• 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.

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.

 

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).
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).

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)
 

 
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

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:

---

---

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.