Li-ion baterije su neophodne za prijenosna računala, mobilne telefone i električna vozila, ali resursi potrebni za njihovu proizvodnju su ograničeni i njihovo vađenje uključuje ekološka i društvena pitanja. Recikliranje ovih baterija je teško, ali je za obnavljanje vrijednih materijala kao što su bakar, kobalt, mangan i litij s najvećom mogućom čistoćom neophodna linija za recikliranje Li-Ion visokih performansi.

Recikliranje litij-ionskih baterija ključno je za sprječavanje onečišćenja i oporavak vrijednih materijala. Trenutno se samo oko 50% Li-Ion baterija reciklira globalno, što naglašava potrebu za poboljšanjem procesi obogaćivanja i povećanje njihove učinkovitosti.

U Rumunjskoj postoje inicijative koje financiraju bespovratna sredstva EU za otvaranje nekih tvornica za recikliranje litij-ionskih baterija, koje bi mogle značajno doprinijeti gospodarenju otpadom i oporavku materijala potrebnih za proizvodnju Li-Ion baterija.

cilindrične reciklažne baterije

Li-ion baterije s tvrdom futrolom

litij-ionske baterije s mekim kućištem

Ploče pozitivnog/negativnog tipa

Glavne faze u procesu recikliranja Li-Ion baterija

Recikliranje litij-ionskih baterija važan je korak za oporavak vrijednih materijala i smanjenje utjecaja na okoliš. Proces uključuje nekoliko faza, od prikupljanja i pražnjenja baterije, do rastavljanja, usitnjavanja, odvajanja i pročišćavanja. Svaka faza je osmišljena kako bi se maksimizirao oporavak plemenitih metala kao što su litij, kobalt, nikal i mangan, istovremeno osiguravajući sigurnost i održivost procesa.

Punjenje i pražnjenje baterije

• Korištene litij-ionske baterije skupljaju se iz različitih izvora, kao što su elektronički uređaji, električna vozila ili sustavi za pohranu energije.
• Baterije se pregledavaju kako bi se utvrdila moguća oštećenja ili curenje.
• Baterije se u potpunosti ispuštaju kako bi se smanjio rizik od kemijskih ili toplinskih reakcija tijekom obrade. Ova faza se može postići električnim pražnjenjem, kriogenim smrzavanjem ili uranjanjem u vodene otopine.

vađenje baterija

• Baterije se rastavljaju ručno ili automatski kako bi se pojedinačne ćelije odvojile od ostalih komponenti kao što su kućište, kabeli i sustav upravljanja baterijom.
• Rastavljene komponente mogu se ponovno koristiti ili reciklirati zasebno, ovisno o njihovom stanju.

usitnjavanje i odvajanje

• Baterijske ćelije su mehanički zdrobljene u finu granulaciju.
• Granule se mehaničkim procesima odvajaju u različite frakcije, kao što su rafiniranje, magnetsko odvajanje ili korištenjem vrtložnih struja.
• Odvojene frakcije sadrže materijale kao što su bakar, aluminij, plastika i „crna masa” (sastavljene od aktivnih materijala elektroda kao što su nikal, magnezij, kobalt, litij, grafit).

daljnja obrada

• Crna masa je podvrgnuta dodatnim procesima, kao što su pirometalurgija (termička obrada) ili hidrometalurgija (proces koji uključuje kisele ili alkalne otopine), za ekstrakciju i odvajanje vrijednih metala, kao što su litij, kobalt, nikal i mangan.
• Oporavljeni metali mogu se koristiti za proizvodnju novih litij-ionskih baterija ili u drugim industrijskim primjenama.

Pročišćavanje i dobivanje krajnjih proizvoda

• Ekstrahirani metali se dalje pročišćavaju kako bi zadovoljili tražene standarde kvalitete.
• Konačni dobiveni proizvodi uključuju metale kao što su litij, kobalt, nikal, bakar i aluminij, koji se mogu ponovno uvesti u ciklus proizvodnje.

Važno je napomenuti da neke faze, kao što je pirometalurška ili hidrometalurška obrada crne mase, mogu varirati ovisno o specifičnoj tehnologiji koju koristi svako postrojenje za recikliranje. 

reciklirani aluminij iz Li-Ion baterija

Bakar recikliran iz Li-Ion baterija

Crna masa reciklirana iz Li-Ion baterija

Odvojite materijale od recikliranja Li-ion baterija

Kako se dragocjeni materijali izvlače iz Li-ion baterija?

pirometalurgija

Pirometalurgija uključuje toplinsku obradu baterija za odvajanje vrijednih metala. Proces uključuje sljedeće korake:

• Usitnjavanje baterije: Baterije se usitnjavaju u mlinu s čekićem kako bi se dobili mali fragmenti.
• Taljenje: Fragmenti se tope na visokim temperaturama u pećnici, gdje se metali odvajaju od ostalih materijala.
• Obnavljanje metala: Vrijedni metali kao što su kobalt, nikal i bakar se izvlače iz rastaljene mase.

Pirometalurgija je učinkovita za obnavljanje metala, ali troši puno energije i proizvodi emisije stakleničkih plinova.

hidmetalurgija

Hidmetalurgija koristi kemijske otopine za otapanje metala u baterijama. Faze uključuju:

• Usitnjene baterije su uronjene u bazene kiseline ili druge kemijske otopine za otapanje metala.
• Otopljeni metali se talože otopinom dodavanjem kemijskih reagensa.
• Precipitirani metali se pročišćavaju kako bi se dobili visokokvalitetni proizvodi.

Hidrometalurgija je manje energetski intenzivna od pirometalnelurgije, ali uključuje korištenje opasnih kemikalija.

ultrazvučna tehnologija

Ultrazvučna tehnologija koristi visokofrekventne zvučne valove za ubrzanje procesa kemijske ekstrakcije. Faze uključuju:

• Baterije su izložene ultrazvučnim valovima u kemijskoj otopini, što poboljšava otapanje metala.
• Otopljeni metali se obnavljaju standardnim kemijskim metodama.

Ultrazvučna tehnologija je učinkovita i može smanjiti vrijeme potrebno za ekstrakciju metala.

Linija za recikliranje Li-Ion baterija – potrebni strojevi i raspored proizvodnje

Strojevi potrebni u kompletnom streamu za liniju za recikliranje Li-Ion baterija:

• Prvi proces sjeckanja provodi se sjeckalicama s 2 osovine iz kojeg će izaći sjeckani materijali veličine 50 x 100-150 mm
• Usitnjeni materijal u prvom sjeckalici nosi se na traci do rafinerije radi puno finijeg sekundarnog sjeckanja, što će smanjiti veličinu na oko 15 mm
• Usitnjeni materijal se suši i ubacuje u separator zraka za odvajanje teškog materijala, željeznih i obojenih metala od laganog materijala, uglavnom plastike i crne mase
• Pasta i crna tvar se uvode u srednji silos i zatim nasjeckaju u praškasti oblik
• Željezni metali su odvojeni živopisnim magnetskim bubnjevima i obojenim metalima uz pomoć separatora vrtložne struje
• Materijal se dovodi u rafineriju, fina frakcija sastoji se od crne mase (u omjeru 50-80 %) i puni se u velike vreće. Predimenzionirani materijal se odvaja na lagani materijal i teški materijal u cik-cak rafineriju. Teški materijal se skuplja u korito ispod rafinerije.
• S druge strane, lagani materijal se dovodi do ujednačene veličine uz pomoć mlina i podijeljen na pet frakcija strojem za sitanje: premali materijal se formira od crne mase, a tri jedinice za odvajanje tvore se od frakcija bakra/alumina, plastike i željeznog metala, a tri jedinice za odvajanje tvore se od frakcija bakra/alumina