Pyrometalurgický postup recyklace hliníku

Vzhledem k obrovskému potenciálu využití hliníku a zároveň technologicky i energeticky náročnému výrobnímu procesu je rozhodně žádoucí tento kov efektivně recyklovat. Recyklovaný hliník neztrácí žádnou ze svých vlastností a není proto důvod se například obávat, že hliníkový žebřík z opakovaně použité suroviny bude méně pevný.

Úvod do recyklace lithiových baterií

Rostoucí počet elektrických aut však představuje vážný problém v oblasti nakládání s odpady. Vybité baterie ovšem představují i příležitost, jak získat přístup ke strategickým prvkům a kritickým materiálům a jsou jejich cenným sekundárním zdrojem.

Recyklace starých lithiových baterií zahrnuje profesionální procesy, jako je hydrometalurgie (loužení kyselinou) a pyrometalurgie (tavení za vysokých teplot), k extrakci kovů, jako je kobalt, nikl a lithium.

Mezi bezpečné postupy patří používání certifikovaných recyklačních zařízení, vyhýbání se fyzickému poškození článků a nikdy nelikvidovat baterie v kompaktorech kvůli riziku požáru. Regenerace regeneruje materiály z baterií chemickými nebo termickými metodami.

Hydrometalurgie rozpouští kovy v kyselinách, zatímco pyrometalurgie taví je při 1,400 °C. Hydrometalurgická recyklace využívá roztoky HCl nebo H₂SO₄-H₂O₂ k vyluhování kovů z rozdrcených baterií. Například systémy s kyselinou sírovou získají zpět 95 % lithia, ale produkují kyselou odpadní vodu, kterou je třeba neutralizovat.

Čtěte také: Postup zateplení v ČR

Tip pro profesionály: Elektrochemické vyluhování snižuje spotřebu činidel o 40 % ve srovnání s tradičními metodami. Pyrometalurgický přístup za vysokých teplot však taví hliník/měď na strusku - ideální pro smíšené typy baterií, ale uvolňuje CO₂.

Použité baterie se naplní elektrolytickým roztokem, který umožní snadnější pohyb kladných a záporných iontů pro nabíjení a vybíjení elektřiny. Aby se toto riziko eliminovalo, může zařízení elektrolytickou kapalinu destilovat a extrahovat. Po extrakci kapaliny se články skartují.

Vytříděné kusy a prášky se převážejí do spolupracujících společností a zpracovávají se na materiály pro nové baterie. „Při běžné likvidaci baterií v Japonsku se baterie nejprve spálí, čímž se uvolní CO2.

Elektrody baterií obsahují mnoho cenných zdrojů, jako jsou kobalt, lithium a nikl. Tato metoda snižuje množství získaných materiálů a uvolňuje obrovské množství CO₂, což má rozsáhlý dopad na životní prostředí.

Pyrometalurgický proces recyklace

Pyrometalurgická metoda zahrnuje vysokoteplotní zpracování k oddělení cenných kovů z baterie. Proces se liší podle typu baterie a zahrnuje následující kroky:

Čtěte také: Krok za krokem recyklace papíru

• NMC baterie:
  • Sejmutí krytu baterie: Ručně nebo mechanicky vyjměte pouzdro baterie, abyste získali materiál vnitřní elektrody.
  • Pečení: Přidejte vápenec a opékejte materiály ve vysokoteplotní peci. Po pražení tvoří lithium a hliník strusku a nejsou regenerovány. Měď, nikl, kobalt a mangan tvoří slitiny.
  • Těžba kovů: Vytvořená slitina je dále zpracovávána k extrakci cenných kovů, jako je měď, nikl, kobalt a mangan, pomocí fyzikálních nebo chemických metod.
• LFP (fosforečnan lithný) Baterie:
  • Pečení: Vzhledem k tomu, že materiály elektrod baterií LFP neobsahují drahé kovy, tradiční pyrometalurgické metody nejsou vhodné. Vylepšená pyrometalurgická technika odstraňuje organická pojiva pomocí vysokoteplotní kalcinace, čímž se odděluje LFP prášek od hliníkové fólie.
  • Vysokoteplotní syntéza: Získaný LFP materiál je smíchán s vhodnými surovinami a syntetizován do nového LFP úpravou molárního poměru lithia, železa a fosforu prostřednictvím vysokoteplotních reakcí v pevné fázi.

Výhody pyrometalurgického procesu:

• Zjednodušený proces: K separaci kovů využívá vysokoteplotní zpracování, díky čemuž je tento proces relativně přímočarý.
• Manipulace s různými kovy: Schopný zpracovávat baterie obsahující širokou škálu kovů, zvláště cenných.
• Flexibilita: Přizpůsobitelné různým typům materiálů baterií.

Nevýhody pyrometalurgického procesu:

• Vysoká spotřeba energie: Vyžaduje značné množství energie pro vysokoteplotní operace, což zvyšuje provozní náklady.
• Škodlivé emise: Potenciální uvolňování škodlivých plynů během procesu, což vyžaduje komplexní systémy čištění odpadních plynů.
• Nízká výtěžnost lithia: Obtížné efektivně získat lithium, což vede k neefektivnosti zdrojů.

Hydrometalurgický recyklační proces

Hydrometalurgická metoda využívá chemické roztoky k rozpuštění kovů v bateriích, následuje srážení a filtrace k extrakci cenných kovů. Proces se liší podle typu baterie:

• NMC baterie:
  • Rozpouštění kovů: Rozpusťte elektrodové materiály v kyselém roztoku za vytvoření jednotného roztoku kovových iontů.
  • Spolusrážení: Přidejte do roztoku odpovídající soli kovů na základě poměrů niklu, kobaltu a manganu potřebných pro syntézu materiálů NMC. Přidáním báze se vytvoří koprecipitát kovů.
  • Spékání: Smíchejte koprecipitát s uhličitanem lithným a spékejte při vysokých teplotách, abyste získali regenerované NMC materiály. Upravte parametry procesu pro optimalizaci výkonu regenerovaného materiálu.
• LFP (fosforečnan lithný) Baterie:
  • Rozpuštění: Rozpusťte materiály katody v silné kyselině, aby se v roztoku rozpustily ionty lithia, železa a fosforečnanu.
  • Srážky: Přidejte do roztoku zásadu, čímž se vytvoří sraženina iontů lithia, železa a fosforečnanu.
  • Vysokoteplotní pražení: Vysušte a opražte sraženinu při vysokých teplotách, abyste získali regenerovaný LFP. Podle potřeby upravte poměr obnovy, abyste zajistili, že regenerovaný materiál splňuje požadavky na výkon.

Výhody hydrometalurgického procesu:

• Vysoká míra obnovy: Efektivně extrahuje vysoké procento cenných kovů a maximalizuje využití zdrojů.
• Vysoká čistota: Vyrábí vysoce čisté regenerované materiály vhodné pro různé aplikace.
• Ekonomické výhody: Nabízí vynikající ekonomickou návratnost díky vyšší míře využití a kvalitě produktu.

Nevýhody hydrometalurgického procesu:

• Složitý proces: Zahrnuje více chemických reakcí a kroků, díky čemuž je proces složitější.
• Nakládání s odpadními kapalinami: Vyžaduje přísnou kontrolu a úpravu odpadních kapalin, aby se zabránilo kontaminaci životního prostředí.
• Sekundární znečištění: Možnost sekundárního znečištění, pokud není správně nakládáno s odpadními kapalinami.

Recyklační modely v různých zemích

Různé země a regiony používají různé modely recyklace lithiových baterií:

• Japonský model: Proces recyklace, kterému dominují výrobci napájecích baterií, zahrnuje prodejce elektrických vozidel a leasingové společnosti baterií. Výrobci baterií přebírají primární odpovědnost za recyklaci lithiových baterií a zajišťují účinnost a profesionalitu prostřednictvím svých odborných znalostí a vybavení.
• Evropský a americký model: Průmyslové aliance vytvořené výrobci baterií vytvářejí recyklační aliance, sdružující zdroje ke zlepšení efektivity a ekonomických výhod. Například několik evropských výrobců baterií a automobilů založilo recyklační aliance, aby společně vyvíjeli a podporovali pokročilé recyklační technologie.
• Model třetí strany: Specializované externí recyklační společnosti se zabývají recyklací, která se vyznačuje vysokou flexibilitou a orientací na trh. K zajištění standardizované a ekologické recyklace jsou však zapotřebí přísné regulační systémy. Konkurence na trhu mezi externími recyklátory baterií pohání technologický pokrok a kvalitu služeb a podporuje zdravý rozvoj odvětví.

Budoucí vývojové trendy

Při pohledu do budoucnosti bude odvětví recyklace lithiových baterií čelit významnějším výzvám a příležitostem. S rychlým rozvojem elektrických vozidel a systémů pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů bude poptávka po lithiových bateriích nadále růst, takže recyklace odpadních baterií bude stále naléhavější. K vyřešení tohoto problému je zapotřebí pokrok v technologii recyklace lithiových baterií v následujících oblastech:

• Technologická inovace: Průběžně zkoumat a používat nové recyklační technologie ke zlepšení účinnosti obnovy a využití zdrojů. Například použití pokročilých technologií separace materiálů a automatizovaných zařízení k optimalizaci fyzikálních, pyrometalurgických a hydrometalurgických procesů, snížení nákladů na recyklaci a dopad na životní prostředí.
• Podpora zásad: Vlády by měly formulovat a implementovat politiku podporující recyklaci lithiových baterií.

Výroba a recyklace hliníku

Surovinou pro výrobu čistého hliníku je obvykle bauxit, hornina vyskytující se v Guinei, Austrálii nebo Vietnamu. Množství bauxitu na planetě by pro masovou výrobu hliníku nebylo až takovým problémem, horší je to s jeho čistotou a především se složitým postupem nutným pro oddělení od ostatních složek.

Na výrobu jednoho kilogramu hliníku z bauxitu je nutno vynaložit kolem 20 kWh elektrické energie a jde proces produkující velké množství tuhých odpadů i látek znečišťujících ovzduší. Na výrobu nového produktu z druhotné suroviny se spotřebuje jen zhruba deset procent energie a uvolní se pouze 5 % CO2, v porovnání s primární výrobou.

Čtěte také: Dluhopisy krok za krokem

Časté dotazy

1. Jaké jsou hlavní způsoby recyklace lithium-iontových baterií?

Existují tři základní způsoby recyklace lithium-iontových baterií: fyzikální recyklace, pyrometalurgická recyklace a hydrometalurgická recyklace. Každá metoda má odlišné procesy a výhody. Fyzická recyklace zahrnuje mechanické zpracování, jako je drcení a třídění, pyrometalurgická recyklace využívá vysokoteplotní zpracování a hydrometalurgická recyklace využívá chemické roztoky k extrakci cenných materiálů z baterií.

2. Proč se nevhodná likvidace baterií týká dobíjecích baterií?

Nesprávná likvidace baterií může vést ke kontaminaci životního prostředí a ztrátě cenných materiálů. Lithium-iontové baterie obsahují toxické látky a cenné kritické minerály, které mohou znečišťovat půdu a vodu, pokud nejsou správně recyklovány. Efektivní procesy recyklace pomáhají při získávání lithia a dalších cenných materiálů, snižují dopad na životní prostředí a přispívají k dodavatelskému řetězci technologií čisté energie.

3. Je pravda, že hliník se velmi dobře recykluje a jde o ekologicky výhodný proces?

Ano, hliník se velmi dobře recykluje. Energetická náročnost výroby primárního hliníku je několikanásobně vyšší než výroba plastů nebo skla. Na výrobu jednoho kilogramu hliníku z bauxitu je nutno vynaložit kolem 20 kWh elektrické energie a jde proces produkující velké množství tuhých odpadů i látek znečišťujících ovzduší. Na výrobu nového produktu z druhotné suroviny se spotřebuje jen zhruba deset procent energie a uvolní se pouze 5 % CO2, v porovnání s primární výrobou.

tags: #pyrometalurgický #postup #recyklace #hliníku

Oblíbené příspěvky:

• 100th Anniversary of the Czechoslovak Koruna
• Vývoj dopravy v Karviné
• Vojenské újezdy a příroda
• Inspirace pro samolepky na zeď do dětského pokoje
• Opravy komunikací s ohledem na životní prostředí