Las baterías de litio desechadas contienen una cantidad significativa de recursos de metales pesados no renovables con alto valor económico. El material del electrodo positivo de Baterías de litio es polvo de óxido de cobalto y litio. El negativo electrodo El material es polvo de grafito. Ambos electrodos contienen cantidades importantes de metales como cobalto, níquel, manganeso, cobre y aluminio.
El reciclaje y procesamiento eficaz de baterías de litio desechadas o no aptas no solo alivia la presión ambiental, sino que también previene el desperdicio de metales pesados valiosos como el cobalto, el níquel y el manganeso. Por consiguiente, países de todo el mundo otorgan gran importancia al reciclaje de baterías de litio usadas, debido a la limitación de recursos y a la necesidad de una gestión ambiental responsable.
1. Reciclaje en seco y reciclaje en húmedo
1. Análisis comparativo: Tecnologías de reciclaje en húmedo frente a tecnologías de reciclaje en seco
En el proceso de reciclaje y tratamiento de baterías de litio usadas, se utilizan dos tecnologías principales: reciclaje seco y reciclaje húmedo.
- Tecnología de reciclaje en húmedo: Este método implica un proceso largo, requiere una inversión inicial considerable y exige numerosos equipos. Además, no permite reciclar el aluminio ni tratar eficazmente los aglutinantes de PVDF (fluoruro de polivinilideno) presentes en las baterías de litio.
- Tecnología de reciclaje en seco: Este método se divide principalmente en procesos en seco a alta temperatura (~800 °C) y a baja temperatura (~400 °C). Se caracteriza por una ruta de proceso más corta y menores requisitos de equipo. Si bien puede tratar eficazmente el PVDF, presenta un alto consumo de energía y requiere una cantidad considerable de calor. Además, el proceso de tratamiento en seco genera inevitablemente fluoruro de hidrógeno (HF) ácido u otros gases de haluros de hidrógeno, junto con los gases residuales del craqueo orgánico. Estas emisiones deben tratarse por separado para evitar un impacto ambiental significativo, lo que exige una gran inversión en instalaciones especializadas de protección ambiental.
2. Composición del sistema: El papel central de la separación de aire
Los equipos estándar de reciclaje y procesamiento de baterías de litio suelen integrar tres módulos principales:
- Una línea de desmontaje (para la reutilización/segunda vida útil de las baterías).
- Una línea de separación de aire para molienda y trituración (el núcleo tecnológico principal).
- Una línea de producción de extracción (y reextracción).
La línea de separación por aire para molienda y trituración constituye el núcleo fundamental de todo el ecosistema de reciclaje y procesamiento de baterías de litio.
3. Cuellos de botella en la industria: Riesgos de seguridad y altos costos operativos
A pesar de los avances tecnológicos, muchos fabricantes tradicionales aún dependen de un proceso obsoleto. Este flujo de trabajo implica una secuencia de: Trituración → Trituración secundaria → Molienda → Separación por aire (utilizando hornos externos de alta y media temperatura).
El principal defecto de este proceso generalizado radica en que no aborda los riesgos de inflamabilidad y explosión asociados al manejo de baterías de litio usadas, cargadas y en funcionamiento, en origen. En consecuencia, la gestión de estos riesgos de seguridad eleva los costos de procesamiento, acercándolos a un precio insostenible de 3000 yuanes por tonelada.
4. Avance técnico: Pirólisis al vacío y reducción de costes sin gases.
Para eliminar estos puntos débiles de la industria, hemos introducido tecnología extranjera avanzada e implementado rigurosas reformas tecnológicas, logrando dos avances importantes:
- Eliminación de riesgos de incendio y explosión: El mecanismo de alimentación de nuestro horno de pirólisis de alta temperatura, de fabricación propia, está diseñado con regulación de velocidad de frecuencia variable. Este diseño crea una cinta de vacío continua a alta temperatura, neutralizando eficazmente los riesgos de incendio y explosión que tradicionalmente provocan las trituradoras mecánicas.
- Reducción significativa de los gastos operativos (OpEx): Esta innovación reduce drásticamente la producción de equipos y mantenimiento costos. Además, debido a este entorno de vacío único, la línea de producción no requiere nitrógeno costoso ni otros gases aislantes de oxígeno, lo que reduce drásticamente los gastos operativos diarios y maximiza la rentabilidad.
2. Sistema de reciclaje y procesamiento de baterías de litio usadas
1. Secuencia de procesamiento central
Este sistema incluye equipos para el reciclaje y procesamiento de baterías de litio usadas, así como equipos para el tratamiento de gases residuales.
La línea de procesamiento principal consta de tres etapas primarias conectadas en secuencia:
- Dispositivo triturador para el preprocesamiento y reciclaje de baterías de litio.
- Un dispositivo de pirólisis.
- Un dispositivo de postprocesamiento (que incluye equipos de trituración secundaria, molienda y separación de aire).
2. Subcomponentes del dispositivo de pirólisis
El dispositivo de pirólisis integra varios componentes críticos. Estos se conectan secuencialmente en el siguiente orden:
- Un horno de pirólisis.
- Un dispositivo de control de volumen de aire de frecuencia variable.
- Un dispositivo de preprocesamiento de producción.
- Integración de un horno rotatorio en seco.
- Un dispositivo de postprocesamiento.
3. Escape y conexiones medioambientales
El sistema de distribución de gas está meticulosamente interconectado para gestionar las emisiones:
- El puerto de escape del horno rotatorio en seco está conectado tridimensionalmente al puerto de descarga del dispositivo de trituración de preprocesamiento. También está conectado al dispositivo de protección ambiental de producción.
- La salida de gases residuales del horno de pirólisis está conectada directamente al dispositivo de protección ambiental.
4. Recuperación de calor y control de flujo
Para abordar el problema del alto consumo de energía en el reciclaje en seco de baterías de litio usadas, el conjunto completo de equipos incluye un intercambiador de calor externo. Este intercambiador de calor está instalado en el exterior del horno de pirólisis.
Su red de conexión y control está configurada de la siguiente manera:
- La entrada de aire del intercambiador de calor externo se conecta al puerto de descarga de gases de combustión de alta temperatura del dispositivo de protección ambiental.
- La tubería de conexión entre la salida de gases residuales de craqueo del horno de pirólisis y el horno rotatorio de proceso en seco está equipada con una funda aislante.
- Una de las tuberías de derivación se conecta a la entrada de aire del intercambiador de calor externo.
- En el puerto de descarga de gases de combustión de alta temperatura se instala un dispositivo regulador de caudal para controlar el volumen.
5. Circuito de ahorro de energía
El sistema utiliza un proceso de recuperación térmica de circuito cerrado. El gas residual generado por el horno rotatorio de proceso en seco entra primero en el dispositivo de protección ambiental.
Desde allí, el gas pasa a través del puerto de descarga de gases de combustión a alta temperatura y entra en el intercambiador de calor externo del dispositivo de pirólisis. Este gas reciclado sirve como fuente de calor principal para el horno de pirólisis, lo que reduce significativamente los costos de energía.
3. Propósito del dispositivo regulador de flujo
El dispositivo regulador de caudal en el puerto de descarga de gases de combustión de alta temperatura está diseñado para controlar el volumen de gases de combustión de alta temperatura que ingresan a la tubería de derivación. Al ajustar el volumen de aire a través de este dispositivo, la temperatura de los gases de combustión que ingresan a la entrada de aire del intercambiador de calor externo se puede mantener dentro del rango de 400 °C a 1000 °C.
Lo ideal es que esta temperatura se controle entre 500 °C y 650 °C. Esto crea una zona de vacío, lo que garantiza que la trituradora y el horno de pirólisis funcionen en un entorno libre de oxígeno, abordando de manera eficaz la prevención de incendios y explosiones en el reciclaje de baterías de litio desde la fuente.
Después de ser trituradas, las baterías de litio usadas se introducen en el horno de pirólisis, donde los materiales orgánicos que contienen se someten a pirólisis. Durante este proceso, el aglutinante PVDF, el hexafluorofosfato de litio y los disolventes orgánicos presentes en las baterías de litio usadas se descomponen debido al calor, generando gas residual de craqueo. Este gas residual de craqueo se quema, lo que da como resultado la producción de dióxido de carbono, agua, HF y otros gases.
El óxido de calcio de tamaño nanométrico del dispositivo de tratamiento de gases residuales es muy activo a temperaturas de funcionamiento. Reacciona rápidamente con el HF para formar fluoruro de calcio, lo que evita que el HF entre en la atmósfera. De manera similar, los gases de haluro de hidrógeno restantes se combinan con el calcio para formar haluro de calcio, mientras que el dióxido de carbono y el agua son tratados por el dispositivo de protección ambiental de la producción de cemento, lo que garantiza que cumplan con los estándares de emisiones.
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— Publicado por Emily Chen
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