Lityum-ionli batareyalarni qayta ishlash uchun ultratovush

• Elektr avtomobillarida qo'llaniladigan litiy-ionli batareyalar endi ommaviy bozorga chiqmoqda va u bilan birga qayta ishlash quvvatlarini rivojlantirish kerak.
• Ultrasonik yuvish - Li, Mg, Co, Ni va boshqalar kabi metallarni sarflangan Li-ion batareyalaridan qayta tiklash uchun samarali, ekologik toza usul.
• Lichinka ilovalari uchun Hielscher sanoat ultratovush tizimlari ishonchli va mustahkam bo'lib, mavjud qayta ishlash zavodlariga osongina integratsiya qilinishi mumkin.

Lityum-ion batareyalarni qayta ishlash

Lityum-ion batareyalar elektr transport vositalari (EV), noutbuklar va mobil telefonlarda keng qo'llaniladi. Bu shuni anglatadiki, sarflangan litiy-ion batareyalar chiqindilarni boshqarish va qayta ishlash bilan bog'liq dolzarb muammodir. Batareyalar EV uchun asosiy xarajat omili bo'lib, ularni yo'q qilish ham qimmat. Atrof-muhit va iqtisodiy jihatlar yopiq qayta ishlash davriga turtki beradi, chunki batareya chiqindilari qimmatli materiallarni o'z ichiga oladi va lityum-ion batareyalarni ishlab chiqarishda uglerod izini kamaytirishga yordam beradi.
Li-ion batareyalarini qayta ishlash kelajakda noyob tuproq metallari va boshqa batareya komponentlarining mavjudligini ta'minlash va qazib olishning ekologik xarajatlarini kamaytirish maqsadida rivojlanayotgan sanoat sektoriga aylanmoqda.

Pirometallurgiya va gidrometallurgiyani qayta ishlash va ultratovushli batareyalarni qayta ishlash

Quyida biz pirometallurgiya va gidrometallurgik jarayonlarning an'anaviy usullarini ultratovushli yuvish texnikasi bilan afzalliklari va kamchiliklari bilan solishtiramiz.

An'anaviy batareyalarni qayta ishlashning kamchiliklari

Lityum-ionli batareyalarni qayta ishlash uchun ishlatiladigan an'anaviy usullar pirometallurgiya va gidrometallurgiya jarayonlarini o'z ichiga oladi.
 
Pirometallurgiya usullari eritish yoki yoqish kabi yuqori haroratli jarayonlarni o'z ichiga oladi. Batareyalar haddan tashqari issiqlik ta'sirida bo'lib, organik komponentlar yonib ketishiga olib keladi va qolgan metall komponentlar eritiladi va ajratiladi. Biroq, bu usullarning ba'zi kamchiliklari bor:

• Atrof-muhitga ta'siri: Pirometallurgiya jarayonlari atmosferaga zararli chiqindilar va ifloslantiruvchi moddalarni chiqarib, havoning ifloslanishiga hissa qo'shadi va sog'liq uchun potentsial xavf tug'diradi.
• Materiallarning yo'qolishi: Yuqori haroratli jarayonlar issiqlik degradatsiyasi tufayli qimmatbaho materiallar va metallarning yo'qolishiga olib kelishi mumkin, bu esa umumiy tiklanish tezligini pasaytiradi.
• Energiya intensivligi: Ushbu usullar odatda sezilarli energiya sarfini talab qiladi, bu esa operatsion xarajatlarni va atrof-muhitning izlarini oshiradi.

 
Gidrometallurgiya usullari batareya komponentlarini eritish va qimmatbaho metallarni olish uchun kimyoviy yuvishni o'z ichiga oladi. Pirometallurgiya usullaridan ko'ra ekologik jihatdan qulayroq bo'lishiga qaramay, gidrometallurgiyaning o'ziga xos kamchiliklari bor:

• Kimyoviy foydalanish: Yuvish uchun kuchli kislotalar yoki boshqa korroziv kimyoviy moddalar kerak bo'ladi, bu kimyoviy ishlov berish, chiqindilarni boshqarish va atrof-muhitning potentsial ifloslanishi haqida tashvish tug'diradi.
• Tanlash muammolari: Kerakli metallarni tanlab yuvishga erishish qiyin bo'lishi mumkin, bu esa qayta ishlash tezligining pasayishiga va qimmatli resurslarning yo'qolishiga olib keladi.

 

Ultrasonik akkumulyatorni yuvishning an'anaviy usullarga nisbatan afzalliklari

Pirometallurgiya va gidrometallurgiyani qayta ishlash usullari bilan solishtirganda, ultratovushli batareyani qayta ishlash texnikasi turli afzalliklarga ko'ra raqobatlashadi:

1. Kengaytirilgan samaradorlik: Ultrasonik sonikatsiya batareya materiallarining parchalanishini tezlashtirishi mumkin, natijada ishlov berish muddati qisqaradi va umumiy samaradorlikni oshiradi.
2. Yaxshilangan tiklanish stavkalari: Ultrasonik kavitatsiyani nazorat ostida qo'llash batareya komponentlarining parchalanishini kuchaytiradi, qimmatbaho metallarning tiklanish tezligini oshiradi.
3. Ekologik toza: Ultrasonik qayta ishlash yuqori harorat va qattiq kimyoviy moddalarga bo'lgan ishonchni kamaytiradi, atrof-muhitga ta'sirni kamaytiradi va ifloslantiruvchi moddalar emissiyasini kamaytiradi.
4. Tanlab yuvish: Ultratovushni nazorat ostida qo'llash akkumulyator ichidagi muayyan komponentlarni maqsadli ravishda buzish, ularni samarali ravishda ajratish imkonini beradi. Turli qayta ishlanadigan batareya birikmalari ma'lum bir ultratovush intensivligida erigan holda olib tashlanganligi sababli, optimallashtirilgan ishlov berish parametrlari alohida materiallarni tanlab yuvish imkonini beradi. Bu qimmatbaho metallar va materiallarni samarali ajratishni osonlashtiradi.
5. Energiya sarfini kamaytirish: Ikkalasiga nisbatan gidrometallurgiya va ayniqsa pirometallurgiya usullari bilan taqqoslaganda, ultratovushli qayta ishlash odatda energiya tejamkor bo'lib, operatsion xarajatlarni kamaytirishga va uglerod izini kamaytirishga olib keladi.
6. Masshtablilik va moslashuvchanlik: Ultrasonik tizimlar turli xil batareya o'lchamlari va ishlab chiqarish quvvatlarini joylashtirish uchun osongina kattalashtirilishi yoki kamaytirilishi mumkin. Bundan tashqari, batareyani qayta ishlash uchun ultrasonikatorlar allaqachon mavjud batareyalarni qayta ishlash zavodlariga osongina integratsiya qilinishi mumkin. Har xil quvvat shkalalarida va ultratovushli zondlar va oqim xujayrasi reaktorlari kabi mos keladigan aksessuarlarda osongina mavjud bo'lgan ultrasonikatorlar batareyalar komponentlarini har xil o'lchamdagi va ishlab chiqarish quvvatlariga ega bo'lib, qayta ishlash jarayonlarida masshtablilik va moslashuvchanlikni ta'minlaydi.
7. Sinergetik integratsiya: Qimmatbaho metallar va materiallarni sarflangan Li-ion batareyalaridan gidrometallurgik yuvishni kuchaytirish va yaxshilash uchun ultratovushli yuvish mavjud gidrometallurgik batareyalarni qayta ishlash liniyalariga birlashtirilishi mumkin.

Umuman olganda, ultratovushli batareyalarni qayta ishlash an'anaviy pirometallurgiya va gidrometallurgiya yondashuvlariga qaraganda ekologik jihatdan qulay, samarali va selektiv usul sifatida va'da beradi.

 

Ishlatilgan batareyalardan metallni qayta tiklash uchun sanoat ultratovushli yuvish

Ultrasonik yuvish va metallni qazib olish litiy-kobalt oksidi batareyalarini (masalan, noutbuklar, smartfonlar va boshqalar) va murakkab litiy-nikel-marganets-kobalt batareyalarini (masalan, elektr transport vositalaridan) qayta ishlash jarayonlarida qo'llanilishi mumkin.
Yuqori quvvatli ultratovush massa uzatishni yaxshilash va kimyoviy reaktsiyalarni boshlash uchun kimyoviy suyuqliklar va bulamaçlarni qayta ishlash qobiliyati bilan mashhur.
Quvvatli ultratovushning kuchli ta'siri akustik kavitatsiya fenomeniga asoslanadi. Yuqori quvvatli ultratovushni suyuqliklar / atalalarga ulash orqali suyuqliklardagi past bosimli va yuqori bosimli to'lqinlar kichik vakuum pufakchalarini hosil qiladi. Kichkina vakuum bo'shliqlari shiddatli portlashgacha turli past bosim / yuqori bosim davrlarida o'sib boradi. Vakuumli pufakchalarni 5000 K gacha harorat, 1000 atm gacha bosim va isitish va sovutish tezligi 10 dan yuqori bo'lgan mikroreaktorlar deb hisoblash mumkin.^-10 yuzaga keladi. Bundan tashqari, kuchli gidrodinamik siljish kuchlari va 280 m/s tezlikka ega suyuqlik oqimlari hosil bo'ladi. Akustik kavitatsiyaning bunday ekstremal sharoitlari sovuq suyuqliklarda g'ayrioddiy jismoniy va kimyoviy sharoitlar yaratadi va kimyoviy reaktsiyalar uchun foydali muhit yaratadi (deb ataladi). Sonokimyo).

Ultratovushli kavitatsiya erigan moddalarning termolizini, shuningdek, erkin radikallar, gidroksid ionlari (•OH,) gidroniy (H) kabi yuqori reaktiv radikallar va reagentlarning shakllanishiga olib kelishi mumkin.₃O+) va boshqalar, bu suyuqlikdagi favqulodda reaktiv sharoitlarni ta'minlaydi, shuning uchun reaksiya tezligi sezilarli darajada oshadi. Zarrachalar kabi qattiq moddalar suyuqlik oqimlari tomonidan tezlashadi va zarralararo to'qnashuv va ishqalanish orqali faol sirt maydonini oshiradi va shu bilan massa o'tadi.
Ultrasonik yuvish va metallni qayta tiklashning katta afzalligi amplituda, bosim va harorat kabi jarayon parametrlarini aniq nazorat qilishdir. Ushbu parametrlar reaksiya sharoitlarini texnologik muhitga va maqsadli ishlab chiqarishga to'liq moslashtirish imkonini beradi. Bundan tashqari, ultratovushli yuvish substratdan eng kichik metall zarralarini ham olib tashlaydi, shu bilan birga mikro tuzilmalarni saqlaydi. Metallni qayta tiklashning yaxshilanishi ultratovush yordamida yuqori reaktiv yuzalarni yaratish, reaktsiya tezligini oshirish va massa tashishni yaxshilash bilan bog'liq. Sonication jarayonlari har bir parametrga ta'sir qilish orqali optimallashtirilishi mumkin va shuning uchun nafaqat juda samarali, balki yuqori energiya tejamkor hamdir.
Uning aniq parametrlarini nazorat qilish va energiya samaradorligi ultratovushli yuvishni qulay va ajoyib texnikaga aylantiradi – ayniqsa, murakkab kislotali yuvish va xelyatsiya usullari bilan solishtirganda.

LiCoO ning ultratovushli tiklanishi₂ Ishlatilgan lityum-ion batareyalardan

Ultrasonikatsiya Li ni qayta tiklash uchun ishlatiladigan reduktiv yuvish va kimyoviy yog'inlarga yordam beradi.₂CO₃ va Co sifatida Co(OH)₂ chiqindi litiy-ion batareyalardan.
Chjan va boshqalar. (2014) LiCoO ning muvaffaqiyatli tiklanishi haqida xabar beradi₂ ultratovushli reaktor yordamida. 600 ml boshlang'ich eritmani tayyorlash uchun ular 10 g yaroqsiz LiCoO qo'yishdi.₂ stakanga kukun solib, 2,0mol/L LiOH eritmasi qo‘shildi, ular aralashtirildi.
Aralash ultratovush nurlanishiga quyiladi va aralashtirish moslamasi ishga tushirildi, aralashtirish moslamasi reaktsiya idishining ichki qismiga joylashtirildi. U 120 ◦C ga qizdirildi, keyin esa ultratovush qurilmasi 800 Vt ga o'rnatildi va ultratovushli ish rejimi 5 soniyali impulsli ish davrlariga o'rnatildi. ON / 2 soniya. O‘CHIRISH. Ultrasonik nurlanish 6 soat davomida qo'llanildi va keyin reaktsiya aralashmasi xona haroratiga sovutildi. Qattiq qoldiq bir necha marta deionizatsiyalangan suv bilan yuviladi va doimiy og'irlik bo'lgunga qadar 80 ° C da quritiladi. Olingan namuna keyingi sinov va batareya ishlab chiqarish uchun to'plangan. Birinchi tsikldagi zaryadlash quvvati 134,2 mAh / g, tushirish quvvati esa 133,5 mAh / g. Birinchi marta zaryadlash va tushirish samaradorligi 99,5% ni tashkil etdi. 40 tsikldan so'ng, tushirish quvvati hali ham 132,9 mA / g ni tashkil qiladi. (Zhang va boshq. 2014)
 

 
Limon kislotasi kabi organik kislotalar bilan ultratovushli yuvish nafaqat samarali, balki ekologik jihatdan ham foydalidir. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, Co va Li ni noorganik kislotalar H2SO4 va HCl bilan yuvishdan ko'ra limon kislotasi bilan yuvish samaraliroqdir. Ishlatilgan lityum-ion batareyalardan 96% dan ortiq Co va 100% ga yaqin Li qayta tiklandi. Limon kislotasi va sirka kislotasi kabi organik kislotalarning arzonligi va biologik parchalanishi ultratovushning keyingi iqtisodiy va ekologik afzalliklariga yordam beradi.

Ishlatilgan batareyalardan metallni yuvish uchun yuqori quvvatli sanoat ultratovush

Hielscher Ultrasonics - bu chiqindi materiallardan metallarni yuvish uchun zarur quvvatni etkazib beradigan yuqori samarali va ishonchli ultratovush tizimlari uchun ko'p yillik tajribaga ega yetkazib beruvchi. Li-ion batareyalarini kobalt, litiy, nikel va marganets kabi metallarni ajratib olish orqali qayta ishlash uchun kuchli va mustahkam ultratovush tizimlari zarur. UIP4000hdT (4kVt), UIP6000hdT (6kVt), UIP10000 (10kVt) va UIP16000 (16kVt) kabi Hielscher Ultrasonics sanoat birliklari bozordagi eng kuchli va mustahkam yuqori samarali ultratovush tizimlaridir. Bizning barcha sanoat birliklarimiz 24/7 ish rejimida 200 mikrongacha bo'lgan juda yuqori amplitudalar bilan uzluksiz ishlashi mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Hielscher ultratovush uskunasining mustahkamligi og'ir yuklarda va talabchan muhitda 24/7 ishlash imkonini beradi. Hielscher yuqori haroratlar, bosimlar va korroziy suyuqliklar uchun maxsus sonotrodlar va reaktorlarni ham etkazib beradi. Bu bizning sanoat ultrasonikatorlarimizni ekstraktiv metallurgiya texnikasi, masalan, gidrometallurgiya muolajalari uchun eng mos qiladi.

Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:

---

---

Adabiyot/Adabiyotlar

• 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.