например, с ноутбуков, смартфонов и т. Д.), А также сложных литий-никель-марганцево-кобальтовых батарей (например, от электромобилей).
Промышленный многозондовый ультразвуковой реактор для извлечения металла из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Ультарзвуковое выщелачивание дает высокие выходы лития, кобальта, меди, алюминия и никеля.Мощное ультразвуковое исследование хорошо известно своей способностью обрабатывать химические жидкости и суспензии для улучшения массопереноса и инициирования химических реакций.
Интенсивное воздействие ультразвуковой энергии основано на явлении акустической кавитации. Путем соединения высокомощного ультразвука с жидкостями / суспензиями переменные волны низкого давления и высокого давления в жидкостях создают небольшие вакуумные пузырьки. Небольшие вакуумные пустоты растут по различным циклам низкого давления / высокого давления до тех пор, пока они не будут сильно взрываться. Коллапсирующие вакуумные пузырьки можно рассматривать как микрореакторы, в которых температуры до 5000 К, давления до 1000 атм и скорости нагрева и охлаждения выше 10-10 происходить. Кроме того, создаются сильные гидродинамические силы сдвига и струи жидкости со скоростью до 280 м/с. Эти экстремальные условия акустической кавитации создают чрезвычайные физические и химические условия в холодных жидкостях и создают благоприятную среду для химических реакций (так называемых Sonochemistry).

Ультразвуковое выщелачивание при утилизации отработанных литий-ионных батарей. (Нажмите, чтобы увеличить!)

Ультразвуковое выщелачивание металлов из отработанных батарейных отходов.

Ультразвуковая кавитация может вызывать термолиз растворов, а также образование высокоактивных радикалов и реагентов, таких как свободные радикалы, гидроксидные ионы (OH) гидрониум (H3O +) и т. Д., Которые обеспечивают чрезвычайные реактивные условия в жидкости, так что скорость реакции значительно увеличивается. Твердые вещества, такие как частицы, ускоряются жидкостными струями и измельчаются путем межчастичного столкновения и истирания, увеличивая площадь активной поверхности и тем самым перенося массы.
Большим преимуществом ультразвукового выщелачивания и извлечения металла является точное управление параметрами процесса, такими как амплитуда, давление и температура. Эти параметры позволяют точно настроить условия реакции на технологическую среду и целевой выход. Кроме того, ультразвуковое выщелачивание удаляет даже самые мелкие частицы металла из подложки, сохраняя при этом микроструктуры. Усовершенствованная регенерация металла обусловлена ​​ультразвуковым созданием высокореактивных поверхностей, повышенной скоростью реакции и улучшенным массопереносом. Процессы обработки ультразвука могут быть оптимизированы, влияя на каждый параметр и, следовательно, не только очень эффективны, но и очень энергоэффективны.
Его точный контроль параметров и энергоэффективность делают ультразвуковое выщелачивание благоприятным и превосходным методом – особенно по сравнению со сложным кислотным выщелачиванием и методами хелирования.

Ультразвуковое восстановление LiCoO2 от использованных литий-ионных аккумуляторов

Ультразвук способствует восстановительному выщелачиванию и химическому осаждению, которые используются для восстановления Li как Li2Колорадо3 и Co в виде Co (OH)2 от литий-ионных батарей.
Zhang et al. (2014) сообщают об успешном восстановлении LiCoO2 используя ультразвуковой реактор. для того, чтобы подготовить исходный раствор 600 мл, они разместили 10 г недействительного LiCoO2 порошок в стакане и добавляли 2,0 моль / л раствора LiOH, которые смешивали.
Смесь выливают в ультразвуковое облучение и запускают перемешивающее устройство, перемешивающее устройство помещают внутри реакционного сосуда. Его нагревали до 120 ° С, а затем Ультразвуковое устройство был установлен на 800 Вт, а ультразвуковой режим действия был установлен на импульсные рабочие циклы продолжительностью 5 секунд. ON / 2сек. OFF. Ультразвуковое облучение применяли в течение 6 ч, а затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры. Твердый остаток промывали несколько раз деионизированной водой и сушили при 80 ° С до достижения постоянной массы. Полученный образец был собран для последующего тестирования и производства батареи. Емкость заряда в первом цикле составляет 134,2 мАч / г, а разрядная емкость - 133,5 мАч / г. Первоначальная эффективность заряда и разряда составила 99,5%. После 40 циклов разрядная емкость по-прежнему составляет 132,9 мАч / г. (Zhang et al., 2014)
 

Ультразвуковая обработка Proby улучшает выщелачивание и извлечение драгоценных металлов и материалов из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Hielscher Ultrasonics поставляет ультразвуковые аппараты «под ключ», готовые к установке на завод по переработке аккумуляторов для повышения производительности переработки.

Использовали кристаллы LiCoO2 до (а) и после (б) ультразвуковой обработки при 120◦С в течение 6 часов.
Исследование и изображения: ©Zhang et al. 2014

 
Ультразвуковое выщелачивание органическими кислотами, такими как лимонная кислота, является не только эффективным, но и экологически чистым. Исследования показали, что выщелачивание Co и Li более эффективно с лимонной кислотой, чем с неорганическими кислотами H2SO4 и HCl. Более 96% Co и почти 100% Li были извлечены из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Тот факт, что органические кислоты, такие как лимонная кислота и уксусная кислота, являются недорогими и биоразлагаемыми, способствует дальнейшим экономическим и экологическим преимуществам обработки ультразвуком.

Мощный промышленный ультразвук для выщелачивания металла из отработанных батарей

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics - ваш многолетний поставщик высокоэффективных и надежных ультразвуковых систем, которые обеспечивают необходимую мощность для выщелачивания металлов из отходов. Для переработки литий-ионных аккумуляторов путем извлечения таких металлов, как кобальт, литий, никель и марганец, необходимы мощные и надежные ультразвуковые системы. Промышленные установки Hielscher Ultrasonics, такие как UIP4000hdT (4 кВт), UIP6000hdT (6 кВт), UIP10000 (10 кВт) и UIP16000 (16 кВт), являются самыми мощными и надежными высокопроизводительными ультразвуковыми системами на рынке. Все наши промышленные установки могут непрерывно работать с очень высокой амплитудой до 200 мкм в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях и в сложных условиях. Hielscher также поставляет специальные сонотроды и реакторы для высоких температур, давлений и агрессивных жидкостей. Это делает наши промышленные ультразвуковые аппараты наиболее подходящими для методов добывающей металлургии, например, гидрометаллургической обработки.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
От 20 до 200 л От 4 до 20 л/мин UIP6000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Пожалуйста, используйте форму ниже, если вы хотите запросить дополнительную информацию о ультразвуковой гомогенизации. Мы будем рады предложить Вам ультразвуковые системы, отвечающей вашим требованиям.









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,




Полезные сведения

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи (LIB) - это коллективный термин для (перезаряжаемых) батарей, которые обеспечивают высокую плотность энергии и часто интегрируются в бытовую электронику, такую ​​как электронные автомобили, гибридные автомобили, ноутбуки, сотовые телефоны, iPod и т. Д. По сравнению с другие варианты перезаряжаемых батарей с аналогичным размером и емкостью, LIB значительно легче.
В отличие от одноразовой литиевой первичной батареи, LIB использует интеркалированное соединение лития вместо металлического лития в качестве своего электрода. Основными составляющими литий-ионной батареи являются ее электроды – анод и катод – и электролит.
Большинство клеток имеют общие компоненты с точки зрения электролита, сепаратора, фольги и оболочки. Основное различие между клеточными технологиями - это материал, используемый в качестве “активные материалы” таких как катод и анод. Графит является наиболее часто используемым материалом в качестве анода, в то время как катод выполнен из слоистого LiMO2 (M = Mn, Co и Ni), шпинель LiMn2О4, или оливином LiFePO4, Электролиты органического жидкого электролита (например, соль LiPF6, растворенные в смеси органических растворителей, таких как этиленкарбонат (ЕС), диметилкарбонат (DMC), диэтилкарбонат (DEC), этилметилкарбонат (EMC) и т. Д.), Позволяют ионного движения.
В зависимости от положительных (катодных) и отрицательных (анодных) материалов электродов плотность энергии и напряжение LIB меняются соответственно.
При использовании в электромобилях часто используется аккумулятор электромобиля (EVB) или тяговый аккумулятор. Такие тяговые батареи используются в вилочных погрузчиках, электрических тележках для гольфа, напольных скрубберах, электрических мотоциклах, электромобилях, грузовиках, фургонах и других электромобилях.

Переработка металла из отработанных литий-ионных батарей

По сравнению с другими типами батарей, которые часто содержат свинец или кадмий, литий-ионные батареи содержат менее токсичные металлы и поэтому считаются экологически чистыми. Тем не менее, огромное количество отработанных литий-ионных батарей, которые придется утилизировать в качестве отработанных батарей от электромобилей, представляет собой проблему с отходами. Поэтому необходим замкнутый цикл рециркуляции литий-ионных батарей. С экономической точки зрения металлические элементы, такие как железо, медь, никель, кобальт и литий, могут быть извлечены и повторно использованы при производстве новых батарей. Утилизация может также предотвратить будущий дефицит.
Хотя на рынок выходят батареи с более высоким зарядом никеля, невозможно производить батареи без кобальта. Чем выше содержание никеля, тем выше стоимость: при увеличенном содержании никеля стабильность батареи уменьшается и, следовательно, уменьшается ее срок службы и способность быстрой зарядки.

Растущий спрос на литий-ионные батареи. Источник: Deutsche Bank

Растущий спрос на литий-ионные батареи требует увеличения объемов переработки для отработанных батарей.

Процесс переработки

Батареи электромобилей, таких как родстер Tesla Roadster, имеют приблизительный срок службы 10 лет.
Утилизация истощенных литий-ионных батарей является сложным процессом, поскольку задействованы высоковольтные и опасные химические вещества, которые сопряжены с опасностью термического утечки, поражения электрическим током и выброса опасных веществ.
Чтобы установить рециркуляцию замкнутого цикла, каждая химическая связь и все элементы должны быть разделены на отдельные фракции. Однако энергия, требуемая для такой замкнутой рециркуляции, очень дорога. Наиболее ценными материалами для извлечения являются металлы, такие как Ni, Co, Cu, Li и т. Д., Так как дорогостоящая горная промышленность и высокие рыночные цены на металлические компоненты делают экономику привлекательной.
Процесс утилизации литий-ионных аккумуляторов начинается с демонтажа и разрядки батарей. Перед открытием батареи требуется пассивация, чтобы инактивировать химикаты в батарее. Пассивация может быть достигнута путем криогенного замораживания или контролируемого окисления. В зависимости от размера батареи батареи можно демонтировать и разобрать до ячейки. После демонтажа и дробления компоненты изолируются несколькими способами (например, скрининг, просеивание, сбор рук, магнитное, мокрое и баллистическое разделение), чтобы удалить кожухи электродов, алюминий, медь и пластмассы из электродного порошка. Разделение электродных материалов необходимо для последующих процессов, например гидрометаллургической обработки.
Пиролиз
Для пиролитической обработки измельченные батареи выплавляются в печи, где известняк добавляют в качестве шлакообразующего агента.

Гидротермальные процессы
Гидрометаллургическая обработка основана на кислотных реакциях для осаждения солей в виде металлов. Типичные гидрометаллургические процессы включают выщелачивание, осаждение, ионный обмен, экстракцию растворителем и электролиз водных растворов.
Преимуществом гидротермической переработки является высокий выход извлечения + 95% Ni и Co в виде солей, + 90% Li могут осаждаться, а остальная часть может быть восстановлена ​​до + 80%.

Особенно кобальт является критическим компонентом в катодах с литиево-ионным аккумулятором для применения в высоких энергиях и мощности.
В современных гибридных автомобилях, таких как Toyota Prius, используются никель-металлогидридные батареи, которые демонтируются, разряжаются и перерабатываются аналогично литий-ионным батареям.

Литература / Ссылки

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recovery of lithium and cobalt from spent lithium-ion batteries using organic acids: Process optimization and kinetic aspects. Waste Management 64, 2017. 244–254.
  • Shin S.-M.; Lee D.-W.; Wang J.-P. (2018): Fabrication of Nickel Nanosized Powder from LiNiO2 from Spent Lithium-Ion Battery. Metals 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultrasound-assisted Hydrothermal Renovation of LiCoO2 from the Cathode of Spent Lithium-ion Batteries. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Recovery of Lithium Cobalt Oxide Material from the Cathode of Spent Lithium-Ion Batteries. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.

Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые приборы.

Мощная обработка ультразвуком от лаборатории и настольного компьютера до промышленного производства.

Мы будем рады обсудить ваш процесс.

Давайте свяжемся.