Les batteries au lithium usagées contiennent une quantité importante de ressources en métaux lourds non renouvelables à forte valeur économique. Le matériau de l'électrode positive de piles au lithium Il s'agit de poudre d'oxyde de lithium-cobalt. Le négatif électrode Le matériau utilisé est de la poudre de graphite. Les deux électrodes contiennent des quantités importantes de métaux tels que le cobalt, le nickel, le manganèse, le cuivre et l'aluminium.
Le recyclage et le traitement efficaces des piles au lithium usagées ou non conformes permettent non seulement d'alléger la pression environnementale, mais aussi d'éviter le gaspillage de métaux lourds précieux comme le cobalt, le nickel et le manganèse. C'est pourquoi, partout dans le monde, les pays accordent une grande importance au recyclage des piles au lithium usagées, compte tenu de la rareté des ressources et des impératifs de gouvernance environnementale.
1. Recyclage à sec et recyclage humide
1. Analyse comparative : technologies de recyclage par voie humide et par voie sèche
Dans le processus de recyclage et de traitement des batteries au lithium usagées, deux technologies principales sont utilisées : le recyclage à sec et le recyclage humide.
- Technologie de recyclage par voie humide : Cette approche implique un long processus, un investissement initial important et de nombreux équipements. De plus, elle ne permet pas de recycler l'aluminium et ne peut traiter efficacement les liants PVDF (fluorure de polyvinylidène) présents dans les batteries au lithium.
- Technologie de recyclage à sec : Cette méthode se divise principalement en procédés à sec à haute température (environ 800 °C) et à basse température (environ 400 °C). Elle présente l'avantage d'un circuit de traitement plus court et nécessite moins d'équipements. Bien qu'elle permette un traitement efficace du PVDF, elle souffre d'une forte consommation d'énergie et requiert un apport de chaleur important. De plus, le traitement à sec produit inévitablement du fluorure d'hydrogène (HF) acide ou d'autres halogénures d'hydrogène, ainsi que des gaz résiduaires issus du craquage organique. Ces émissions doivent être traitées séparément afin de limiter l'impact environnemental, ce qui implique un investissement conséquent dans des installations de protection de l'environnement spécialisées.
2. Composition du système : le rôle central de la séparation de l'air
Les équipements standard de recyclage et de traitement des batteries au lithium intègrent généralement trois modules principaux :
- Une chaîne de démontage (pour le réemploi/la seconde vie des batteries).
- Une ligne de séparation d'air par broyage et concassage (le centre technologique central).
- Une ligne de production d'extraction (et de réextraction).
La ligne de séparation par broyage et concassage de l'air constitue le cœur même de l'écosystème complet de recyclage et de traitement des batteries au lithium.
3. Points de blocage de l'industrie : risques pour la sécurité et coûts d'exploitation élevés
Malgré les progrès technologiques, de nombreux fabricants traditionnels s'appuient encore sur un processus hérité. Ce processus comprend une séquence d'étapes : Déchiquetage → Broyage secondaire → Broyage → Séparation par air (à l'aide de fours externes à haute et moyenne température).
Le principal défaut de ce procédé répandu réside dans son incapacité à gérer les risques d'incendie et d'explosion liés à la manipulation à la source des batteries lithium usagées chargées et sous tension. Par conséquent, la gestion de ces risques pour la sécurité fait exploser les coûts de traitement, les portant à un niveau insoutenable de 3 000 yuans par tonne.
4. Percée technique : Pyrolyse sous vide et réduction des coûts sans gaz
Pour éliminer ces points faibles du secteur, nous avons introduit des technologies étrangères de pointe et mis en œuvre des réformes technologiques rigoureuses, réalisant ainsi deux avancées majeures :
- Élimination des risques d'incendie et d'explosion : Le système d'alimentation de notre four de pyrolyse haute température, de conception interne, est doté d'une régulation de vitesse à fréquence variable. Cette conception crée un tapis roulant sous vide à haute température continu, neutralisant ainsi efficacement les risques d'incendie et d'explosion traditionnellement associés aux broyeurs mécaniques.
- Réduction significative des dépenses opérationnelles (OpEx) : Cette innovation réduit considérablement la production d'équipements et entretien De plus, grâce à cet environnement sous vide unique, la chaîne de production ne nécessite pas d'azote coûteux ni d'autres gaz isolants d'oxygène, ce qui réduit considérablement les dépenses opérationnelles quotidiennes et maximise la rentabilité.
2. Système de recyclage et de traitement des batteries au lithium usagées
1. Séquence de traitement principale
Ce système comprend des équipements de recyclage et de traitement des batteries au lithium usagées, ainsi que des équipements de traitement des gaz résiduaires.
La chaîne de traitement principale se compose de trois étapes principales reliées entre elles :
- Dispositif de broyage et de prétraitement pour le recyclage des batteries au lithium.
- Un appareil de pyrolyse.
- Un dispositif de post-traitement (qui comprend des équipements de concassage secondaire, de broyage et de séparation de l'air).
2. Sous-composants du dispositif de pyrolyse
Le dispositif de pyrolyse intègre plusieurs composants essentiels. Ils sont connectés en série dans l'ordre suivant :
- Un four de pyrolyse.
- Dispositif de contrôle du débit d'air à fréquence variable.
- Un dispositif de prétraitement de production.
- Intégration d'un four rotatif à sec.
- Un appareil de post-traitement.
3. Échappement et connexions environnementales
Le réseau de distribution de gaz est méticuleusement organisé pour gérer les émissions :
- L'orifice d'échappement du four rotatif sec est relié en trois dimensions à l'orifice de décharge du dispositif de broyage de prétraitement. Il est également relié au dispositif de protection de l'environnement de production.
- La sortie des gaz résiduaires de craquage du four de pyrolyse est directement reliée au dispositif de protection de l'environnement.
4. Récupération de chaleur et régulation du débit
Pour pallier le problème de la forte consommation énergétique du recyclage à sec des batteries lithium usagées, l'équipement complet comprend un échangeur de chaleur externe. Cet échangeur est installé à l'extérieur du four de pyrolyse.
Son réseau de connexion et de contrôle est configuré comme suit :
- L'entrée d'air de l'échangeur de chaleur externe est reliée à l'orifice d'évacuation des gaz de combustion à haute température du dispositif de protection de l'environnement.
- Le tuyau de raccordement entre la sortie des gaz résiduaires de craquage du four de pyrolyse et le four rotatif à procédé sec est équipé d'un manchon isolant.
- L'un des tuyaux de dérivation se raccorde à l'entrée d'air de l'échangeur de chaleur externe.
- Un dispositif de régulation de débit est installé au niveau de l'orifice d'évacuation des gaz de combustion à haute température afin de gérer le volume.
5. Boucle d'économie d'énergie
Le système utilise un procédé de récupération thermique en circuit fermé. Les gaz résiduaires générés par le four rotatif à sec pénètrent d'abord dans le dispositif de protection de l'environnement.
De là, le gaz passe par l'orifice d'évacuation des fumées à haute température et pénètre dans l'échangeur de chaleur externe du dispositif de pyrolyse. Ce gaz recyclé sert de source de chaleur principale pour le four de pyrolyse, réduisant ainsi considérablement les coûts énergétiques.
3. Objectif du dispositif de régulation du débit
Le dispositif de régulation de débit au niveau de l'orifice d'évacuation des gaz de combustion à haute température est conçu pour contrôler le volume de gaz de combustion à haute température entrant dans le tuyau de dérivation. En réglant le volume d'air à travers ce dispositif, la température des gaz de combustion entrant dans l'entrée d'air de l'échangeur de chaleur externe peut être maintenue dans la plage de 400 °C à 1 000 °C.
Idéalement, cette température doit être contrôlée entre 500°C et 650°C. Cela crée une zone de vide, garantissant que le broyeur et le four de pyrolyse fonctionnent dans un environnement sans oxygène, ce qui permet de prévenir efficacement les incendies et les explosions dans le recyclage des batteries au lithium à la source.
Après avoir été broyées, les batteries au lithium usagées sont introduites dans le four de pyrolyse, où les matières organiques des batteries subissent une pyrolyse. Au cours de ce processus, le liant PVDF, l'hexafluorophosphate de lithium et les solvants organiques présents dans les batteries au lithium usagées se décomposent sous l'effet de la chaleur, générant des gaz résiduaires de craquage. Ces gaz résiduaires de craquage sont ensuite brûlés, ce qui entraîne la production de dioxyde de carbone, d'eau, de HF et d'autres gaz.
L'oxyde de calcium de taille nanométrique présent dans le dispositif de traitement des gaz résiduaires est très actif aux températures de fonctionnement. Il réagit rapidement avec le HF pour former du fluorure de calcium, empêchant le HF de pénétrer dans l'atmosphère. De même, tous les gaz halogénés d'hydrogène restants se combinent avec le calcium pour former un halogénure de calcium, tandis que le dioxyde de carbone et l'eau sont traités par le dispositif de protection de l'environnement de production de ciment, garantissant qu'ils respectent les normes d'émission.
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— Publié par Emily Chen
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