Ultrasonics për riciklimin e baterive litium-litium

  • Bateri litium-jon që përdoren në makinat elektrike po vijnë tani në tregun masiv dhe me të, duhet të zhvillohen kapacitetet e riciklimit.
  • Mbushja tejzanor është një teknikë efiçiente ekologjike për të rikuperuar metale të tilla si Li, Mg, Co, Ni etj nga bateritë Li-ion të harxhuara.
  • Sistemet tejzanor industrial Hielscher për aplikimet e kullimit janë të besueshme dhe të fuqishme dhe mund të integrohen lehtësisht në impiantet ekzistuese të riciklimit.

Riciklimi i baterive të litiumit

Bateritë litium-jon përdoren gjerësisht në automjetet elektrike (EV), laptopë dhe telefona celularë. Kjo do të thotë që bateri litium-jon të harxhuar janë një sfidë aktuale lidhur me menaxhimin e mbeturinave dhe riciklimin. Bateritë janë një shofer me kosto të madhe për EV, dhe asgjësimi i tyre është i shtrenjtë. Aspekti mjedisor dhe ekonomik shtyjnë për një qark të mbyllur riciklimi pasi që mbetjet e baterive përmbajnë materiale të vlefshme dhe ndihmojnë në reduktimin e gjurmëve të karbonit për prodhimin e baterive të litiumit.
Riciklimi i baterive Li-Ion po rritet në një sektor të lulëzuar të industrisë për të siguruar disponueshmërinë e ardhshme të metaleve të rralla me tokë dhe komponentëve të tjerë të baterive dhe për të zvogëluar kostot mjedisore të minierave.

Kërkesë informacioni





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

48kW procesor tejzanor
për kërkesa të tilla si kullimi i metaleve

Riciklimi pirometalurgjik dhe hidrometalurgjik vs riciklimi i baterive tejzanor

Më poshtë, ne krahasojmë metodat konvencionale të proceseve pirometalurgjike dhe hidrometalurgjike me teknikën e kullimit me ultratinguj në lidhje me avantazhet dhe disavantazhet.

Të metat e riciklimit konvencional të baterive

Metodat tradicionale të përdorura për riciklimin e baterive litium-jon përfshijnë proceset pirometalurgjike dhe hidrometalurgjike.
 
Metodat pirometalurgjike përfshijnë procese me temperaturë të lartë si shkrirja ose djegia. Bateritë i nënshtrohen nxehtësisë ekstreme, duke bërë që përbërësit organikë të digjen, dhe përbërësit e mbetur metalikë shkrihen dhe ndahen. Sidoqoftë, këto metoda kanë disa disavantazhe:

  • Ndikim mjedisor: Proceset pirometalurgjike lëshojnë emetime të dëmshme dhe ndotës në atmosferë, duke kontribuar në ndotjen e ajrit dhe duke shkaktuar potencialisht rreziqe për shëndetin.
  • Humbja e materialeve: Proceset me temperaturë të lartë mund të rezultojnë në humbjen e materialeve dhe metaleve të vlefshme për shkak të degradimit termik, duke ulur shkallën e përgjithshme të rikuperimit.
  • Energji intensive: Këto metoda zakonisht kërkojnë hyrje të konsiderueshme të energjisë, gjë që rrit kostot operacionale dhe gjurmën mjedisore.

 
Metodat hidrometalurgjike përfshijnë shpëlarje kimike për të shpërndarë komponentët e baterisë dhe për të nxjerrë metale të vlefshme. Ndërsa metodat pirometalurgjike janë më miqësore me mjedisin, hidrometalurgjia ka të metat e veta:

  • Përdorimi kimik: Acidet e forta ose kimikate të tjera gërryese nevojiten për shpëlarje, gjë që ngre shqetësime për trajtimin e kimikateve, menaxhimin e mbetjeve dhe ndotjen e mundshme të mjedisit.
  • Sfidat e selektivitetit: Arritja e shpëlarjes selektive të metaleve të dëshiruar mund të jetë e vështirë, duke çuar në shkallë më të ulët të rikuperimit dhe humbje të mundshme të burimeve të vlefshme.

 

Avantazhet e kullimit të baterive me ultratinguj mbi teknikat konvencionale

Kur krahasohet me të dyja, teknikat e riciklimit pirometalurgjik dhe hidrometalurgjik, teknika e riciklimit të baterive tejzanor konkurron për shkak të avantazheve të ndryshme:

  1. Efikasiteti i rritur: Zërimi tejzanor mund të përshpejtojë prishjen e materialeve të baterisë, duke rezultuar në kohë më të shkurtra përpunimi dhe efikasitet më të lartë të përgjithshëm.
  2. Normat e përmirësuara të rikuperimit: Aplikimi i kontrolluar i kavitacionit tejzanor rrit prishjen e komponentëve të baterisë, duke rritur shkallën e rikuperimit të metaleve të vlefshme.
  3. Miqësore ndaj mjedisit: Riciklimi tejzanor redukton varësinë nga temperaturat e larta dhe kimikatet e ashpra, duke minimizuar ndikimin mjedisor dhe duke ulur emetimet e ndotësve.
  4. Shpëlarja selektive: Aplikimi i kontrolluar i ultrazërit lejon përçarjen e synuar të komponentëve të veçantë brenda baterisë, duke i ndarë ato në mënyrë efikase. Meqenëse përbërës të ndryshëm të riciklueshëm të baterive hiqen dhe treten nën intensitete të veçanta ultrasonike, parametrat e optimizuar të përpunimit lejojnë një kullim selektiv të materialeve individuale. Kjo lehtëson ndarjen efikase të metaleve dhe materialeve të vlefshme.
  5. Konsumi i reduktuar i energjisë: Krahasuar me të dyja, metodat hidrometalurgjike dhe veçanërisht me metodat pirometalurgjike, riciklimi me ultratinguj është përgjithësisht më efikas në energji, duke çuar në kosto më të ulëta operacionale dhe reduktim të gjurmës së karbonit.
  6. Shkallueshmëria dhe fleksibiliteti: Sistemet tejzanor mund të rriten ose zvogëlohen lehtësisht për të akomoduar madhësi të ndryshme baterish dhe kapacitete prodhimi. Përveç kësaj, ultrasonikët për riciklimin e baterive mund të integrohen lehtësisht në objektet ekzistuese të riciklimit të baterive. Të disponueshëm në shkallë të ndryshme të fuqisë dhe aksesorë që përputhen, si sondat tejzanor dhe reaktorët e qelizave rrjedhëse, ultrasonikët mund të trajtojnë komponentët e baterive me madhësi dhe kapacitete të ndryshme prodhimi, duke siguruar shkallëzim dhe përshtatshmëri në proceset e riciklimit.
  7. Integrimi sinergjik: Shpëlarja me ultratinguj mund të integrohet në linjat ekzistuese të riciklimit të baterive hidrometalurgjike, në mënyrë që të intensifikohet dhe përmirësohet kullimi hidrometalurgjik i metaleve dhe materialeve të vlefshme nga bateritë e shpenzuara Li-jon.

Në përgjithësi, riciklimi i baterive tejzanor premton si një metodë më miqësore me mjedisin, efikase dhe selektive në krahasim me qasjet tradicionale pirometalurgjike dhe hidrometalurgjike.

 

Fuqizim i kavitacionit tejzanor në Hielscher Cascatrode

Fuqizim i kavitacionit tejzanor në Hielscher Cascatrode

 

Kërkesë informacioni





Shpëlarje industriale me ultratinguj për rikuperimin e metaleve nga bateritë e shpenzuara

Mbushja tejzanor dhe nxjerrja e metaleve mund të aplikohen në proceset e riciklimit të baterive të oksidit të kobaltit të litiumit (p.sh. nga laptopë, smartfonë etj.) Si dhe të baterive komplekse litium-nikel-mangan-kobalt (p.sh. nga automjetet elektrike).
Reaktor tejzanor industrial me shumë sonda për rikuperimin e metaleve nga bateritë e harxhuara litium-jon. Shpëlarja me ultratinguj jep rendimente të larta rikuperimi të litiumit, kobaltit, bakrit, aluminit dhe nikelit.Ultratinguj me fuqi të lartë është i njohur mirë për aftësinë e tij për të përpunuar lëngje dhe lëngje kimike me qëllim të përmirësimit të transferimit të masës dhe inicimit të reaksioneve kimike.
Efektet intensive të ultrasonication të energjisë bazohen në fenomenin e cavitation akustike. Duke bashkuar ultratinguj me fuqi të lartë në lëngje / slurri, valët alternative të presionit të ulët dhe valët e presionit të lartë në lëngje gjenerojnë flluska të vogla vakumi. Boshllëqet e vogla të vakumit rriten mbi cikle të ndryshme presioni të ulët / presion të lartë derisa implode me dhunë. Bubbles vakum kolaps mund të konsiderohet si microreactors në të cilat temperaturat deri në 5000K, presionet deri në 1000atm, dhe normat e ngrohjes dhe ftohjes mbi 10-10 ndodhin. Për më tepër, gjenerohen forca të forta prerëse hidrodinamike dhe avionë të lëngshëm me shpejtësi deri në 280 m/s. Këto kushte ekstreme të kavitacionit akustik krijojnë kushte të jashtëzakonshme fizike dhe kimike në lëngje ndryshe të ftohta dhe krijojnë një mjedis të dobishëm për reaksionet kimike (të ashtuquajturat sonochemistry).

Thithja tejzanor në riciklimin e baterive të kaluara të Li-Ion. (Kliko per te zmadhuar!)

Kullimin tejzanor të metaleve nga mbetjet e baterive të rraskapitura.

Kavitacioni i gjeneruar në ultrasonically mund të nxisë termolizën e tretësve si dhe formimin e radikaleve dhe reagentëve shumë reaktivë, të tillë si radikalet e lira, jonet hidroksid (OH,) hidron (H3O +) etj., Të cilat ofrojnë kushte të jashtëzakonshme reaktive në lëng në mënyrë që shkalla e reaksionit të rritet ndjeshëm. Materialet e ngurta të tilla si grimca përshpejtohen nga avujt e lëngshëm dhe grumbullohen me përplasje dhe konsumim interparticular duke rritur sipërfaqen aktive dhe duke transferuar në masë.
Avantazhi i madh i kullimit tejzanor dhe rikuperimi i metaleve është kontrolli i saktë mbi parametrat e procesit si amplitudë, presion dhe temperaturë. Këto parametra mundësojnë përshtatjen e kushteve të reagimit pikërisht në mesazhin e procesit dhe në prodhimin e synuar. Për më tepër, kullimi tejzanor heq edhe grimcat më të vogla metalike nga substrati, duke ruajtur mikrostrukturat. Rritja e përmirësuar e metalit është për shkak të krijimit tejzanor të sipërfaqeve shumë reaktive, rritjes së normave të reagimit dhe transportit të përmirësuar në masë. Proceset e zërit mund të optimizohen duke ndikuar në çdo parametër dhe prandaj jo vetëm që janë shumë efektive, por gjithashtu shumë efikase për energji.
Kontrolli i saktë i parametrave dhe efiçienca e energjisë e bëjnë tejkalimin e teknikës së favorshme dhe excelling – sidomos kur krahasohet me kullimin e acidit të komplikuar dhe teknikat e chelation.

Rimëkëmbja tejzanor e LiCoO2 nga bateritë e litium-ionit të shpenzuar

Ultrasonication ndihmon kullimin reduktiv dhe reshjeve kimike, të cilat janë përdorur për të rimarrë Li si Li2CO3 dhe Co si Co (OH)2 nga bateritë litium-jon të mbeturinave.
Zhang et al. (2014) raportojnë rikuperimin e suksesshëm të LiCoO2 duke përdorur një reaktor tejzanor. në mënyrë që të përgatisë zgjidhjen e fillimit prej 600mL, ata vendosën 10g LiCoO të pavlefshëm2 pluhur në një gotë dhe shtoi 2.0mol / L zgjidhje LiOH, të cilat ishin të përziera.
Përzierja u derdh në rrezatim tejzanor dhe pajisja e nxehtësisë filloi, pajisja nxitëse u vendos në brendësi të enës së reaksionit. Ajo u nxeu në 120◦C, dhe më pas pajisje tejzanor u vendos në 800W dhe mënyra tejzanore e veprimit u vendos në cikle të detyrueshme të funksionimit prej 5 sekondash. ON / 2sec. OFF. Xhirimi tejzanor është aplikuar për 6 orë, dhe pastaj përzierja e reaksionit është ftohur në temperaturën e dhomës. Mbetja solide u larë disa herë me ujë të deionizuar dhe u tha në 80◦C deri në peshën konstante. Mostra e marrë u mblodh për testimin pasues dhe prodhimin e baterive. Kapaciteti i ngarkuar në ciklin e parë është 134.2mAh / g dhe kapaciteti i shkarkimit është 133.5mAh / g. Efikasiteti i ngarkesës dhe shkarkimit për herë të parë ishte 99.5%. Pas 40 cikleve, kapaciteti i shkarkimit është ende 132.9mAh / g. (Zhang et al 2014)
 

Ultratingulli i tipit Proby përmirëson kullimin dhe rikuperimin e metaleve dhe materialeve të çmuara nga bateritë e shpenzuara Li-jon. Hielscher Ultrasonics furnizon ultrasonikë të gatshëm për instalim në fabrikën e riciklimit të baterive për rendimente të përmirësuara të riciklimit.

Përdoren kristalet LiCoO2 para (a) dhe pas (b) trajtimit me ultratinguj në 120◦C për 6 orë.
Studimi dhe imazhet: ©Zhang et al. 2014

 
Shpëlarja me ultratinguj me acide organike si acidi citrik është jo vetëm efektive, por edhe miqësore me mjedisin. Hulumtimet zbuluan se kullimi i Co dhe Li është më efikas me acid citrik sesa me acidet inorganike H2SO4 dhe HCl. Më shumë se 96% Co dhe gati 100% Li u gjetën nga bateritë e harxhuara të litium-jonit. Fakti që acidet organike si acidi citrik dhe acidi acetik janë të lira dhe të biodegradueshëm, kontribuon në avantazhet e mëtejshme ekonomike dhe mjedisore të sonikimit.

Ultrasonikë industrialë me fuqi të lartë për shpëlarjen e metaleve nga bateritë e harxhuara

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics është furnizuesi juaj me përvojë të gjatë për sisteme ultrasonike shumë efikase dhe të besueshme, të cilat ofrojnë fuqinë e nevojshme për të kulluar metalet nga materialet e mbeturinave. Për të ripërpunuar bateritë li-jonike duke nxjerrë metale të tilla si kobalti, litiumi, nikeli dhe mangani, sistemet ultrasonike të fuqishme dhe të fuqishme janë thelbësore. Njësitë industriale Hielscher Ultrasonics si UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) dhe UIP16000 (16kW) janë sistemet më të fuqishme dhe më të fuqishme të ultrazërit me performancë të lartë në treg. Të gjitha njësitë tona industriale mund të funksionojnë vazhdimisht me amplituda shumë të larta deri në 200µm në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara. Fortësia e pajisjeve tejzanor Hielscher lejon funksionimin 24/7 në punë të rënda dhe në mjedise kërkuese. Hielscher gjithashtu furnizon sonotrode dhe reaktorë të veçantë për temperatura të larta, presione dhe lëngje gërryese. Kjo i bën ultrasonikët tanë industrialë më të përshtatshëm për teknikat e metalurgjisë nxjerrëse, p.sh. trajtimet hidrometalurgjike.

Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonicators tonë:

Vëllimi i SerisëShkalla e rrjedhjesDevices rekomanduara
0.1 deri në 20L0.2 deri në 4L / minUIP2000hdT
10 deri në 100L2 deri në 10L / minUIP4000hdT
20 deri në 200 litra4 deri në 20 l/minUIP6000hdT
na10 deri në 100L / minUIP16000
namë e madhegrup i UIP16000

Na kontaktoni! / Pyet Na!

Ju lutemi përdorni formularin e mëposhtëm, nëse dëshironi të kërkoni informacione shtesë rreth homogjenizimit tejzanor. Ne do të jemi të lumtur t'ju ofrojmë një sistem tejzanor që plotëson kërkesat tuaja.









Ju lutem vini re tonë Politika e privatësisë.




Fakte të vlefshme

Bateritë e litiumit

Bateri litium-jon (LIB) është termi kolektiv i baterive (të rimbushshme) që ofrojnë një densitet të lartë të energjisë dhe shpesh integrohen në elektronikë të konsumit si makina elektronike, makina hibride, laptopë, telefona celularë, iPods etj. variante të tjera të baterive të rimbushshme me madhësi dhe kapacitet të ngjashëm, LIBs janë dukshëm më të lehta.
Ndryshe nga bateria primare e litiumit, një LIB përdor kompleksin e litiumit të ndërfutur në vend të litiumit metalik si elektrodën e tij. Përbërësit kryesorë të një baterie litium-jon janë elektrodat e saj – anod dhe katodë – dhe elektrolit.
Shumica e qelizave ndajnë komponentë të përbashkët në aspektin e elektrolitit, ndarësit, fletëve dhe shtresave të zeza. Dallimi kryesor midis teknologjive qelizore është materiali i përdorur si “materiale aktive” të tilla si katodë dhe anode. Grafit është materiali më i përdorur si anodi, ndërsa katodi është bërë nga LiMO2 shtresëzuar (M = Mn, Co dhe Ni), Spinel LiMn2O4, ose olivine LiFePO4. Elektrolite të lëngshme organike të elektroliteve (p.sh., kripë LiPF6 e tretur në një përzierje të tretësve organikë, si karbonati etilik (EC), dimetil karbonat (DMC), karbonat dietil (DEC), metil metil karbonat (EMC) lëvizje jonike.
Në varësi të materialeve elektrodë pozitive (katodë) dhe negative (anode), dendësia e energjisë dhe voltazhi i LIB ndryshojnë përkatësisht.
Kur përdoret në automjetet elektrike, shpesh përdoren bateritë elektrike (EVB) ose baterinë tërheqëse. Bateritë e tilla tërheqëse përdoren në pirunë, karroca elektrike të golfit, pastrues të dyshemesë, motoçikleta elektrike, makina elektrike, kamionë, furgonë dhe automjete të tjera elektrike.

Riciklimi i metaleve nga bateritë e zëna

Në krahasim me llojet e tjera të baterive që shpesh përmbajnë plumb ose kadmium, bateritë Li-ion përmbajnë metale më pak toksike dhe prandaj konsiderohen si miqësore me mjedisin. Megjithatë, sasia e madhe e baterive Li-ion të harxhuara, të cilat do të duhet të hidhen si bateri të shpenzuara nga makinat elektrike, paraqesin një problem të mbeturinave. Prandaj, është e nevojshme një qark i mbyllur i riciklimit të baterive Li-ion. Nga këndvështrimi ekonomik, elementët metalikë si hekuri, bakri, nikeli, kobaltet dhe litiumi mund të rikthehen dhe të ripërdoren në prodhimin e baterive të reja. Riciklimi mund të parandalojë edhe mungesën e ardhshme.
Megjithëse bateritë me ngarkesa më të larta të nikelit po vijnë në treg, nuk është e mundur të prodhohen bateri pa kobalt. Përmbajtja më e lartë e nikelit vjen me një kosto: Me rritjen e përmbajtjes së nikelit, stabiliteti i baterisë ulet dhe në këtë mënyrë reduktohet jeta e ciklit dhe aftësia e ngarkimit të shpejtë.

Rritja e kërkesës për bateri Li-ion. Burimi: Deutsche Bank

Kërkesa në rritje për bateri Li-ion kërkon rritjen e kapaciteteve të riciklimit të baterive të mbeturinave.

Procesi i riciklimit

Bateritë e automjeteve elektrike si Tesla Roadster kanë një jetëgjatësi të përafërt prej 10 vjetësh.
Riciklimi i baterive të ngopura të Li-ionit është një proces i kërkuar që nga përfshirja e tensionit të lartë dhe kimikateve të rrezikshme, që vijnë me rreziqet e arratisjes termike, goditjeve elektrike dhe shkarkimit të substancave të rrezikshme.
Për të krijuar një riciklim të mbyllur, çdo lidhje kimike dhe të gjitha elementet duhet të ndahen në fraksionet e tyre individuale. Megjithatë, energjia e kërkuar për një riciklim të tillë të mbyllur është shumë e shtrenjtë. Materialet më të vlefshme për rikuperim janë metale të tilla si Ni, Co, Cu, Li, etj, meqë minierat e shtrenjta dhe çmimet e larta të tregut të komponentëve metalikë e bëjnë riciklimin ekonomikisht tërheqës.
Procesi i riciklimit i baterive Li-ion fillon me çmontimin dhe shkarkimin e baterive. Para hapjes së baterisë, kërkohet një pasivim për inaktivimin e kimikateve në baterinë. Pasivimi mund të arrihet me ngrirje të ngrirjes ose me oksidim të kontrolluar. Në varësi të madhësisë së baterisë, bateritë mund të çmontohen dhe të shpërbëhen poshtë në qeli. Pas shpërbërjes dhe dërrmimit, komponentët janë të izoluar nga disa metoda (p.sh. screening, sieving, picking dorë, magnetike, lagësht dhe ndarje balistike) në mënyrë për të hequr zorrë qelqi, alumini, bakri dhe plastika nga pluhur elektrodë. Ndarja e materialeve të elektrodës është e nevojshme për proceset e rrjedhës së poshtme, p.sh. trajtimi hidrometallurgik.
Pyrolysis
Për përpunimin pirolitikë, bateritë e copëtuara janë shkrirë në një furre ku shtohet gur gëlqeror si një agjent shformues.

Proceset Hidrotergjike
Përpunimi hidrometallurgik bazohet në reagimet e acidit në mënyrë që të precipitojnë kripërat si metale. Proceset tipike hidrometalurgjike përfshijnë kullimin, reshjet, shkëmbimin jonik, nxjerrjen e tretësit dhe elektrolizën e solucioneve ujore.
Avantazhi i përpunimit hidrotermal është rendimenti i lartë i rikuperimit prej + 95% të Ni dhe Co si kripëra, + 90% e Li mund të precipitohet dhe pjesa tjetër mund të rikthehet deri në 80%.

Sidomos kobalt është një komponent kritik në katodat e baterisë me litium-jon për aplikime të larta të energjisë dhe energjisë.
Makina hibride aktuale si Toyota Prius, përdorin bateri të nikelit të metaleve hidride, të cilat janë çmontuar, shkarkuar dhe ricikluar në mënyrë të ngjashme me bateri Li-ion.

Letërsi / Referencat

  • 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 prodhon ultrasonicators me performancë të lartë.

Sonication fuqishme nga laboratori dhe bench-top të prodhimit industrial.

Ne do të jemi të lumtur të diskutojmë procesin tuaj.

Le të kontaktojmë.