تحتوي بطاريات الليثيوم المهملة على كمية كبيرة من موارد المعادن الثقيلة غير المتجددة ذات القيمة الاقتصادية العالية. مادة القطب الموجب لـ بطاريات الليثيوم هو مسحوق أكسيد الليثيوم والكوبالت. السالب القطب الكهربائي المادة المستخدمة هي مسحوق الجرافيت. يحتوي كلا القطبين على كميات كبيرة من المعادن مثل الكوبالت والنيكل والمنجنيز والنحاس والألمنيوم.
لا يقتصر دور إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المهملة أو غير الصالحة للاستخدام على تخفيف الضغط البيئي فحسب، بل يساهم أيضاً في منع هدر المعادن الثقيلة القيّمة مثل الكوبالت والنيكل والمنغنيز. ونتيجةً لذلك، تولي دول العالم أهمية بالغة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم المهملة، وذلك نظراً لمحدودية الموارد وضرورة الحوكمة البيئية الرشيدة.
1. إعادة التدوير الجاف وإعادة التدوير الرطب
1. التحليل المقارن: تقنيات إعادة التدوير الرطبة مقابل تقنيات إعادة التدوير الجافة
في عملية إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستهلكة، يتم استخدام تقنيتين رئيسيتين: إعادة التدوير الجاف وإعادة التدوير الرطب.
- تقنية إعادة التدوير الرطب: تتضمن هذه الطريقة مسارًا طويلًا، وتتطلب استثمارًا أوليًا كبيرًا، بالإضافة إلى العديد من المعدات. علاوة على ذلك، فهي غير قادرة على إعادة تدوير معدن الألومنيوم، ولا تستطيع معالجة مواد الربط PVDF (فلوريد البولي فينيليدين) الموجودة في بطاريات الليثيوم بكفاءة.
- تقنية إعادة التدوير الجاف: تنقسم هذه الطريقة بشكل رئيسي إلى عمليات جافة ذات درجة حرارة عالية (حوالي 800 درجة مئوية) وعمليات جافة ذات درجة حرارة منخفضة (حوالي 400 درجة مئوية). وتتميز هذه الطريقة بمسار معالجة أقصر ومتطلبات معدات أقل. ورغم قدرتها على معالجة مادة PVDF بكفاءة، إلا أنها تستهلك طاقة عالية وتتطلب كميات كبيرة من الحرارة. إضافةً إلى ذلك، ينتج عن عملية المعالجة الجافة حتمًا غاز فلوريد الهيدروجين الحمضي (HF) أو غازات هاليد الهيدروجين الأخرى، إلى جانب غازات نفايات التكسير العضوي. ويجب معالجة هذه الانبعاثات بشكل منفصل لتجنب أي تأثير بيئي كبير، مما يستلزم استثمارًا ضخمًا في مرافق متخصصة لحماية البيئة.
2. تكوين النظام: الدور المحوري لفصل الهواء
تتضمن معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم القياسية عادةً ثلاث وحدات أساسية:
- خط تفكيك (لإعادة استخدام البطاريات / تطبيقات الحياة الثانية).
- خط فصل الهواء للطحن والسحق (مركز التكنولوجيا الأساسي).
- خط إنتاج للاستخلاص (وإعادة الاستخلاص).
يُعد خط فصل الهواء للطحن والسحق بمثابة النواة المطلقة لنظام إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم بالكامل.
3. معوقات الصناعة: مخاطر السلامة وارتفاع تكاليف التشغيل
على الرغم من التطورات التكنولوجية، لا يزال العديد من المصنّعين التقليديين يعتمدون على عمليات قديمة. تتضمن هذه العملية سلسلة من الخطوات التالية: التقطيع → التكسير الثانوي → الطحن → الفصل بالهواء (باستخدام أفران خارجية ذات درجات حرارة عالية ومتوسطة).
يكمن الخلل الجوهري في هذه العملية واسعة الانتشار في عدم معالجتها لمخاطر الاشتعال والانفجار المرتبطة بالتعامل مع بطاريات الليثيوم المستعملة المشحونة في مصدرها. ونتيجة لذلك، تؤدي إدارة هذه المخاطر إلى ارتفاع تكاليف المعالجة، لتصل إلى مستوى غير مستدام يبلغ 3000 يوان للطن.
4. إنجاز تقني: التحلل الحراري الفراغي وخفض التكاليف بدون غاز
وللقضاء على هذه المشكلات التي تواجه الصناعة، قمنا بإدخال تكنولوجيا أجنبية متقدمة وتنفيذ إصلاحات تكنولوجية صارمة، وحققنا إنجازين رئيسيين:
- القضاء على مخاطر الحريق والانفجار: تم تصميم آلية تغذية فرن التحلل الحراري عالي الحرارة الذي ننتجه بأنفسنا بنظام تحكم متغير في السرعة بتردد متغير. يُنشئ هذا التصميم حزامًا مفرغًا مستمرًا عالي الحرارة، مما يُحيد بشكل فعال مخاطر الحريق والانفجار التي عادةً ما تُسببها آلات التقطيع الميكانيكية.
- انخفاض كبير في النفقات التشغيلية (OpEx): يساهم هذا الابتكار في خفض إنتاج المعدات بشكل كبير و صيانة التكاليف. علاوة على ذلك، وبسبب بيئة الفراغ الفريدة هذه، لا يتطلب خط الإنتاج غاز النيتروجين المكلف أو غازات عزل الأكسجين الأخرى، مما يقلل بشكل كبير من نفقات التشغيل اليومية ويزيد الربحية إلى أقصى حد.
2. نظام إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستهلكة
1. تسلسل المعالجة الأساسية
يشمل هذا النظام معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة، بالإضافة إلى معدات معالجة الغازات المستعملة.
يتكون خط المعالجة الرئيسي من ثلاث مراحل أساسية متصلة بالتسلسل:
- جهاز تقطيع ومعالجة مسبقة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم.
- جهاز التحلل الحراري.
- جهاز معالجة لاحقة (يشمل معدات التكسير الثانوي والطحن وفصل الهواء).
2. المكونات الفرعية لجهاز التحلل الحراري
يشتمل جهاز التحلل الحراري على عدة مكونات أساسية. يتم توصيلها بالتسلسل بالترتيب التالي:
- فرن التحلل الحراري.
- جهاز للتحكم في حجم الهواء بتردد متغير.
- جهاز معالجة أولية للإنتاج.
- دمج فرن دوار جاف.
- جهاز معالجة لاحقة.
3. العادم والروابط البيئية
تم ربط مسارات الغاز في النظام بشبكة دقيقة للتعامل مع الانبعاثات:
- يرتبط منفذ العادم في الفرن الدوار الجاف ثلاثي الأبعاد بمنفذ التفريغ في جهاز التقطيع قبل المعالجة. كما أنه مرتبط بجهاز حماية البيئة الخاص بالإنتاج.
- يتم توصيل مخرج غازات التكسير الناتجة عن فرن الانحلال الحراري مباشرة بجهاز حماية البيئة.
4. استعادة الحرارة والتحكم في التدفق
لمعالجة مشكلة ارتفاع استهلاك الطاقة في عملية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم المستعملة بالطريقة الجافة، تتضمن مجموعة المعدات الكاملة مبادلًا حراريًا خارجيًا. يتم تركيب هذا المبادل الحراري على السطح الخارجي لفرن التحلل الحراري.
تم تكوين شبكة الاتصال والتحكم الخاصة بها على النحو التالي:
- يتصل مدخل الهواء الخاص بالمبادل الحراري الخارجي بمنفذ تصريف غازات المداخن ذات درجة الحرارة العالية الخاص بجهاز حماية البيئة.
- تم تجهيز أنبوب التوصيل بين مخرج غاز النفايات الناتج عن التكسير في فرن الانحلال الحراري والفرن الدوار ذي العملية الجافة بغلاف عازل.
- يتصل أحد الأنابيب الفرعية بمدخل الهواء الخاص بالمبادل الحراري الخارجي.
- تم تركيب جهاز لتنظيم التدفق عند منفذ تصريف غازات المداخن ذات درجة الحرارة العالية للتحكم في الحجم.
5. حلقة توفير الطاقة
يستخدم النظام عملية استعادة حرارية ذات حلقة مغلقة. يدخل غاز النفايات الناتج عن الفرن الدوار ذي العملية الجافة أولاً إلى جهاز حماية البيئة.
ومن هناك، ينتقل الغاز عبر منفذ تصريف غازات الاحتراق ذات درجة الحرارة العالية، ثم يدخل إلى المبادل الحراري الخارجي لجهاز التحلل الحراري. ويُستخدم هذا الغاز المُعاد تدويره كمصدر الحرارة الرئيسي لفرن التحلل الحراري، مما يُقلل تكاليف الطاقة بشكل ملحوظ.
3. غرض جهاز تنظيم التدفق
تم تصميم جهاز تنظيم التدفق عند منفذ تفريغ غاز المداخن عالي الحرارة للتحكم في حجم غاز المداخن عالي الحرارة الذي يدخل الأنبوب الفرعي. من خلال ضبط حجم الهواء من خلال هذا الجهاز، يمكن الحفاظ على درجة حرارة غاز المداخن الذي يدخل مدخل الهواء للمبادل الحراري الخارجي في نطاق يتراوح بين 400 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية.
من الناحية المثالية، يجب التحكم في درجة الحرارة هذه بين 500 درجة مئوية و650 درجة مئوية. وهذا يخلق منطقة فراغ، مما يضمن تشغيل آلة التقطيع وفرن التحلل الحراري في بيئة خالية من الأكسجين، مما يعالج بفعالية منع الحرائق والانفجارات في إعادة تدوير بطاريات الليثيوم من المصدر.
بعد التقطيع، يتم إدخال بطاريات الليثيوم المستهلكة إلى فرن التحلل الحراري، حيث تخضع المواد العضوية داخل البطاريات للتحلل الحراري. أثناء هذه العملية، تتحلل المادة الرابطة PVDF وسداسي فلورو فوسفات الليثيوم والمذيبات العضوية الموجودة في بطاريات الليثيوم المستهلكة بسبب الحرارة، مما يؤدي إلى توليد غاز التكسير. ثم يتم حرق غاز التكسير هذا، مما يؤدي إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء وHF والغازات الأخرى.
إن أكسيد الكالسيوم النانوي الحجم في جهاز معالجة الغاز العادم نشط للغاية في درجات حرارة التشغيل. فهو يتفاعل بسرعة مع فلوريد الهيدروجين لتكوين فلوريد الكالسيوم، مما يمنع فلوريد الهيدروجين من دخول الغلاف الجوي. وعلى نحو مماثل، تتحد أي غازات هاليد الهيدروجين المتبقية مع الكالسيوم لتكوين هاليد الكالسيوم، في حين تتم معالجة ثاني أكسيد الكربون والماء بواسطة جهاز حماية البيئة لإنتاج الأسمنت، مما يضمن استيفائهما لمعايير الانبعاثات.
“شكراً لقراءتكم. أتمنى أن يكون مقالي مفيداً. يُرجى ترك تعليق أدناه. كما يمكنكم التواصل مع ممثل خدمة عملاء زيلدا عبر الإنترنت لأي استفسارات أخرى.
— نشر بواسطة إميلي تشين
“"“
