Ультразвук робить переробку літій-іонних акумуляторів більш ефективною

Літій є дефіцитним і дуже цінним матеріалом, присутнім у високопродуктивних батареях, таких як літій-іонні акумулятори. Літій є найціннішим матеріалом, який відновлюється при переробці літій-іонних акумуляторів, але також інші мінерали та метали, такі як кобальт, марганець, нікель, мідь та алюміній, є цінними металами для відновлення. Ультразвук високої інтенсивності використовується як техніка перемішування та вилуговування з високим зсувом для вилучення, видалення та розчинення цінних мінералів та металів із відпрацьованих акумуляторів. Метод ультразвуку є високоефективним, енергоефективним і легко доступним для установки на повністю комерційних підприємствах з переробки.

Огляд: Процес переробки літій-іонних акумуляторів

The recycling process of precious metals and materials from spent Li-ion batteries typically involves several steps. Here’s a general overview:

1. Збір та сортування: Відпрацьовані літій-іонні акумулятори збирають і сортують за їх типами та хімічним складом.
2. Розбирання: Спочатку пластикова кришка акумулятора розбивається і знімається. Після цього оголену батарею поміщають в рідкий азот для того, щоб нейтралізувати реактивні, вибухонебезпечні речовини. Цей крок гарантує запобігання раптовому вивільненню всієї накопиченої енергії та подальшому займанню та вибуху, пов'язаним з цим. Потім батареї розбирають, щоб відокремити різні компоненти, такі як катод, анод, електроліт і корпус.
3. Подрібнення: Розібрані батареї подрібнюють на більш дрібні шматки, щоб збільшити площу поверхні для подальших процесів.
4. Розшарування електродів: Перед обробкою металоекстракцією ізольовані електроди, тобто катод і анод, повинні бути додатково розібрані. Оскільки матеріал катода, як правило, приклеюється до алюмінієвої фольги сполучною речовиною, зазвичай полівініліденфторидом (PVDF) або політетрафторетиленом (PTFE), видалити катод і алюмінієву фольгу один від одного є складним завданням.
5. Хімічна обробка: Подрібнені компоненти батареї піддаються різній хімічній обробці для розчинення та розділення різних матеріалів. Це може включати вилуговування кислотою або іншими розчинниками для вилучення цінних металів, таких як літій, кобальт, нікель і мідь.
6. Відновлення та очищення: Потім розчинені метали відновлюються з розчину за допомогою таких процесів, як осадження, екстракція розчинником або електрохімічні методи. Ці кроки допомагають очистити та сконцентрувати дорогоцінні метали.

Відновлення дорогоцінних металів покращується за допомогою ультразвукового апарату

Потужний ультразвук може посилити етапи розшарування електродів і вилуговування дорогоцінних металів і матеріалів, інтенсифікуючи реакції, тим самим роблячи процес відновлення значно ефективнішим. Ультразвук – це техніка, яка використовує ультразвукові хвилі високої інтенсивності для створення механічних коливань та акустичної кавітації в рідкому середовищі. Сильні сили ультразвуку використовуються для посилення процесу переробки дорогоцінних металів з відпрацьованих літій-іонних акумуляторів декількома способами:
 

1. Розпаду: Ультразвук розщеплює подрібнені матеріали акумулятора, щоб утворюватися більш дрібні частинки. Менші частинки мають більшу площу поверхні, що робить хімічне вилуговування більш ефективним, сприяючи вивільненню цінних металів.
2. Покращене вилуговування: Застосування ультразвуку під час процесів вилуговування може покращити контакт між твердим матеріалом і розчином для вилуговування, підвищуючи ефективність вилучення металу. Ультразвукове вилуговування сприяє видобутку металу і збільшує вихід відновлених металів і мінералів, таких як кобальт, марганець, нікель, мідь і алюміній.
3. Покращене розшарування електродів: Метою розшарування електродів під час переробки акумуляторів є розділення різних компонентів, таких як електроди, електроліти та сепаратори, щоб їх можна було додатково обробляти або переробляти окремо. Ультразвук сприяє відшаруванню та видаленню покриттів з електрода. Сономеханічні сили сприяють ефективному розділенню шарів електродів.
4. Прискорені реакції: Ультразвук сприяє більш швидкому і ретельному перемішуванню, що може прискорити хімічні реакції на етапах відновлення та очищення металу.
5. Знижене споживання енергії: Ультразвук може підвищити ефективність процесу, скорочуючи час та енергію, необхідні для відновлення металу з відпрацьованих батарей.

 
Ультразвук може відігравати корисну роль у вдосконаленні процесу переробки дорогоцінних металів і матеріалів із відпрацьованих літій-іонних акумуляторів шляхом підвищення ефективності та результативності різних етапів, пов'язаних із процесом переробки.
Етапи процесу ультразвукового вилуговування металу та розшарування електродів можуть бути адаптовані до окремих процесів переробки, які можуть відрізнятися в міру того, як компанії, що спеціалізуються на переробці літій-іонних акумуляторів, розробляють і модифікують свої процеси для максимальної ефективності.

Ультразвукова кавітація для катодного розділення

Ультразвук відокремлює катодні матеріали від алюмінієвої фольги під впливом акустичної кавітації. Акустична або ультразвукова кавітація визначається локальними високими тисками, високими температурами та їх подальшими перепадами, що призводить до відповідних перепадів тиску та температур, а також інтенсивних мікротурбулентностей та мікроструменів із високим зсувом. Ці кавітаційні сили впливають на межі поверхні, сприяють масопереносу і викликають ерозію. Генеруючи такі інтенсивні сили хімічної, фізичної, теплової та механічної природи, ультразвукова кавітація створює необхідне перемішування та масообмін для розриву органічної сполучної структури, яка використовується в літій-іонних батареях для фіксації катода до колектора? алюмінієвої фольги.
У той час як механічне перемішування, таке як одне лише перемішування, недостатньо для ефективного відокремлення матеріалу катода від алюмінієвої фольги, ультразвук високої інтенсивності забезпечує необхідну сонохімічну та сономеханічну енергію для повного видалення катодного матеріалу з колекторів. На відміну від механічного перемішування, ультразвукова кавітація генерує інтенсивні турбулентності, локально високі температури та тиск, а також перемішування, потоки та струмені рідини, які розривають сполучну речовину, наприклад, PVDF або PTFE, які з'єднують катод з Al фольгою, і роз'їдають поверхню як катода, так і Al фольги. Таким чином, сполучна речовина між обома матеріалами належним чином руйнується, а катод і алюмінієва фольга ефективно розділяються.
Наприклад, ультразвукова сепарація призводить до високої ефективності видалення катода на 99% з використанням N-метил-2-піролідону (NMP) як розчинника при 70 °C (240 Вт ультразвукової потужності та 90 хв часу ультразвукової обробки). Оскільки ультразвукова катодна сепарація рівномірно розподіляє матеріал і запобігає утворенню більших агломератів, подальший процес вилуговування металу полегшується.
Дізнайтеся більше про ультразвукове розшарування електродів з метою відновлення активних матеріалів і струмознімальних фольг!

Ультразвукове вилуговування мінералів

Описані вище ультразвукові кавітаційні ефекти також сприяють вимиванню металів з відпрацьованих акумуляторів. Ультразвук високої інтенсивності використовується не тільки для відновлення мінералів при переробці акумуляторів, але також часто використовується в гідрометалургії та вилуговуванні цінних руд (наприклад, при видобутку хвостів збагачення). Високі локалізовані температури, тиск і зсувні сили посилюють вилуговування металу і значно підвищують ефективність вилуговування. У той час як в кавітаційних гарячих точках виникають локалізовані дуже екстремальні температури до 1000 К, загальні умови вилуговування вимагають лише помірної температури приблизно 50-60 ° C. Це робить ультразвукове відновлення металу енергоефективним та економічним.
Ультразвукове вилуговування мінералів з відпрацьованих Li-ion акумуляторів характеризується високими показниками відновлення та ефективністю. Наприклад, сірчана кислота (H2SO4) успішно використовувалася в якості вилуговувача в присутності перекису водню (H2O2) при ультразвуковому відновленні мінералів з катода. Ультразвукове вилуговування сірчаною кислотою призвело до відновлення 94,63% для кобальту та 98,62% для літію відповідно.
Ультразвукове вилуговування органічною лимонною кислотою (C6H8O7· H2O) призводить до дуже високого рівня відновлення міді та літію, отримуючи 96% міді та майже 100% літію з відпрацьованих літій-іонних акумуляторів.

Просто та безпечно: ультразвукове масштабування від техніко-економічних випробувань до промислової переробки

Високопродуктивне ультразвукове обладнання для переробки літій-іонних акумуляторів легко доступне для настільної, пілотної та промислової установки. Оскільки ультразвукова катодна сепарація та ультразвукове вилуговування мінералів з відпрацьованих батарей є вже встановленими процесами, процес від перших випробувань, оптимізації до ваших конкретних вимог процесу та встановлення повністю промислової ультразвукової системи розділення та/або вилуговування є швидким та простим.
Дізнайтеся більше про переваги ультразвукового вилуговування для сталої переробки батарей та міського видобутку корисних копалин!

Високоефективні ультразвукові пристрої для переробки акумуляторів

Hielscher Ultrasonics постачає високоефективні ультразвукові апарати будь-якого розміру та потужності. Завдяки потужності UIP16000 (16 кВт) компанія Hielscher виробляє найпотужніший ультразвуковий процесор у всьому світі. UIP16000, як і всі інші промислові ультразвукові системи, можна легко згрупувати до необхідної обчислювальної потужності. Всі ультразвукові апарати Hielscher створені для роботи 24/7 при повному навантаженні та в складних умовах.
Hielscher Ultrasonics’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.

Ультразвукові зонди та сонореактори на будь-який об'єм

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр ультразвукових процесорів, від компактних лабораторних ультразвукових пристроїв для настільних і пілотних систем до повністю промислових ультразвукових процесорів з продуктивністю обробки вантажівок на годину. Повний асортимент продукції дозволяє нам запропонувати вам найбільш підходяще ультразвукове обладнання для вашого застосування, технологічної потужності та виробничих цілей.

Точно контрольовані амплітуди для оптимальних результатів

Всі ультразвукові процесори Hielscher точно управляються і тим самим надійні робочі конячки в R&Д і виробництво. Амплітуда є одним з найважливіших параметрів процесу, що впливають на ефективність і результативність сонохімічно і сономеханічно індукованих реакцій. Всі ультразвуки Hielscher’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Точні налаштування амплітуди та постійний моніторинг параметрів ультразвукового процесу за допомогою інтелектуального програмного забезпечення дають вам можливість відокремлювати катод від алюмінієвої фольги, а також вимивати мінерали та метали з відпрацьованих літій-іонних акумуляторів у найефективніших ультразвукових умовах. Оптимальна ультразвукова обробка для найефективнішої переробки літій-іонних акумуляторів!
Міцність ультссоніків Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах. Це робить ультразвуки Hielscher надійним робочим інструментом, який відповідає вашим вимогам до процесу переробки.

Найвища якість – Розроблено та виготовлено в Німеччині

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance ultrasonic probes and reactors.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Факти, які варто знати

Що таке літій-іонні акумулятори?

Літій-іонний акумулятор, також літій-іонний акумулятор, є різновидом акумуляторної батареї. У порівнянні з акумуляторами на основі свинцю і нікелю, в літій-іонних пристроях в якості провідника використовується катод, анод і електроліт.
Як і всі акумулятори, літій-іонні акумулятори накопичують хімічну енергію, яка потім перетворюється в електричну енергію, щоб забезпечити статичний електричний заряд для живлення.
Літій-іонні акумулятори зазвичай використовуються для портативної електроніки, такої як ноутбуки, смартфони, а також електромобілі. Застосування літій-іонних акумуляторів також викликає зростаючий інтерес з боку військових та аерокосмічних компаній.