Li-ionske baterije so bistvene za prenosne računalnike, mobilne telefone in električna vozila, vendar so viri, potrebni za njihovo proizvodnjo, omejeni, njihovo pridobivanje pa vključuje okoljska in družbena vprašanja. Recikliranje teh baterij je težko, vendar je za pridobivanje dragocenih materialov, kot so baker, kobalt, mangan in litij, potrebna visoko zmogljiva linija za recikliranje Li-ionov pri najvišji možni čistosti.

Recikliranje litij-ionskih baterij je bistvenega pomena za preprečevanje onesnaževanja in pridobivanje dragocenih materialov. Trenutno se po vsem svetu reciklira le približno 50% Li-ionskih baterij, kar poudarja potrebo po izboljšanju Postopki recikliranja in povečajo njihovo učinkovitost.

V Romuniji so pobude, ki jih financirajo nepovratna sredstva EU za odprtje nekaterih tovarn za recikliranje litij-ionskih baterij, kar bi lahko pomembno prispevalo k ravnanju z odpadki in predelavi materialov, potrebnih za proizvodnjo litij-ionskih baterij.

Cilindrične baterije za recikliranje

Li-ionske baterije s trdim ohišjem

Litij-ionske baterije z mehkim ohišjem

Pozitivne/negativne tablice

Glavne faze v procesu recikliranja Li-ionskih baterij

Recikliranje litij-ionskih baterij je pomemben korak za pridobivanje dragocenih materialov in zmanjšanje vpliva na okolje. Postopek vključuje več stopenj, od zbiranja in praznjenja baterije, do razstavljanja, drobljenja, ločevanja in čiščenja. Vsaka stopnja je zasnovana tako, da poveča pridobivanje plemenitih kovin, kot so litij, kobalt, nikelj in mangan, hkrati pa zagotavlja varnost in trajnost procesa.

Zbiranje in praznjenje baterij

• Rabljene litij-ionske baterije se zbirajo iz različnih virov, kot so elektronske naprave, električna vozila ali sistemi za shranjevanje energije.
• Baterije se pregledajo, da ugotovijo morebitne poškodbe ali puščanje.
• Baterije so popolnoma izpraznjene, da se zmanjša tveganje kemičnih ali toplotnih reakcij med obdelavo. To stopnjo lahko dosežemo z električnim razelektritvijo, kriogeno zmrzaljo ali potopitvijo v vodne raztopine.

Odstranjevanje baterij

• Baterije se razstavljajo ročno ali samodejno, da se posamezne celice ločijo od drugih komponent, kot so ohišje, kabli in sistem za upravljanje baterij.
• Razstavljene komponente je mogoče ponovno uporabiti ali reciklirati ločeno, odvisno od njihovega stanja.

Drobljenje in ločevanje

• Baterijske celice se mehansko zdrobijo v droben granulat.
• Zrnca se ločijo na različne frakcije z mehanskimi postopki, kot so rafiniranje, magnetna ločitev ali z uporabo vrtinčnih tokov.
• Ločene frakcije vsebujejo materiale, kot so baker, aluminij, plastika in „črna masa” (sestavljene iz aktivnih materialov elektrod, kot so nikelj, magnezij, kobalt, litij, grafit).

Nadaljnja obdelava

• Črna masa je podvržena dodatnim postopkom, kot je pirometalurgija (toplotna obdelava) ali hidrometalurgija (postopek, ki vključuje kisle ali alkalne raztopine), ekstrahiranje in ločevanje dragocenih kovin, kot so litij, kobalt, nikelj in mangan.
• Obnovljene kovine se lahko uporabljajo za proizvodnjo novih litij-ionskih baterij ali v drugih industrijskih aplikacijah.

Čiščenje in pridobivanje končnih izdelkov

• Ekstrahirane kovine se dodatno očistijo, da izpolnjujejo zahtevane standarde kakovosti.
• Končni pridobljeni izdelki vključujejo kovine, kot so litij, kobalt, nikelj, baker in aluminij, ki jih je mogoče ponovno vnesti v proizvodni cikel.

Pomembno je omeniti, da se lahko nekatere stopnje, kot je pirometalurška ali hidrometalurška obdelava črne mase, razlikujejo glede na specifično tehnologijo, ki jo uporablja vsak obrat za recikliranje. 

Recikliran aluminij iz Li-ionskih baterij

Baker, recikliran iz litij-ionskih baterij

Črna masa, reciklirana iz Li-ionskih baterij

Ločite materiale od recikliranja Li-ionskih baterij

Kako se dragoceni materiali pridobivajo iz Li-ionskih baterij?

Pirometalurgija

Pirometalurgija vključuje toplotno obdelavo baterij za ločevanje dragocenih kovin. Postopek vključuje naslednje korake:

• Drobljenje baterije: Baterije se v mlinu za kladivo razdrobijo, da dobijo majhne drobce.
• Taljenje: drobce se pri visokih temperaturah stopi v pečici, kjer se kovine ločijo od drugih materialov.
• Obnovitev kovin: dragocene kovine, kot so kobalt, nikelj in baker, se pridobivajo iz staljene mase.

Pirometalurgija je učinkovita pri pridobivanju kovin, vendar porabi veliko energije in proizvaja emisije toplogrednih plinov.

Hidmetalurgija

Hidmetalurgija uporablja kemične raztopine za raztapljanje kovin v baterijah. Faze vključujejo:

• Razrezane baterije so potopljene v kislinske bazene ali druge kemične raztopine za raztapljanje kovin.
• Raztopljene kovine se obori z raztopino z dodajanjem kemičnih reagentov.
• Oborjene kovine se očistijo, da dobimo visokokakovostne izdelke.

Hidrometalurgija je energetsko manj intenzivna kot pirometalurgija, vendar vključuje uporabo nevarnih kemikalij.

Ultrazvočna tehnologija

Ultrazvočna tehnologija uporablja visokofrekvenčne zvočne valove za pospeševanje kemičnih procesov ekstrakcije. Faze vključujejo:

• Baterije so izpostavljene ultrazvočnim valovom v kemični raztopini, ki izboljša raztapljanje kovin.
• Raztopljene kovine se pridobivajo s standardnimi kemičnimi metodami.

Ultrazvočna tehnologija je učinkovita in lahko skrajša čas, potreben za ekstrakcijo kovin.

Linija za recikliranje Li-ion baterij – potrebni stroji in proizvodna postavitev

Stroji, potrebni v celotnem toku za linijo za recikliranje litij-ionskih baterij:

• Prvi postopek sekanja se izvede z 2-grednim sekljalnikom, iz katerega bodo prišli sesekljani materiali velikosti 50 x 100-150 mm
• Razrezan material v prvem sekalniku se na traku prenese na trak za rafinersko veliko bolj fino sekundarno sekanje, kar bo zmanjšalo velikost na približno 15 mm
• Sesekljan material se posuši in dovaja v ločevalnik zraka za ločevanje težkih materialov, železovih in neželeznih kovin od lahkega materiala, večinoma iz plastike in črne mase
• Pasto in črno snov se vnese v vmesni silos in nato seseklja v obliko prahu
• Železne kovine so ločene z živahnim magnetnim bobnom in barvnimi kovinami s pomočjo separatorja vrtinčnega toka
• Material se dovaja rafinerije, fina frakcija je sestavljena iz črne mase (v razmerju 50-80 %) in se napolni v velikih vrečah. Prevelik material se loči v lahek material in težak material v cikcak rafiner. Težki material se zbira v koritu pod rafinerijo.
• Lahki material se s pomočjo kladiva mlin enakomerno velikost razdeli na pet frakcij in ga sitasto razdeli na pet frakcij: podmerni material nastane iz črne mase, tri ločevalne enote pa tvorijo bakreno-aluminijeve frakcije, plastika in železne kovine