Ultrazvukové lúhovanie transformuje recykláciu batérií a mestskú ťažbu
Použité batérie a elektronický odpad sú plné cenných materiálov, ako je lítium, nikel, mangán a kobalt, ktoré sú nevyhnutné pre rastúci dopyt v sektoroch obnoviteľných zdrojov energie a elektrických vozidiel. Mestská ťažba – proces získavania týchto kovov z vyradených batérií a iného elektronického odpadu – je sľubnou cestou k obehovému hospodárstvu, ktoré znižuje potrebu primárnej ťažby a minimalizuje odpad. Kľúčovou technikou v tejto oblasti je sonikácia, ktorá preukázala obrovské výhody pri zvyšovaní rýchlosti regenerácie kovov, skrátení času spracovania a zlepšení udržateľnosti.
Sila sonikácie pri recyklácii batérií a mestskej ťažbe: Zmena hry pre udržateľnú obnovu zdrojov
Nedávna štúdia Canciani et al. (2024) skúma účinky ultrazvukovej kavitácie – drobných rázových vĺn vytvorených ultrazvukovými vlnami s vysokou intenzitou – na proces lúhovania na recykláciu batérií. Ich výskum ukazuje, že sonikacia nie je len miernym zlepšením tradičnej recyklácie; Zásadne mení spôsob, akým proces recyklácie interaguje s materiálom batérie, vďaka čomu je rýchlejší, efektívnejší a menej závislý od agresívnych chemikálií.
Prečítajte si viac o zisteniach štúdie nižšie!
Ultrazvukom vylepšené lúhovanie kyselinou funguje dvanásťkrát rýchlejšie ako konvenčné lúhovanie kyselinou, a to vďaka priaznivému mechanickému pôsobeniu kavitačných bublín praskajúcich blízko povrchu. Tento jav zlepšuje miešanie kyslého roztoku, čím zvyšuje transportné vlastnosti.
Obrázok a štúdia: © Canciani a kol., 2024
The Sonicator UIP16000hdT Spoľahlivo spracováva veľkú kapacitu odpadových kalov obsahujúcich kovy, čo uľahčuje vylúhovanie drahých kovov a rúd.
Ako funguje sonikácia pri recyklácii batérií
Pri typickej recyklácii batérií sa katódové materiály (ktoré obsahujú cenné kovy) rozpúšťajú v kyslom roztoku, čo je proces nazývaný “Lúhovania.” Tento prístup umožňuje separáciu a regeneráciu kovov z pevnej štruktúry batérie. Konvenčné lúhovanie je však časovo náročné a často trvá hodiny, kým sa dosiahne výrazné získanie kovu. Vyžaduje tiež silné kyseliny a vysoké teploty, čo vyvoláva obavy z vplyvu na životné prostredie.
Sonikácia transformuje tento proces pridaním ultrazvukových vĺn priamo do lúhovacieho roztoku. V štúdii publikovanej v roku 2024 Canciani et al. vedci testovali túto techniku s náhradným materiálom batérie, lítno-kobalt-nikel-mangán-oxid (NMC). Aplikáciou ultrazvukových vĺn pri špecifickej frekvencii a amplitúde zistili, že ultrazvuková kavitácia skracuje čas lúhovania o viac ako 80%. Proces sa zmenil z hodín na niekoľko minút a ponúkol revolučné zlepšenie efektivity.
Úloha sonikácie pri vylepšenom lúhovaní: Veda za prenosom hmoty a rýchlosťou
Sonikácia nielen urýchľuje lúhovanie; Mení spôsob, akým kyslý roztok interaguje s časticami batérie. Vysokovýkonný ultrazvuk vytvára milióny mikroskopických bublín, ktoré sa v roztoku rýchlo zrútia, čo je jav známy ako kavitácia. Táto činnosť vytvára intenzívne lokálne sily, ktoré rozkladajú povrchové častice a zvyšujú interakciu medzi kyselinou a kovmi v materiáli batérie.
Podľa Canciani et al. (2024) má tento proces dva primárne účinky na materiály batérií: zvyšuje pórovitosť častíc a zmenšuje ich veľkosť, čo vedie k dramatickému zväčšeniu povrchu. Pri väčšej ploche môže kyselina interagovať s materiálom vo väčšej miere, čím sa uľahčuje rýchlejšie lúhovanie. Autori zistili, že objem pórov v sonikovaných vzorkách sa v porovnaní s tými, ktoré sa spracovávajú konvenčne, zvýšil rádovo, čím sa vytvorilo viac ciest pre kyselinu na rozpustenie obsahu kovu.
SEM snímky častíc v rôznych časoch konvenčného (a–c) a ultrazvukového (d–f) lúhovania.
Obrázok a štúdia: © Canciani a kol., 2024
Sonikátory na lúhovanie pri recyklácii batérií a mestskej ťažbe.
Ultrazvukové lúhovanie: Zlepšené transportné vlastnosti a mikromiešanie
Štúdia tiež naznačuje, že ultrazvuková kavitácia nielen zlepšuje povrchový kontakt, ale tiež výrazne zlepšuje transportné vlastnosti. V podstate to znamená, že distribúcia kyseliny medzi časticami batérie sa stáva rovnomernejšou, pričom mikromiešanie vyvolané kavitáciou zaisťuje rovnomernú expozíciu. To vedie k homogenizovanému reakčnému prostrediu, ktoré umožňuje kyseline efektívnejšie a rovnomernejšie rozpúšťať kovy.
Ďalším pozoruhodným zistením je, že výhody ultrazvukovej kavitácie presahujú zmenšenie veľkosti častíc. Vedci zistili, že kavitácia mení mechanizmus interakcie medzi kyselinou a časticami, pravdepodobne v dôsledku zlepšeného transportu hraničnej vrstvy. Jednoducho povedané, kavitácia znižuje hrúbku kvapalnej vrstvy obklopujúcej každú časticu, čo umožňuje rýchlejšie rozpúšťanie kovu.
Distribúcia veľkosti častíc po ultrazvukovom a konvenčnom lúhovaní
Obrázok a štúdia: © Canciani a kol., 2024
Výhody pre mestskú ťažbu a udržateľnosť
Účinnosť sonikácie pri recyklácii batérií má obrovský potenciál pre budúcnosť mestskej ťažby a udržateľnú obnovu zdrojov. Zistenia Canciani et al. (2024) naznačujú, že sonikácia nahradí alebo zníži spoliehanie sa na praktiky poškodzujúce životné prostredie tým, že:
- Zníženie používania chemikálií: Ultrazvukom vylepšené lúhovanie umožňuje použitie ekologickejších rozpúšťadiel, ako je kyselina octová, a nie tvrdších kyselín, ktoré sú zvyčajne potrebné na konvenčné lúhovanie.
- Zníženie energetických požiadaviek: Pri sonikácii dochádza k rýchlemu lúhovaniu pri izbovej teplote, a nie pri dlhodobom ohrievaní, čo znižuje spotrebu energie a emisie.
- Zvyšovanie materiálového zhodnotenia: Zlepšená interakcia s povrchom a zvýšená pórovitosť maximalizujú mieru zhodnocovania cenných kovov, vďaka čomu je proces recyklácie ekonomicky životaschopný a šetrný k životnému prostrediu.
Širší vplyv na odvetvie batérií
S rozširovaním elektromobilov a technológií obnoviteľnej energie prudko rastie dopyt po batériách a v nich aj po kovoch v nich. Mestská ťažba s recykláciou vylepšenou sonikáciou ponúka prostriedky na udržateľné získavanie týchto kovov, znižuje environmentálnu záťaž ťažby a ponúka prístup k výrobe a likvidácii batérií v uzavretom cykle.
Rozšírenie recyklačných metód založených na sonikácii, optimalizácia kombinácií rozpúšťadiel a zdokonalenie aplikácie ultrazvukových vĺn ešte viac zvýši účinnosť. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vám rada odporučí ideálnu inline konfiguráciu sonikátora pre váš proces lúhovania. Kontaktujte nás teraz!
- vysoká účinnosť
- Najmodernejšia technológia
- spoľahlivosť & odolnosť
- nastaviteľné, presné riadenie procesu
- dávka & Inline
- pre akýkoľvek objem
- inteligentný softvér
- inteligentné funkcie (napr. programovateľné, dátové protokolovanie, diaľkové ovládanie)
- jednoduchá a bezpečná obsluha
- nízka údržba
- CIP (čistenie na mieste)
Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.
Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.
Literatúra / Referencie
- Chiara Canciani, Elia Colleoni, Varaha P. Sarvothaman, Paolo Guida, William L. Roberts (2024): On the effect of cavitation on particles in leaching processes: implications to battery recycling. Environmental Advances, Volume 17, 2024.
- Wang, J.; Faraji, F.; Ghahreman, A. (2020): Effect of Ultrasound on the Oxidative Copper Leaching from Chalcopyrite in Acidic Ferric Sulfate Media. Minerals 2020, 10, 633.
- J.L Luque-Garcı́a, M.D Luque de Castro (2003): Ultrasound: a powerful tool for leaching. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Volume 22, Issue 1, 2003. 41-47.
často kladené otázky
Čo je proces lúhovania?
Proces lúhovania je metóda používaná na extrakciu cenných kovov z pevných materiálov ich rozpustením v kvapalnom rozpúšťadle, zvyčajne kyslom roztoku. Táto technika rozkladá pevnú matricu, čo umožňuje kovovým iónom vstúpiť do roztoku, z ktorého sa môžu ďalej čistiť a získavať. Lúhovanie sa široko používa v ťažbe a recyklácii na získavanie kovov z rúd a odpadových materiálov.
Aký je rozdiel medzi extrakciou a lúhovaním?
Extrakcia a lúhovanie sa vzťahujú na procesy používané na oddelenie cenných látok od pevného materiálu, líšia sa však metódami a kontextom. Extrakcia sa vo všeobecnosti vzťahuje na širšiu škálu techník používaných na odstránenie konkrétnej látky, často s použitím rozpúšťadiel na jej oddelenie od iných zložiek a môže zahŕňať rôzne fyzikálne, chemické alebo tepelné metódy. Lúhovanie je na druhej strane špecifický typ extrakcie, ktorý zahŕňa rozpúšťanie kovov alebo iných rozpustených látok z pevnej látky do kvapaliny, zvyčajne pomocou kyslého alebo zásaditého roztoku. Lúhovanie sa bežne používa v baníctve, metalurgii a recyklačných procesoch. Zatiaľ čo extrakcia sa môže vzťahovať na rôzne látky, lúhovanie konkrétne zahŕňa selektívne odstraňovanie rozpustených látok z pevných látok pomocou kvapalných rozpúšťadiel.
Aké sú typické látky používané na lúhovanie?
Medzi typické látky používané na lúhovanie patria **kyseliny**, **zásady** a **rozpúšťadlá** v závislosti od spracovávaného materiálu. Medzi bežne používané lúhovacie prostriedky patria:
- Kyseliny:
- Kyselina sírová: Často sa používa pri extrakcii medi, niklu a uránu.
- Kyselina chlorovodíková: Používa sa pri lúhovaní kovov, ako je meď a zlato.
- Kyselina dusičná: Zvyčajne sa používa pri lúhovaní drahých kovov, najmä zlata a striebra.
- Kyselina octová: Niekedy sa používa v ekologických alebo ekologických procesoch lúhovania.
- Zásady:
Hydroxid sodný (hydroxid sodný): Používa sa pri extrakcii oxidu hlinitého z bauxitovej rudy alebo pri lúhovaní určitých kovov, ako je zlato a zinok. - Rozpúšťadlá:
- Kyanid: Bežne sa používa pri ťažbe zlata a striebra na vylúhovanie zlata z rudy (kyanidácia).
- Amoniak: Používa sa pri lúhovaní medi a iných základných kovov.
Tieto látky pomáhajú rozpúšťať špecifické kovy alebo minerály z rúd, odpadových materiálov alebo iných pevných látok, čím uľahčujú zhodnocovanie cenných materiálov.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.