Hielscher Ultrasonics
Vi diskuterar gärna din process.
Ring oss: +49 3328 437-420
Maila oss: info@hielscher.com

Ultraljudslakning förvandlar batteriåtervinning och urban gruvdrift

Begagnade batterier och elektroniskt avfall är packade med värdefulla material som litium, nickel, mangan och kobolt, som är viktiga för den växande efterfrågan inom sektorerna för förnybar energi och elfordon. Urban gruvdrift – processen att återvinna dessa metaller från kasserade batterier och annat elektroniskt avfall – är en lovande väg till en cirkulär ekonomi som minskar behovet av jungfrulig gruvdrift och minimerar avfallet. En nyckelteknik inom detta område är ultraljudsbehandling, som har visat enorma fördelar för att förbättra metallåtervinningshastigheter, sänka bearbetningstiderna och förbättra hållbarheten.

Kraften i ultraljudsbehandling i batteriåtervinning och urban gruvdrift: En spelväxlare för hållbar resursåtervinning

En nyligen genomförd studie av Canciani et al. (2024) utforskar effekterna av ultraljudskavitation - små chockvågor skapade av högintensiva ultraljudsvågor - på urlakningsprocessen för batteriåtervinning. Deras forskning visar att ultraljudsbehandling inte bara är en blygsam förbättring av traditionell återvinning; Det förändrar i grunden hur återvinningsprocessen interagerar med batterimaterial, vilket gör det snabbare, effektivare och mindre beroende av starka kemikalier.
Läs mer om studiens resultat nedan!

Ultraljudsförstärkt syraurlakning fungerar med en hastighet tolv gånger snabbare än konventionell syraurlakning, på grund av den fördelaktiga mekaniska verkan av kavitationsbubblor som spricker nära ytan. Detta fenomen förbättrar blandningen av syralösningar och förbättrar därmed transportegenskaperna.

Ultraljudsförstärkt syraurlakning fungerar med en hastighet tolv gånger snabbare än konventionell syraurlakning, på grund av den fördelaktiga mekaniska verkan av kavitationsbubblor som spricker nära ytan. Detta fenomen förbättrar blandningen av syralösningar och förbättrar därmed transportegenskaperna.
Bild och studie: © Canciani et al., 2024

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudsbehandling förändrar batteriåtervinning och urban gruvdrift för hållbar resursåtervinning. Sonicator UIP16000hdT bearbetar enkelt stor genomströmning av metallhaltiga avfallsslam, vilket underlättar urlakning av ädelmetaller och malmer.

The Sonicator UIP16000hdT Bearbetar på ett tillförlitligt sätt stor genomströmning av metallhaltigt avfallsslam, vilket underlättar urlakning av ädelmetaller och malmer.

Hur ultraljudsbehandling fungerar i batteriåtervinning

Akustisk kavitation som visas här på Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT används för att initiera och främja kemiska reaktioner. Ultraljud kavitation vid Hielschers UIP1500hdT (1500W) ultraljudsapparat för sonokemiska reaktioner.Vid typisk batteriåtervinning löses katodmaterial (som innehåller värdefulla metaller) upp i en sur lösning, en process som kallas “urlakning.” Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att separera och återvinna metaller från batteriets fasta struktur. Konventionell urlakning är dock tidskrävande och tar ofta timmar för att uppnå betydande metallåtervinning. Det kräver också starka syror och höga temperaturer, vilket väcker oro för miljöpåverkan.
Ultraljudsbehandling förvandlar denna process genom att lägga till ultraljudsvågor direkt i urlakningslösningen. I den 2024 publicerade studien av Canciani et al. testade forskare denna teknik med ett surrogatbatterimaterial, litiumkoboltnickel manganoxid (NMC). Genom att applicera ultraljudsvågor vid en specifik frekvens och amplitud fann de att ultraljudskavitation minskar urlakningstiden med över 80%. Processen gick från att ta timmar till några minuter, vilket gav en revolutionerande förbättring av effektiviteten.

Rollen av ultraljudsbehandling i ökad urlakning: vetenskapen bakom massöverföring och hastighet

Ultraljudsbehandling påskyndar inte bara urlakning; Det förändrar hur den sura lösningen interagerar med batteripartiklarna. Ultraljud med hög effekt skapar miljontals mikroskopiska bubblor som snabbt kollapsar i lösningen, ett fenomen som kallas kavitation. Denna åtgärd genererar intensiva lokala krafter som bryter ner ytpartiklar och ökar interaktionen mellan syran och metallerna i batterimaterialet.
Enligt Canciani et al. (2024) har denna process två primära effekter på batterimaterialen: den ökar porositeten hos partiklarna och minskar deras storlek, vilket leder till en dramatisk ökning av ytan. Med en större yta kan syran interagera mer omfattande med materialet, vilket underlättar snabbare urlakning. Författarna observerade att porvolymen i sonikerade prover ökade med en storleksordning jämfört med de som bearbetas konventionellt, vilket skapar fler vägar för syran att lösa upp metallinnehållet.

Hielscher ultraljudstekniker förhindrar effektivt syrastagnation i partikelsprickor. Under ultraljudslakning främjar den förbättrade transporten av urlakade arter till bulkvätskefasen utvecklingen av djupare sprickor jämfört med konventionell bearbetning. Vid traditionell urlakning är syrapenetrationen i sprickor begränsad, vilket resulterar i långsammare diffusion av urlakade metaller ut till bulkvätskan, vilket förlänger processtiden.

SEM-bilder för partiklar vid olika tidpunkter av konventionell (a–c) och ultraljudsläckning (d–f).
Bild och studie: © Canciani et al., 2024

Industriell sonikatorinstallation för inline-urlakning av metaller och malmer från elektroniskt avfall.

Sonsoniska apparater för urlakning vid batteriåtervinning och urban gruvdrift.

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudslakning: Förbättrade transportegenskaper och mikroblandning

Studien tyder också på att ultraljudskavitation inte bara förbättrar ytkontakten utan också avsevärt förbättrar transportegenskaperna. I huvudsak innebär detta att fördelningen av syra över batteripartiklarna blir mer enhetlig, med kavitationsinducerad mikroblandning som säkerställer jämn exponering. Detta leder till en homogeniserad reaktionsmiljö, vilket gör det möjligt för syran att lösa upp metaller mer effektivt och jämnt.
En annan anmärkningsvärd upptäckt är att fördelarna med ultraljudskavitation sträcker sig bortom minskning av partikelstorlek. Forskarna fann att kavitation förändrar interaktionsmekanismen mellan syran och partiklarna, sannolikt på grund av förbättrad transport av gränsskiktet. Enkelt uttryckt minskar kavitation tjockleken på vätskeskiktet som omger varje partikel, vilket möjliggör snabbare upplösning av metall.

Ultraljudsurlakning av metaller kännetecknas av betydligt mindre partikelstorleksfördelning. Denna mindre partikelstorlek förbättrar urlakningseffektiviteten, vilket försvårar återvinningen av ädelmetaller, malmer och sällsynta jordartsmetaller från batteriavfall och i gruvdrift i städer.

Partikelstorleksfördelningar efter ultraljud och konventionell urlakning
Bild och studie: © Canciani et al., 2024

Fördelar för urban gruvdrift och hållbarhet

Effektiviteten av ultraljudsbehandling vid batteriåtervinning har en enorm potential för framtiden för urban gruvdrift och hållbar resursåtervinning. Resultaten av Canciani et al. (2024) indikerar att ultraljudsbehandling kommer att ersätta eller minska beroendet av miljöskadliga metoder genom att:

  • Minska kemikalieanvändningen: Ultraljudsförbättrad urlakning möjliggör användning av grönare lösningsmedel som ättiksyra snarare än hårdare syror som vanligtvis behövs för konventionell urlakning.
  • Sänkt energibehov: Med ultraljudsbehandling sker urlakning snabbt vid rumstemperatur snarare än att kräva långvarig uppvärmning, vilket minskar energiförbrukningen och utsläppen.
  • Ökad materialåtervinning: Förbättrad ytinteraktion och förbättrad porositet maximerar återvinningsgraden för värdefulla metaller, vilket gör återvinningsprocessen ekonomiskt lönsam och miljövänlig.

Bredare påverkan på batteriindustrin

I takt med att elbilar och förnybar energiteknik expanderar ökar efterfrågan på batterier och i förlängningen metallerna i dem. Urban gruvdrift med ultraljudsförbättrad återvinning erbjuder ett sätt att återvinna dessa metaller på ett hållbart sätt, vilket minskar miljöbelastningen på gruvdrift och erbjuder en sluten kretsloppsmetod för batteriproduktion och bortskaffande.
Att skala upp ultraljudsbehandling baserade återvinningsmetoder, optimera lösningsmedel kombinationer, och förfina tillämpningen av ultraljudsvågor kommer att ytterligare öka effektiviteten. Hielscher Ultrasonics rekommenderar gärna den perfekta ultraljudssonden inline konfiguration för din urlakningsprocess. Kontakta oss nu!

 

I den här videon visar vi dig ett ultraljudssystem på 2 kilowatt för inline-drift i ett rensbart skåp. Hielscher levererar ultraljudsutrustning till nästan alla industrier, såsom den kemiska industrin, läkemedel, kosmetika, petrokemiska processer samt för lösningsmedelsbaserade extraktionsprocesser. Detta rensningsbara skåp i rostfritt stål är designat för drift i farliga områden. För detta ändamål kan det förseglade skåpet rensas av kunden med kväve eller frisk luft för att förhindra att brandfarliga gaser eller ångor kommer in i skåpet.

2x 1000 watt ultraljudsapparater i rensbart skåp för installation i farliga områden

Miniatyr av video

 

Varför Hielscher Ultrasonics?

  • Hög effektivitet
  • Toppmodern teknik
  • tillförlitlighet & robusthet
  • Justerbar, exakt processtyrning
  • batch & Inline
  • för vilken volym som helst
  • Intelligent programvara
  • Smarta funktioner (t.ex. programmerbar, dataprotokoll, fjärrkontroll)
  • Enkel och säker att använda
  • Lågt underhåll
  • CIP (clean-in-place)

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Batchvolym Flöde Rekommenderade enheter
10 till 2000 ml 20 till 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L/min UIP2000hdT
10 till 100L 2 till 10L/min UIP4000hdT
15 till 150L 3 till 15 l/min UIP6000hdT
N.A. 10 till 100 L/min UIP16000
N.A. Större kluster av UIP16000

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsprocessorer, applikationer och pris. Vi diskuterar gärna din process med dig och erbjuder dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera våra integritetspolicy.




Homogenisatorer med ultraljudshög skjuvning används i laboratorier, bänkskivor, piloter och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandningsapplikationer, dispersion, emulgering och extraktion i labb-, pilot- och industriell skala.



Litteratur / Referenser

Vanliga frågor och svar

Vad är urlakningsprocessen?

Urlakningsprocessen är en metod som används för att extrahera värdefulla metaller från fasta material genom att lösa upp dem i ett flytande lösningsmedel, vanligtvis en sur lösning. Denna teknik bryter ner den fasta matrisen, vilket gör att metalljonerna kan komma in i lösningen, från vilken de kan renas och återvinnas ytterligare. Urlakning används i stor utsträckning inom gruvdrift och återvinning för att återvinna metaller från malmer och avfallsmaterial.

Vad är skillnaden mellan utvinning och urlakning?

Både utvinning och lakning avser processer som används för att separera värdefulla ämnen från ett fast material, men de skiljer sig åt i metoder och sammanhang. Extraktion avser i allmänhet ett bredare spektrum av tekniker som används för att avlägsna ett specifikt ämne, ofta med hjälp av lösningsmedel för att separera det från andra komponenter, och kan involvera olika fysikaliska, kemiska eller termiska metoder. Urlakning, å andra sidan, är en specifik typ av extraktion som innebär att man löser upp metaller eller andra lösta ämnen från ett fast ämne till en vätska, vanligtvis genom användning av en sur eller alkalisk lösning. Urlakning används ofta i gruv-, metallurgi- och återvinningsprocesser. Även om extraktion kan tillämpas på en mängd olika ämnen, innebär urlakning specifikt selektivt avlägsnande av upplösta ämnen från fasta ämnen med hjälp av flytande lösningsmedel.

Vilka är typiska ämnen som används för urlakning?

Typiska ämnen som används för urlakning inkluderar **syror**, **alkalier** och **lösningsmedel** beroende på vilket material som bearbetas. Vanligt förekommande urlakningsmedel inkluderar:

  1. Syror:
    • Svavelsyra: Används ofta vid utvinning av koppar, nickel och uran.
    • Saltsyra: Används vid urlakning av metaller som koppar och guld.
    • Salpetersyra: Används vanligtvis vid urlakning av ädelmetaller, särskilt guld och silver.
    • Ättiksyra: Används ibland i miljövänliga eller organiskt baserade lakningsprocesser.
  2. Alkalier:
    Natriumhydroxid (kaustiksoda): Används vid utvinning av aluminiumoxid från bauxitmalm eller vid urlakning av vissa metaller som guld och zink.
  3. Lösningsmedel:
    • Cyanid: Används ofta vid guld- och silverbrytning för att läcka ut guld från malm (cyanidering).
    • Ammoniak: Används vid urlakning av koppar och andra oädla metaller.

Dessa ämnen hjälper till att lösa upp specifika metaller eller mineraler från malmer, avfallsmaterial eller andra fasta ämnen, vilket underlättar återvinningen av värdefulla material.


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta laboratorieultraljudsapparaten över stationära enheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.

Vi diskuterar gärna din process.

Let's get in contact.