Ультразвук повышает эффективность переработки литий-ионных аккумуляторов

Литий – дефицитный и весьма ценный материал, содержащийся в высокоэффективных аккумуляторах, например литий-ионных. Литий – самый ценный материал, извлекаемый при переработке литий-ионных аккумуляторов, однако другие минералы и металлы, такие как кобальт, марганец, никель, медь и алюминий, также представляют ценность для извлечения. Высокоинтенсивная обработка ультразвуком используется как метод перемешивания с высоким сдвигом и выщелачивания для извлечения, удаления и растворения ценных минералов и металлов из отработанных аккумуляторов. Метод обработки ультразвуком отличается высокой результативностью и энергоэффективностью, а оборудование для его применения легко доступно для установки на предприятиях по переработке полноценного коммерческого масштаба.

Обзор: процесс переработки литий-ионных аккумуляторов

Процесс извлечения драгоценных металлов и материалов при переработке отработанных литий-ионных аккумуляторов обычно включает несколько этапов. Ниже приведён общий обзор:

1. Сбор и сортировка: Отработанные литий-ионные аккумуляторы собирают и сортируют по типу и химическому составу.
2. Разборка: Сначала пластиковую оболочку аккумулятора разрушают и удаляют. Затем аккумулятор без оболочки помещают в жидкий азот для нейтрализации реакционноспособных, взрывоопасных веществ. Этот этап обеспечивает предотвращение внезапного высвобождения всей накопленной энергии и связанных с ним последующих воспламенения и взрыва. Затем аккумуляторы разбирают, чтобы разделить различные компоненты, такие как катод, анод, электролит и корпус.
3. Измельчение: Разобранные аккумуляторы измельчают на более мелкие части, чтобы увеличить площадь поверхности для последующих процессов.
4. Расслоение электродов: Перед обработкой для извлечения металлов отделённые электроды, то есть катод и анод, необходимо дополнительно разобрать. Поскольку катодный материал обычно прикреплён к алюминиевой фольге связующим веществом, чаще всего поливинилиденфторидом (PVDF) или политетрафторэтиленом (PTFE), отделить катод от алюминиевой фольги непросто.
5. Химическая обработка: Измельчённые компоненты аккумуляторов подвергают различным видам химической обработки для растворения и разделения разных материалов. Это может включать выщелачивание кислотой или другими растворителями для извлечения ценных металлов, таких как литий, кобальт, никель и медь.
6. Извлечение и очистка: Затем растворённые металлы извлекают из раствора посредством таких процессов, как осаждение, экстракция растворителем или электрохимические методы. Эти этапы помогают очищать и концентрировать драгоценные металлы.

Повышение эффективности извлечения драгоценных металлов с помощью обработки ультразвуком

Мощный ультразвук может улучшать этапы расслоения электродов и выщелачивания драгоценных металлов и материалов, интенсифицируя реакции и тем самым значительно повышая эффективность процесса извлечения. Обработка ультразвуком – это метод, использующий высокоинтенсивные ультразвуковые волны для создания механических колебаний и акустической кавитации в жидкой среде. Мощные силы, возникающие при обработке ультразвуком, используются для улучшения процесса извлечения драгоценных металлов при переработке отработанных литий-ионных аккумуляторов несколькими способами:
 

1. Дезинтеграция: Обработка ультразвуком разрушает измельчённые материалы аккумуляторов, образуя более мелкие частицы. Более мелкие частицы имеют большую площадь поверхности, что повышает эффективность химического выщелачивания и способствует высвобождению ценных металлов.
2. Улучшенное выщелачивание: Применение обработки ультразвуком в процессах выщелачивания может улучшать контакт между твёрдым материалом и выщелачивающим раствором, повышая эффективность извлечения металлов. Ультразвуковое выщелачивание способствует извлечению металлов и увеличивает выход извлекаемых металлов и минералов, таких как кобальт, марганец, никель, медь и алюминий.
3. Улучшенное расслоение электродов: Цель расслоения электродов при переработке аккумуляторов – разделить различные компоненты, такие как электроды, электролиты и сепараторы, чтобы их можно было далее обрабатывать или перерабатывать по отдельности. Обработка ультразвуком способствует отделению и удалению покрытий с электрода. Сономеханические силы способствуют эффективному разделению слоёв электродов.
4. Ускорение реакций: Обработка ультразвуком способствует более быстрому и тщательному перемешиванию, что может ускорять химические реакции на этапах извлечения и очистки металлов.
5. Снижение энергопотребления: Обработка ультразвуком может повышать эффективность процесса, сокращая время и затраты энергии, необходимые для извлечения металлов из отработанных аккумуляторов.

 
Обработка ультразвуком может способствовать улучшению процесса извлечения драгоценных металлов и материалов при переработке отработанных литий-ионных аккумуляторов, повышая результативность и эффективность различных этапов переработки.
Этапы ультразвукового выщелачивания металлов и расслоения электродов можно адаптировать к конкретным процессам переработки, которые могут различаться по мере того, как компании, специализирующиеся на переработке литий-ионных аккумуляторов, разрабатывают и модифицируют свои процессы для достижения наивысшей эффективности.

Ультразвуковая кавитация для отделения катода

Обработка ультразвуком отделяет катодные материалы от алюминиевой фольги благодаря воздействию акустической кавитации. Акустическая, или ультразвуковая, кавитация характеризуется локально возникающими высокими давлениями и температурами и их последующим падением, приводящим к соответствующим перепадам давления и температуры, а также к интенсивной микротурбулентности и микроструям с высоким сдвигом. Эти кавитационные силы воздействуют на границы поверхностей, способствуют массопереносу и вызывают эрозию. Создавая столь интенсивные силы химической, физической, тепловой и механической природы, ультразвуковая кавитация обеспечивает необходимые перемешивание и массоперенос для разрушения структуры органического связующего, используемого в литий-ионных аккумуляторах для закрепления катода на токосъёмнике / алюминиевой фольге.
В то время как одного лишь механического перемешивания, например мешалкой, недостаточно для эффективного отделения катодного материала от алюминиевой фольги, высокоинтенсивная обработка ультразвуком обеспечивает необходимую сонохимическую и сономеханическую энергию для полного удаления катодного материала с токосъёмников. В отличие от механического перемешивания, ультразвуковая кавитация создаёт интенсивную турбулентность, локально высокие температуры и давления, а также перемешивание, потоки и струи жидкости, которые разрушают связующее, например PVDF или PTFE, соединяющее катод с фольгой Al, и вызывают эрозию поверхности как катода, так и фольги Al. Таким образом, связующее между обоими материалами надлежащим образом разрушается, а катод и алюминиевая фольга эффективно разделяются.
Например, ультразвуковое разделение обеспечивает высокую эффективность удаления катода, составляющую 99%, при использовании N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) в качестве растворителя при 70°C (мощность ультразвука 240 W и время обработки ультразвуком 90 min). Поскольку ультразвуковое отделение катода равномерно диспергирует материал и предотвращает образование более крупных агломератов, последующий процесс выщелачивания металлов облегчается.
Узнайте больше об ультразвуковом расслоении электродов для извлечения активных материалов и фольги токосъёмников!

Ультразвуковое выщелачивание минералов

Описанные выше эффекты ультразвуковой кавитации также способствуют выщелачиванию металлов из отработанных аккумуляторов. Высокоинтенсивная обработка ультразвуком используется не только для извлечения минералов при переработке аккумуляторов, но также часто применяется в гидрометаллургии и при выщелачивании ценных руд (например, хвостов горнодобывающего производства). Высокие локальные температуры, давления и силы сдвига интенсифицируют выщелачивание металлов и значительно повышают его эффективность. В то время как в кавитационных горячих точках локально возникают экстремально высокие температуры до 1000 K, общие условия выщелачивания требуют лишь умеренной температуры около 50–60°C. Это делает ультразвуковое извлечение металлов энергоэффективным и экономичным.
Ультразвуковое выщелачивание минералов из отработанных литий-ионных аккумуляторов характеризуется высокой степенью извлечения и эффективностью. Например, серная кислота (H2SO4) успешно применялась в качестве выщелачивающего реагента в присутствии перекиси водорода (H2O2) при ультразвуковом извлечении минералов из катода. Ультразвуковое выщелачивание серной кислотой обеспечило степень извлечения 94,63% для кобальта и 98,62% для лития соответственно.
Ультразвуковое выщелачивание органической лимонной кислотой (C6H8O7·H2O) обеспечивает очень высокую степень извлечения меди и лития, позволяя извлекать 96% меди и почти 100% лития из отработанных литий-ионных аккумуляторов.

Просто и безопасно: масштабирование ультразвукового процесса от испытаний на реализуемость до промышленной переработки

Высокоэффективное ультразвуковое оборудование для переработки литий-ионных аккумуляторов легко доступно для настольных, пилотных и промышленных установок. Поскольку ультразвуковое отделение катода и ультразвуковое выщелачивание минералов из отработанных аккумуляторов уже являются отработанными процессами, путь от первых испытаний и оптимизации под конкретные требования вашего процесса до установки полностью промышленной системы ультразвукового разделения и/или выщелачивания прост и быстр.
Узнайте больше о преимуществах ультразвукового выщелачивания для экологически устойчивой переработки аккумуляторов и извлечения сырья из городских отходов!

Высокоэффективные ультразвуковые аппараты для переработки аккумуляторов

Hielscher Ultrasonics поставляет высокоэффективные ультразвуковые аппараты любых размеров и производительности. Выпуская UIP16000 (16kW), Hielscher производит самый мощный ультразвуковой процессор в мире. UIP16000, как и все другие промышленные ультразвуковые системы, можно легко объединять в кластеры для достижения необходимой производительности обработки. Все ультразвуковые аппараты Hielscher рассчитаны на работу в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях.
Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics способны обеспечивать очень высокие амплитуды. Непрерывную работу с амплитудами до 200µm можно легко поддерживать в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу.

Ультразвуковые зонды и сонореакторы для любых объёмов

Ассортимент Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров: от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов, настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров, способных обрабатывать объёмы, равные вместимости грузовых автомобилей, за час. Полный ассортимент позволяет нам предложить вам наиболее подходящее ультразвуковое оборудование для вашей области применения, производительности процесса и производственных целей.

Точно регулируемые амплитуды для оптимальных результатов

Все ультразвуковые процессоры Hielscher обеспечивают точное управление и поэтому служат надёжным рабочим оборудованием в исследованиях, разработках и производстве. Амплитуда – один из важнейших параметров процесса, влияющих на эффективность и результативность реакций, инициируемых сонохимическим и сономеханическим воздействием. Все процессоры Hielscher Ultrasonics позволяют точно задавать амплитуду. Сонотроды и усилители амплитуды – это принадлежности, позволяющие изменять амплитуду в ещё более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher способны обеспечивать очень высокие амплитуды и необходимую интенсивность ультразвука для сложных задач. Непрерывную работу с амплитудами до 200µm можно легко поддерживать в режиме 24/7.
Точная настройка амплитуды и постоянный контроль параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения позволяют отделять катод от алюминиевой фольги, а также выщелачивать минералы и металлы из отработанных литий-ионных аккумуляторов при наиболее эффективных условиях ультразвуковой обработки. Оптимальная обработка ультразвуком для наиболее эффективной переработки литий-ионных аккумуляторов!
Прочность ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при интенсивных нагрузках и в сложных условиях. Благодаря этому ультразвуковые аппараты Hielscher служат надёжным рабочим инструментом, отвечающим требованиям вашего процесса переработки.

Высочайшее качество – разработано и изготовлено в Германии

Будучи семейной компанией, находящейся в собственности и под управлением семьи, Hielscher уделяет первостепенное внимание высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты разрабатываются, производятся и тщательно испытываются в нашей штаб-квартире в Тельтове, недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надёжность ультразвукового оборудования Hielscher делают его надёжным рабочим инструментом на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях – естественная характеристика высокоэффективных ультразвуковых зондов и реакторов Hielscher.

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Полезные сведения

Что такое литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионный аккумулятор, также называемый Li-ion аккумулятором, – это разновидность перезаряжаемого аккумулятора. По сравнению со свинцовыми и никелевыми аккумуляторами литий-ионные устройства используют катод, анод и электролит в качестве проводника.
Как и все аккумуляторы, литий-ионные аккумуляторы накапливают химическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую энергию для обеспечения статического электрического заряда для питания.
Литий-ионные аккумуляторы широко используются в портативной электронике, такой как ноутбуки и смартфоны, а также в электромобилях. Применение литий-ионных аккумуляторов также вызывает растущий интерес со стороны военных и аэрокосмических компаний.