As baterias de lítio descartadas contêm uma quantidade significativa de recursos não renováveis de metais pesados com alto valor econômico. O material do eletrodo positivo de baterias de lítio é pó de óxido de lítio-cobalto. O negativo eletrodo material é pó de grafite. Ambos os eletrodos contêm quantidades substanciais de metais como cobalto, níquel, manganês, cobre e alumínio.
A reciclagem e o processamento eficazes de baterias de lítio descartadas ou inadequadas não só aliviam a pressão ambiental, como também evitam o desperdício de metais pesados valiosos, como cobalto, níquel e manganês. Consequentemente, países em todo o mundo atribuem grande importância à reciclagem de baterias de lítio usadas, devido à limitação de recursos e à necessidade de governança ambiental.
1. Reciclagem a seco e reciclagem úmida
1. Análise Comparativa: Tecnologias de Reciclagem a Úmido vs. a Seco
No processo de reciclagem e tratamento de baterias de lítio usadas, duas tecnologias principais são utilizadas: reciclagem a seco e reciclagem úmida.
- Tecnologia de reciclagem úmida: Essa abordagem envolve um processo longo, requer um investimento inicial significativo e demanda diversos equipamentos. Além disso, não permite a reciclagem de alumínio metálico e não trata eficazmente os aglutinantes de PVDF (fluoreto de polivinilideno) presentes nas baterias de lítio.
- Tecnologia de reciclagem a seco: Este método divide-se principalmente em processos a seco de alta temperatura (~800 °C) e de baixa temperatura (~400 °C). Apresenta um percurso de processo mais curto e requer menos equipamentos. Embora seja eficaz no tratamento do PVDF, sofre com o elevado consumo de energia e a necessidade de calor substancial. Além disso, o processo de tratamento a seco produz inevitavelmente gás fluoreto de hidrogênio (HF) ácido ou outros gases haletos de hidrogênio, juntamente com gases residuais de craqueamento orgânico. Essas emissões devem ser tratadas separadamente para evitar impactos ambientais significativos, o que exige um grande investimento em instalações especializadas de proteção ambiental.
2. Composição do Sistema: O Papel Central da Separação de Ar
Os equipamentos padrão de reciclagem e processamento de baterias de lítio normalmente integram três módulos principais:
- Uma linha de desmontagem (para reaproveitamento/segunda vida útil de baterias).
- Linha de separação de ar para moagem e britagem (O núcleo tecnológico principal).
- Uma linha de produção de extração (e reextração).
A linha de separação por ar, trituração e moagem serve como o núcleo essencial de todo o ecossistema de reciclagem e processamento de baterias de lítio.
3. Gargalos na Indústria: Riscos à Segurança e Altos Custos Operacionais
Apesar dos avanços tecnológicos, muitos fabricantes tradicionais ainda dependem de um processo legado. Esse fluxo de trabalho envolve uma sequência de: Trituração → Britagem secundária → Moagem → Separação por ar (utilizando fornos externos de alta e média temperatura).
A principal falha nesse processo generalizado é a sua incapacidade de lidar com os riscos de inflamabilidade e explosão associados ao manuseio de baterias de lítio usadas, carregadas e em funcionamento, na origem. Consequentemente, o gerenciamento desses riscos de segurança eleva os custos de processamento, aproximando-os de um valor insustentável de 3.000 yuans por tonelada.
4. Avanço Técnico: Pirólise a Vácuo e Redução de Custos sem Gás
Para eliminar esses problemas do setor, introduzimos tecnologia estrangeira avançada e implementamos reformas tecnológicas rigorosas, alcançando dois grandes avanços:
- Eliminação dos riscos de incêndio e explosão: O mecanismo de alimentação do nosso forno de pirólise de alta temperatura, fabricado internamente, foi projetado com regulação de velocidade por frequência variável. Esse projeto cria uma esteira de vácuo contínua em alta temperatura, neutralizando eficazmente os riscos de incêndio e explosão tradicionalmente causados por trituradores mecânicos.
- Redução significativa nas despesas operacionais (OpEx): Essa inovação reduz drasticamente a produção de equipamentos e manutenção custos. Além disso, devido a esse ambiente de vácuo exclusivo, a linha de produção não requer nitrogênio caro ou outros gases isolantes de oxigênio, reduzindo drasticamente as despesas operacionais diárias e maximizando a lucratividade.
2. Sistema de reciclagem e processamento de baterias de lítio residuais
1. Sequência de Processamento Central
Este sistema inclui equipamentos para reciclagem e processamento de baterias de lítio usadas, bem como equipamentos para tratamento de gases residuais.
A linha de processamento principal consiste em três estágios primários conectados em sequência:
- Dispositivo de pré-processamento e trituração para reciclagem de baterias de lítio.
- Um dispositivo de pirólise.
- Um dispositivo de pós-processamento (que inclui equipamentos secundários de britagem, moagem e separação por ar).
2. Subcomponentes do dispositivo de pirólise
O dispositivo de pirólise integra diversos componentes críticos. Eles são conectados sequencialmente na seguinte ordem:
- Um forno de pirólise.
- Um dispositivo de controle de volume de ar com frequência variável.
- Um dispositivo de pré-processamento de produção.
- Integração de um forno rotativo a seco.
- Um dispositivo de pós-processamento.
3. Conexões entre gases de escape e o meio ambiente
O sistema de distribuição de gás é meticulosamente interligado para controlar as emissões:
- A porta de exaustão do forno rotativo a seco está conectada tridimensionalmente à porta de descarga do dispositivo de trituração de pré-processamento. Também está ligada ao dispositivo de proteção ambiental da produção.
- A saída de gases residuais do forno de pirólise está diretamente conectada ao dispositivo de proteção ambiental.
4. Recuperação de calor e controle de fluxo
Para solucionar o problema do alto consumo de energia no processo de reciclagem a seco de baterias de lítio usadas, o conjunto completo de equipamentos inclui um trocador de calor externo. Este trocador de calor é instalado na parte externa do forno de pirólise.
Sua rede de conexão e controle está configurada da seguinte forma:
- A entrada de ar do trocador de calor externo se conecta à porta de descarga de gases de combustão de alta temperatura do dispositivo de proteção ambiental.
- O tubo de ligação entre a saída de gases residuais do craqueamento do forno de pirólise e o forno rotativo de processo a seco está equipado com uma manga isolante.
- Um dos tubos de ramificação conecta-se à entrada de ar do trocador de calor externo.
- Um dispositivo regulador de fluxo é instalado na porta de descarga de gases de combustão de alta temperatura para controlar o volume.
5. Circuito de economia de energia
O sistema utiliza um processo de recuperação térmica em circuito fechado. O gás residual gerado pelo forno rotativo de processo a seco entra primeiro no dispositivo de proteção ambiental.
A partir daí, o gás passa pela porta de descarga de gases de combustão de alta temperatura e entra no trocador de calor externo do dispositivo de pirólise. Esse gás reciclado serve como principal fonte de calor para o forno de pirólise, reduzindo significativamente os custos de energia.
3. Dispositivo regulador de fluxo Objetivo
O dispositivo regulador de fluxo na porta de descarga de gás de combustão de alta temperatura é projetado para controlar o volume de gás de combustão de alta temperatura que entra no tubo de derivação. Ao ajustar o volume de ar por meio deste dispositivo, a temperatura do gás de combustão que entra na entrada de ar do trocador de calor externo pode ser mantida dentro da faixa de 400 °C a 1000 °C.
Idealmente, essa temperatura deve ser controlada entre 500 °C e 650 °C. Isso cria uma zona de vácuo, garantindo que o triturador e o forno de pirólise operem em um ambiente livre de oxigênio, abordando efetivamente a prevenção de incêndio e explosão na reciclagem de baterias de lítio da fonte.
Após serem trituradas, as baterias de lítio residuais são alimentadas no forno de pirólise, onde os materiais orgânicos dentro das baterias sofrem pirólise. Durante esse processo, o ligante PVDF, o hexafluorofosfato de lítio e os solventes orgânicos presentes nas baterias de lítio residuais se decompõem devido ao calor, gerando gás residual de craqueamento. Esse gás residual de craqueamento é então queimado, resultando na produção de dióxido de carbono, água, HF e outros gases.
O óxido de cálcio nanométrico no dispositivo de tratamento de gás residual é altamente ativo em temperaturas operacionais. Ele reage rapidamente com HF para formar fluoreto de cálcio, impedindo que HF entre na atmosfera. Da mesma forma, quaisquer gases de haleto de hidrogênio restantes combinam-se com cálcio para formar haleto de cálcio, enquanto o dióxido de carbono e a água são tratados pelo dispositivo de proteção ambiental da produção de cimento, garantindo que atendam aos padrões de emissão.
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— Publicado por Emily Chen
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