การชะล้างอัลตราโซนิกเปลี่ยนการรีไซเคิลแบตเตอรี่และการขุดในเมือง

แบตเตอรี่ที่ใช้แล้วและขยะอิเล็กทรอนิกส์เต็มไปด้วยวัสดุที่มีคุณค่า เช่น ลิเธียม นิกเกิล แมงกานีส และโคบอลต์ ซึ่งจําเป็นสําหรับความต้องการที่เพิ่มขึ้นในภาคพลังงานหมุนเวียนและยานยนต์ไฟฟ้า การทําเหมืองในเมือง — กระบวนการเรียกคืนโลหะเหล่านี้จากแบตเตอรี่ที่ถูกทิ้งและขยะอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ — เป็นเส้นทางที่มีแนวโน้มสู่เศรษฐกิจหมุนเวียน เทคนิคสําคัญในสาขานี้คือ sonication ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประโยชน์อย่างมากในการเพิ่มอัตราการนําโลหะกลับมาใช้ใหม่ลดเวลาในการประมวลผลและปรับปรุงความยั่งยืน

พลังของ Sonication ในการรีไซเคิลแบตเตอรี่และการขุดในเมือง: ตัวเปลี่ยนเกมสําหรับการกู้คืนทรัพยากรที่ยั่งยืน

การศึกษาล่าสุดโดย Canciani et al. (2024) สํารวจผลกระทบของโพรงอากาศอัลตราโซนิก ซึ่งเป็นคลื่นกระแทกขนาดเล็กที่เกิดจากคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูง การวิจัยของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า sonication ไม่ได้เป็นเพียงการปรับปรุงการรีไซเคิลแบบดั้งเดิมเท่านั้น โดยพื้นฐานแล้วจะเปลี่ยนวิธีที่กระบวนการรีไซเคิลมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุแบตเตอรี่ ทําให้เร็วขึ้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น และพึ่งพาสารเคมีรุนแรงน้อยลง
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลการศึกษาด้านล่าง!

การชะล้างกรดที่ปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิกทํางานในอัตราที่เร็วกว่าการชะล้างกรดทั่วไปสิบสองเท่าเนื่องจากการกระทําทางกลที่เป็นประโยชน์ของฟองอากาศที่ระเบิดใกล้พื้นผิว ปรากฏการณ์นี้ช่วยเพิ่มการผสมสารละลายกรด ซึ่งจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติการขนส่ง
ภาพและการศึกษา: © Canciani et al., 2024

Sonication ทํางานอย่างไรในการรีไซเคิลแบตเตอรี่

ในการรีไซเคิลแบตเตอรี่ทั่วไป วัสดุแคโทด (ซึ่งมีโลหะมีค่า) จะถูกละลายในสารละลายที่เป็นกรด ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า “ละลาย” วิธีนี้ช่วยให้สามารถแยกและกู้คืนโลหะออกจากโครงสร้างที่มั่นคงของแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม การชะล้างแบบเดิมนั้นใช้เวลานาน ซึ่งมักใช้เวลาหลายชั่วโมงในการนําโลหะกลับมาใช้ใหม่อย่างมีนัยสําคัญ นอกจากนี้ยังต้องใช้กรดแก่และอุณหภูมิสูงทําให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
Sonication เปลี่ยนกระบวนการนี้โดยการเพิ่มคลื่นอัลตราโซนิกลงในสารละลายชะล้างโดยตรง ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2024 โดย Canciani et al. นักวิจัยได้ทดสอบเทคนิคนี้ด้วยวัสดุแบตเตอรี่ตัวแทน ลิเธียมโคบอลต์นิกเกิลแมงกานีสออกไซด์ (NMC) ด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่ความถี่และแอมพลิจูดเฉพาะพวกเขาพบว่าโพรงอากาศอัลตราโซนิกช่วยลดเวลาในการชะล้างได้มากกว่า 80% กระบวนการนี้เปลี่ยนจากเวลาหลายชั่วโมงเหลือเพียงไม่กี่นาที ซึ่งนําเสนอการปรับปรุงประสิทธิภาพที่ปฏิวัติวงการ

บทบาทของ Sonication ในการชะล้างที่เพิ่มขึ้น: วิทยาศาสตร์เบื้องหลังการถ่ายโอนมวลและความเร็ว

Sonication ไม่เพียง แต่เร่งการชะล้างเท่านั้น มันเปลี่ยนวิธีที่สารละลายที่เป็นกรดมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคของแบตเตอรี่ อัลตราซาวนด์กําลังสูงสร้างฟองอากาศด้วยกล้องจุลทรรศน์หลายล้านฟองที่ยุบตัวอย่างรวดเร็วในสารละลาย ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าโพรงอากาศ การกระทํานี้สร้างแรงเฉพาะที่รุนแรงซึ่งสลายอนุภาคพื้นผิวและเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างกรดและโลหะภายในวัสดุแบตเตอรี่
จากข้อมูลของ Canciani et al. (2024) กระบวนการนี้มีผลหลักสองประการต่อวัสดุแบตเตอรี่: เพิ่มความพรุนของอนุภาคและลดขนาด ซึ่งนําไปสู่การเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิวอย่างมาก ด้วยพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นกรดสามารถโต้ตอบกับวัสดุได้อย่างกว้างขวางมากขึ้นจึงช่วยให้การชะล้างเร็วขึ้น ผู้เขียนสังเกตว่าปริมาตรรูพรุนในตัวอย่างที่โซนิคเพิ่มขึ้นตามลําดับความสําคัญเมื่อเทียบกับตัวอย่างที่ผ่านการประมวลผลตามอัตภาพทําให้เกิดเส้นทางมากขึ้นสําหรับกรดในการละลายปริมาณโลหะ

ภาพ SEM สําหรับอนุภาคในช่วงเวลาต่างๆ ของการชะล้างแบบธรรมดา (a–c) และอัลตราโซนิก (d–f)
ภาพและการศึกษา: © Canciani et al., 2024

การชะล้างอัลตราโซนิก: ปรับปรุงคุณสมบัติการขนส่งและการผสมไมโคร

การศึกษายังชี้ให้เห็นว่าโพรงอากาศแบบอัลตราโซนิกไม่เพียง แต่ช่วยเพิ่มการสัมผัสพื้นผิว แต่ยังช่วยเพิ่มคุณสมบัติการขนส่งได้อย่างมีนัยสําคัญ โดยพื้นฐานแล้วนี่หมายความว่าการกระจายของกรดทั่วอนุภาคของแบตเตอรี่จะสม่ําเสมอมากขึ้นด้วยการผสมไมโครที่เกิดจากโพรงอากาศทําให้มั่นใจได้ว่าการสัมผัสได้สม่ําเสมอ สิ่งนี้นําไปสู่สภาพแวดล้อมปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันทําให้กรดสามารถละลายโลหะได้อย่างมีประสิทธิภาพและสม่ําเสมอมากขึ้น
การค้นพบที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งคือประโยชน์ของโพรงอากาศอัลตราโซนิกขยายออกไปนอกเหนือจากการลดขนาดอนุภาค นักวิจัยพบว่าโพรงอากาศเปลี่ยนกลไกปฏิสัมพันธ์ระหว่างกรดและอนุภาค ซึ่งน่าจะเกิดจากการขนส่งชั้นขอบเขตที่ดีขึ้น พูดง่ายๆ ก็คือ โพรงอากาศช่วยลดความหนาของชั้นของเหลวที่ล้อมรอบอนุภาคแต่ละอนุภาค ทําให้โลหะละลายได้เร็วขึ้น

การกระจายขนาดอนุภาคหลังจากการชะล้างอัลตราโซนิกและแบบธรรมดา
ภาพและการศึกษา: © Canciani et al., 2024

ประโยชน์สําหรับการทําเหมืองในเมืองและความยั่งยืน

ประสิทธิผลของ sonication ในการรีไซเคิลแบตเตอรี่มีศักยภาพมหาศาลสําหรับอนาคตของการขุดในเมืองและการกู้คืนทรัพยากรที่ยั่งยืน ผลการวิจัยของ Canciani et al. (2024) ระบุว่า sonication จะแทนที่หรือลดการพึ่งพาแนวทางปฏิบัติที่ทําลายสิ่งแวดล้อมโดย:

• ลดการใช้สารเคมี: การชะล้างที่ปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถใช้ตัวทําละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น กรดอะซิติก แทนที่จะใช้กรดที่รุนแรงกว่าซึ่งโดยทั่วไปจําเป็นสําหรับการชะล้างแบบธรรมดา
• การลดความต้องการพลังงาน: ด้วยการชะล้างการชะล้างเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้องแทนที่จะต้องใช้ความร้อนเป็นเวลานานซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานและการปล่อยมลพิษ
• การเพิ่มการกู้คืนวัสดุ: ปฏิสัมพันธ์พื้นผิวที่ดีขึ้นและความพรุนที่เพิ่มขึ้นช่วยเพิ่มอัตราการนํากลับมาใช้ใหม่ของโลหะมีค่าทําให้กระบวนการรีไซเคิลมีศักยภาพทางเศรษฐกิจและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ผลกระทบในวงกว้างต่ออุตสาหกรรมแบตเตอรี่

เมื่อ EV และเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนขยายตัวความต้องการแบตเตอรี่และโลหะภายในแบตเตอรี่ก็พุ่งสูงขึ้น การขุดในเมืองด้วยการรีไซเคิลที่ปรับปรุงด้วยโซนิเคชั่นเป็นวิธีการกู้คืนโลหะเหล่านี้อย่างยั่งยืนลดภาระด้านสิ่งแวดล้อมในการขุดและนําเสนอแนวทางวงปิดในการผลิตและการกําจัดแบตเตอรี่
การขยายขนาดวิธีการรีไซเคิลโดยใช้ sonication การเพิ่มประสิทธิภาพการรวมกันของตัวทําละลายและการปรับแต่งการประยุกต์ใช้คลื่นอัลตราโซนิกจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ Hielscher Ultrasonics ยินดีที่จะแนะนําการกําหนดค่าอินไลน์ของเครื่องสะท้อนเสียงในอุดมคติสําหรับกระบวนการชะล้างของคุณ ติดต่อเราตอนนี้!

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: