Отраслевой портал Interesting Engineering (Турция) публикует любопытный материал о новой технологии рециклинга. Сам способ действительно можно назвать прорывным и сенсационным. Вопрос в том, насколько реально его внедрить в массовую переработку использованных аккумуляторных батарей.
Развитие технологий «зелёной» энергетики вызовет рост спроса на дорогостоящие металлы, используемые в батареях. Многие из таких материалов достаточно редки. Лучший способ удовлетворить потребность в них — переработка выработавших свой ресурс аккумуляторов. Сегодня с ростом парка электромобилей и числа электронных гаджетов объёмы такого рода отходов накапливаются чрезвычайно быстро. Однако рециклировать содержащиеся в батареях металлы с высокой эффективностью и без ущерба для окружающей среды непросто.
Чтобы максимально эффективно решить эту задачу, группа учёных из Университета Райса в Хьюстоне (США) разработала новый процесс рециклирования, который помогает сохранить более 98% металла, используемого в таких батареях. Прорывная технология не только радикально сокращает объёмы вторичных отходов из загрязнённых кислых растворов выщелачивания, но также значительно сокращает время, необходимое для переработки.
Учёные из Университета Райса в Хьюстоне.
С помощью джоулевого нагрева
Команда исследователей подвергла так называемую «чёрную массу» (смешанные катодные и анодные отходы батарей. — Прим. ред.) нагреву или «вспышке» с использованием запатентованного метода джоулевого нагрева (FJH) до температуры более 2100 градусов Кельвина (около 1827 ºС), достигнутой за секунды, что привело к примерно тысячекратному улучшению последующей кинетики выщелачивания.
Метод позволяет удалить инертный слой с металлов аккумуляторной батареи, снизить степень их окисления, уменьшить диффузионные потери летучих металлов и сделать такие отходы растворимыми в кислоте низкой концентрации.
По мнению учёных, независимо от химического состава батарей все металлы можно восстановить с отличным выходом, используя даже слабые кислоты, такие как соляная кислота с концентрацией 0,01 моль/л, что уменьшает количество вторичных отходов. Эффективность этого процесса достигает 98% при извлечении металлов, присутствующих в подлежащих переработке материалах.
Вот так схематично выглядит новый метод рециклинга.
Использование новой технологии позволяет растворить заданный объём «чёрной массы» менее чем за 20 минут. Предложенный учёными из Университета Райса процесс потенциально может снизить стоимость переработки отслуживших свой срок аккумуляторов за счёт использования меньшего количества электроэнергии, воды и кислоты и ограничения выбросов углекислого газа.
Роль рециклинга
Разработчики технологии считают, что проблема переработки становится всё более актуальной по мере накопления выработавших свой ресурс батарей. Рециклирование содержащихся в них металлов не только помогает уменьшить негативное воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду, но также является экономически привлекательным решением. Дело в том, что многие разновидности литий-ионных аккумуляторов содержат кобальт и никель в более высоких концентрациях, чем природные руды.
Исследователи утверждают, что, хотя количество электронного мусора растёт ежегодно на 9%, в настоящее время 95% батарей не перерабатываются из-за отсутствия необходимых технологий. «Многие уже применяющиеся способы переработки аккумуляторов включают использование сильных кислот, и это, как правило, очень сложные процессы», — говорит Джеймс Тур, профессор химии, материаловедения и наноинженерии из Университета Райса.
95% батарей не перерабатываются из-за отсутствия необходимых технологий.
Сопоставление существующих методов переработки аккумуляторов и технологии FJH показывает, что последняя имеет существенные преимущества не только с точки зрения экологичности процесса, но и его экономической эффективности.
«Полученные нами результаты обеспечат как лучшую переработку металлов, содержащихся в батареях, так и будут способствовать массовому производству электромобилей по более конкурентоспособной цене за счёт снижения себестоимости производства аккумуляторов», — отметил Цзинхун Чен, аспирант кафедры химии Университета Райса и соавтор исследования.
Перевод Виктора Симионова
