Ультразвук робить переробку літій-іонних акумуляторів ефективнішою

Літій – рідкісний і надзвичайно цінний матеріал, що міститься у високопродуктивних акумуляторах, таких як літій-іонні акумулятори. Літій є найціннішим матеріалом, який відновлюють під час переробки літій-іонних акумуляторів, але також інші мінерали та метали, такі як кобальт, марганець, нікель, мідь та алюміній, є цінними металами для відновлення. Інтенсивне ультразвукове оброблення використовується як метод високоінтенсивного перемішування та вилуговування для екстракції, видалення та розчинення цінних мінералів і металів із відпрацьованих акумуляторів. Метод ультразвукової обробки є надзвичайно ефективним, енергоощадним і легко доступним для встановлення на повномасштабних підприємствах з переробки.

Огляд: процес переробки літій-іонних акумуляторів

Процес переробки дорогоцінних металів і матеріалів із відпрацьованих літій-іонних акумуляторів зазвичай включає кілька етапів. Ось загальний огляд:

1. Збір і сортування: Відпрацьовані літій-іонні акумулятори збирають і сортують залежно від їхніх типів і хімічного складу.
2. Розбирання: Спочатку руйнують і знімають пластикову кришку акумулятора. Після цього оголений акумулятор поміщають у рідкий азот, щоб нейтралізувати реакційноздатні, вибухонебезпечні речовини. Цей етап гарантує, що раптове вивільнення всієї накопиченої енергії та пов’язане з ним подальше займання і вибух запобігаються. Потім акумулятори розбирають, щоб відокремити різні компоненти, такі як катод, анод, електроліт і корпус.
3. Подрібнення: Розібрані акумулятори подрібнюють на менші шматки, щоб збільшити площу поверхні для подальших процесів.
4. Деламінація електродів: Перед обробкою для екстракції металів ізольовані електроди, тобто катод і анод, необхідно додатково розібрати. Оскільки катодний матеріал зазвичай прикріплений до алюмінієвої фольги за допомогою в’яжучої речовини, зазвичай полівініліденфториду (PVDF) або політетрафторетилену (PTFE), відокремити катод від алюмінієвої фольги є складним завданням.
5. Хімічна обробка: Подрібнені компоненти акумулятора проходять різні хімічні обробки для розчинення та розділення різних матеріалів. Це може включати вилуговування за допомогою кислоти або інших розчинників для екстракції цінних металів, таких як літій, кобальт, нікель і мідь.
6. Відновлення та очищення: Потім розчинені метали відновлюють із розчину за допомогою таких процесів, як осадження, екстракція розчинником або електрохімічні методи. Ці етапи допомагають очистити та концентрувати дорогоцінні метали.

Відновлення дорогоцінних металів покращується за допомогою ультразвукової обробки

Потужний ультразвук може покращити етапи деламінації електродів і вилуговування дорогоцінних металів і матеріалів, інтенсифікуючи реакції, що робить процес відновлення значно ефективнішим. Ультразвукова обробка – це техніка, яка використовує високі інтенсивності ультразвукових хвиль для створення механічних вібрацій та акустичної кавітації в рідкому середовищі. Сильні сили ультразвукової обробки використовуються для покращення процесу переробки дорогоцінних металів із відпрацьованих літій-іонних акумуляторів кількома способами:

1. Дезінтеграція: Ультразвукова обробка руйнує подрібнені матеріали акумулятора, створюючи менші частинки. Менші частинки забезпечують більшу площу поверхні, що робить хімічне вилуговування більш ефективним, сприяючи вивільненню цінних металів.
2. Покращене вилуговування: Застосування ультразвукової обробки під час процесів вилуговування може покращити контакт між твердим матеріалом і розчином для вилуговування, підвищуючи ефективність екстракції металів. Ультразвукове вилуговування сприяє екстракції металів і збільшує вихід відновлених металів і мінералів, таких як кобальт, марганець, нікель, мідь та алюміній.
3. Покращена деламінація електродів: Мета розшарування електродів під час переробки акумуляторів полягає у розділенні різних компонентів, таких як електроди, електроліти та сепаратори, щоб їх можна було подальше обробляти або переробляти окремо. Ультразвукова обробка сприяє відділенню та видаленню покриттів з електродів. Сономеханічні сили сприяють ефективному розділенню шарів електродів.
4. Прискорені реакції: Ультразвукова обробка сприяє швидшому та ретельнішому змішуванню, що може прискорити хімічні реакції під час етапів вилучення металів та очищення.
5. Знижене енергоспоживання: Ультразвукова обробка може підвищити ефективність процесу, зменшуючи час та енергію, необхідні для вилучення металів зі відпрацьованих акумуляторів.

Ультразвукова обробка може відігравати корисну роль у вдосконаленні процесу переробки дорогоцінних металів та матеріалів зі відпрацьованих літій-іонних акумуляторів, підвищуючи ефективність та результативність різних етапів, залучених у процес переробки.
Етапи процесу ультразвукового вилучення металів та розшарування електродів можна адаптувати до індивідуальних процесів переробки, які можуть відрізнятися, оскільки компанії, що спеціалізуються на переробці літій-іонних акумуляторів, розробляють та модифікують свої процеси для досягнення найвищої ефективності.

Ультразвукова кавітація для розділення катодів

Ультразвукова обробка відділяє катодні матеріали від алюмінієвої фольги за рахунок ефектів акустичної кавітації. Акустична або ультразвукова кавітація визначається локально виникаючими високими тисками, високими температурами та їх подальшими падіннями, що призводить до відповідних перепадів тиску та температури, а також інтенсивних мікротурбулентностей та високозсувних мікроструменів. Ці кавітаційні сили впливають на поверхневі межі, сприяють масопереносу та спричиняють ерозію. Генеруючи такі інтенсивні сили хімічної, фізичної, термічної та механічної природи, ультразвукова кавітація створює необхідне перемішування та масоперенос для руйнування структури органічного в’яжучого, що використовується в літій-іонних акумуляторах для фіксації катода до струмоприймача / алюмінієвої фольги.
Хоча механічне перемішування, таке як просте розмішування, є недостатнім для ефективного відділення катодного матеріалу від алюмінієвої фольги, високотужна ультразвукова обробка забезпечує необхідну сонохімічну та сономеханічну енергію для повного видалення катодного матеріалу зі струмоприймачів. На відміну від механічного розмішування, ультразвукова кавітація генерує інтенсивні турбулентності, локально високі температури та тиски, а також перемішування, потоки та рідинні струмені, які руйнують в’яжуче, наприклад PVDF або PTFE, що з’єднує катод з Al-фольгою, та еродує поверхню обох, катода та Al-фоліги. Таким чином, в’яжуче між обома матеріалами належним чином руйнується, а катод та алюмінієва фольга ефективно розділяються.
Наприклад, ультразвукове розділення забезпечує високу ефективність видалення катода на рівні 99% з використанням N-метил-2-піролідону (NMP) як розчинника при 70°C (240 W ультразвукової потужності та 90 min ультразвукового часу обробки). Оскільки ультразвукове розділення катода рівномірно диспергує матеріал та запобігає утворенню великих агломератів, подальший процес вилучення металів полегшується.
Дізнайтеся більше про ультразвукове розшарування електродів для вилучення активних матеріалів та струмоприймальних фольг!

Ультразвукове вилучення мінералів

Описані вище ефекти ультразвукової кавітації сприяють також вилуговуванню металів зі старих батарей. Інтенсивне ультразвукове оброблення використовується не лише для відновлення мінералів при переробці батарей, а й часто застосовується в гідрометалургії та вилуговуванні цінних руд (наприклад, хвостів збагачення). Високі локальні температури, тиск і зсувні сили інтенсифікують вилуговування металів і значно підвищують ефективність цього процесу. Хоча в гарячих точках кавітації виникають локальні надзвичайно високі температури до 1000 K, загальні умови вилуговування потребують лише помірної температури приблизно 50–60°C. Це робить ультразвукове відновлення металів енергоефективним та економічним.
Ультразвукове вилуговування мінералів зі старих літій-іонних батарей характеризується високими показниками відновлення та ефективністю. Наприклад, сірчана кислота (H2SO4) успішно використовувалася як агент для вилуговування в присутності перекису водню (H2O2) під час ультразвукового відновлення мінералів з катода. Ультразвукове вилуговування сірчаною кислотою забезпечило показники відновлення 94,63% для кобальту та 98,62% для літію відповідно.
Ультразвукове вилуговування органічною лимонною кислотою (C6H8O7·H2O) дає дуже високі показники відновлення міді та літію, забезпечуючи отримання 96% міді та майже 100% літію зі старих літій-іонних батарей.

Просто та безпечно: масштабування ультразвукової технології від тестів доцільності до промислової переробки

Високоефективне ультразвукове обладнання для переробки літій-іонних батарей доступне для лабораторного, пілотного та промислового встановлення. Оскільки ультразвукове розділення катода та ультразвукове вилуговування мінералів зі старих батарей уже є усталеними процесами, перехід від перших випробувань, оптимізації до ваших специфічних вимог до процесу та встановлення повністю промислової системи ультразвукового розділення та/або вилуговування є швидким і простим.
Дізнайтеся більше про переваги ультразвукового вилуговування для сталої переробки батарей та урбаністичної мінералізації!

Високоефективні ультразвукові обробники для переробки батарей

Hielscher Ultrasonics постачає високоефективні ультразвукові обробники будь-якого розміру та потужності. Завдяки UIP16000 (16kW) Hielscher виробляє найпотужніший ультразвуковий процесор у світі. UIP16000, як і всі інші промислові ультразвукові системи, можна легко об’єднувати в кластери для досягнення необхідної потужності обробки. Всі ультразвукові обробники Hielscher розроблені для роботи 24/7 під повним навантаженням та в складних умовах.
Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати безперервно в режимі 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.

Ультразвукові зонди та соно-реактори для будь-якого об’єму

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр ультразвукових процесорів від компактних лабораторних ультразвукових обробників через настільні та пілотні системи до повністю промислових ультразвукових процесорів із потужністю обробки вантажівок на годину. Повний асортимент продукції дозволяє нам запропонувати вам найбільш підходяще ультразвукове обладнання для вашого застосування, потужності процесу та цілей виробництва.

Точно контрольовані амплітуди для оптимальних результатів

Усі ультразвукові процесори Hielscher точно керовані та, отже, є надійними робочими конячками в R&D і виробництві. Амплітуда є одним із ключових параметрів процесу, які впливають на ефективність і результативність сонохімічно та сономеханічно індукованих реакцій. Усі процесори Hielscher Ultrasonics дозволяють точно встановлювати амплітуду. Сонотроди та підсилювальні роги є аксесуарами, які дозволяють змінювати амплітуду в ще ширшому діапазоні. Промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди та подавати необхідну ультразвукову інтенсивність для складних застосувань. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати в режимі безперервної роботи 24/7.
Точні налаштування амплітуди та постійний моніторинг параметрів ультразвукового процесу через розумне програмне забезпечення дають вам можливість відокремлювати катод від алюмінієвої фольги, а також вилучати мінерали та метали з відпрацьованих Li-ion батарей за найбільш ефективних ультразвукових умов. Оптимальна ультразвукова обробка для найбільш ефективної переробки Li-ion батарей!
Надійність ультразвукових гомогенізаторів Hielscher дозволяє працювати 24/7 при важких навантаженнях та у складних середовищах. Це робить ультразвукові гомогенізатори Hielscher надійним робочим інструментом, який відповідає вимогам вашого процесу переробки.

Найвища якість – розроблено та виготовлено в Німеччині

Як сімейне підприємство, Hielscher надає пріоритет найвищим стандартам якості для своїх ультразвукових процесорів. Усі ультразвукові гомогенізатори розробляються, виготовляються та ретельно тестуються в нашій головній компанії в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Надійність та стабільність ультразвукового обладнання Hielscher роблять його робочою конячкою у вашому виробництві. Робота 24/7 під повним навантаженням та у складних середовищах є природною характеристикою високопродуктивних ультразвукових зондів та реакторів Hielscher.

Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових гомогенізаторів:

Факти, які варто знати

Що таке літій-іонні батареї?

Літій-іонна батарея, також Li-ion батарея, є типом акумуляторної батареї. Порівняно з батареями на основі свинцю та нікелю, літій-іонні пристрої використовують катод, анод та електроліт як провідник.
Як і всі батареї, Li-ion батареї зберігають хімічну енергію, яка потім перетворюється на електричну енергію для забезпечення статичного електричного заряду для живлення.
Літій-іонні батареї зазвичай використовуються для портативної електроніки, такої як ноутбуки, смартфони, а також електромобілі. Застосування Li-ion батарей також викликає зростаючий інтерес з боку військових та аерокосмічних компаній.