läs om bortskaffande och hur giftigt material kan fortsätta att användas i batterier om återvinns.

bly-och kadmiumbaserade batterier utgör de största miljöproblemen, så mycket att nickelkadmium förbjöds i Europa 2009. Försök görs att också förbjuda det blybaserade batteriet, men ingen lämplig ersättning är tillgänglig som var fallet genom att ersätta nickel-kadmium med nickel-metallhydrid. För första gången har litiumjon lagts till i listan över föroreningar. Denna kemi klassificerades som endast mildt giftig, men deras stora volym kräver hårdare granskning.

Blysyra banade väg för framgången med återvinning, och idag återvinns mer än 97 procent av dessa batterier i USA. Bilindustrin bör ges kredit för att ha organiserat återvinning tidigt; dock kan affärsmässiga skäl snarare än miljöhänsyn ha varit drivkraften. Återvinningsprocessen är enkel och 70 procent av batteriets vikt är återanvändbar bly.

över 50 procent av blyförsörjningen kommer från återvunna batterier. Andra batterityper är inte lika ekonomiska att återvinna och returneras inte lika lätt som blysyra. Flera organisationer arbetar med program för att göra samlingen av alla batterier bekväm. Endast 20 till 40 procent av batterierna i mobiltelefoner och andra konsumentprodukter återvinns för närvarande. Målet med återvinning är att förhindra att farliga material kommer in i deponier och att använda de hämtade materialen vid tillverkning av nya produkter.

förbrukade batterier ska tas bort från hushållet. Gamla primära celler är kända för att läcka och orsaka skador på omgivningen. Förvara inte gamla blybatterier där barn leker. Att bara röra vid ledstolparna kan vara skadligt. Håll också knappceller dolda för små barn eftersom de kan svälja dessa batterier. (Se bu-703: hälsoproblem med batterier)

även om miljövänliga blybatterier fortsätter att hålla en stark marknadsnisch, särskilt som startbatteri. Hjulmobilitet och UPS-system kunde inte fungera lika ekonomiskt om det inte var för detta pålitliga batteri. NiCd fortsätter också att hålla en kritisk position bland uppladdningsbara batterier när stora översvämmade NiCd startar jetflygplan och driver sightseeingbåtar i floder i större städer. Även om föroreningsfria är dessa batterier i nedgång.

batterier med giftiga ämnen kommer att fortsätta att vara med oss och det är inget fel att använda dem så länge de kasseras på rätt sätt. Varje batterikemi har sin egen återvinningsprocedur och processen börjar med att sortera batterierna i rätt kategorier.

Blysyra: Återvinning av blysyra började med introduktionen av startbatteriet 1912. Processen är enkel och kostnadseffektiv eftersom bly är lätt att extrahera och kan återanvändas flera gånger. Detta ledde till många lönsamma företag och återvinning av andra batterier.

 Blysyra är de mest återvunna batterierna. Återvinning är lönsamt
Figur 1: Blysyra är de mest återvunna batterierna. Återvinning är lönsamt

i slutet av 2013 började smältverken rapportera att ett ökat antal Li-ion-batterier blandades in med blysyra, särskilt i startbatterier. Detta kan orsaka bränder, vilket leder till explosion och personskador. Det fysiska utseendet hos blysyra och Li-ion-förpackningar är likartade och sortering vid hög volym utgör en utmaning. För konsumenter är ett batteri ett batteri och folk lockas att återvinna alla batterier, bry dig inte om kemin. Eftersom mer blysyra ersätts med Li-ion kommer problemet bara att eskalera. Från 2010-2013 har det skett en 10-faldig ökning av rapporterade incidenter av infiltration av Li-ion med blysyra.

Observera att Li-ion är mer flyktig när den avlägsnas än blysyra. Presortering görs av säkerhetsskäl och inte för att separera farligt material. Blysyra är godartad men giftig, Li-ion är icke-malign men explosiv.

Society of Automotive Engineers (SAE) och International Electrotechnical Commission (IEC) initierar åtgärder genom ökad medvetenhet, medarbetarutbildning, batteriidentifiering och märkning. Röntgenteknik för att separera batterier undersöks och ” vem bär ansvaret?”frågas. Batteritillverkare lägger ansvaret på återvinningsföretagen som i sin tur hävdar att en produkts börda och hållbarhet måste bäras av tillverkaren. Domstolarna kan bli skiljemän.

Nickel-Kadmium: när NiCd-batterier kasseras slarvigt korroderar metallcellcylindern så småningom i deponiet. Kadmium löses upp och sipprar in i vattenförsörjningen. När föroreningen börjar, myndigheterna är hjälplösa att stoppa blodbadet. Våra hav visar redan spår av kadmium (tillsammans med aspirin, penicillin och antidepressiva medel) men forskare är inte säkra på dess ursprung.

Nickel-metallhydrid: Nickel och elektrolyten i NiMH är halvtoxiska. Om det inte finns någon bortskaffningstjänst i ett område kan enskilda NiMH-batterier kasseras med annat hushållsavfall i små mängder; men med 10 eller fler batterier bör användaren överväga att kassera dem på en säker deponi. Det bättre alternativet är att ta de förbrukade batterierna till en avfallsbehållare för återvinning.

Primärt Litium: Dessa batterier innehåller metalliskt litium som reagerar våldsamt vid kontakt med fukt och måste kasseras på lämpligt sätt. Om den kastas i en deponi i laddat tillstånd kan tung utrustning som arbetar ovanpå krossa fodralen och det exponerade litium kan antända en brand. Deponibränder är svåra att släcka och kan brinna i flera år under jord. Före återvinning, applicera en fullständig urladdning för att konsumera litiuminnehållet. Primära litiumbatterier (litiummetall) används i militär strid, liksom i klockor, sensorer, hörapparater och minnesbackup. En litiummetallvariant fungerar också som alkalisk ersättning i AAA -, AA-och 9V-format. Li-ion för mobiltelefoner och bärbara datorer innehåller inte metalliskt litium. (Se även bu-106: fördelar med primära batterier)

litiumjon: Li-ion är rimligt ofarligt men förbrukade förpackningar ska kasseras på rätt sätt. Detta görs mindre för att hämta värdefulla metaller, som är fallet med blysyra, än av miljöskäl, särskilt med den växande volymen som används i konsumentprodukter. Li-ion innehåller skadliga element som ligger på toxicitetsnivån för elektroniska enheter.

med den ökande användningen av Li-ion ger Europeiska kommissionens rapport ”mot framtidens batteri” varningar på grund av det stora antalet batterier som kommer att uppfylla livslängden. I Europa kan Li-ion inte deponeras på grund av toxicitet och explosionsrisk, och de kan inte heller förbrännas eftersom askan också är giftig i deponi. Av oro är kobolt och medel som binder elektrodmaterial tillsammans.

rapporten märker inte längre blysyra som det mest giftiga batteriet. Blysyra är det enda batteriet som kan återvinnas lönsamt. Med nästan 100% av blysyra återvinns, skiftar fokus till Li-ion på grund av växande volym och värde av återvinningsbara material.

enligt EN ATZ-rapport (2018) innehåller 33kwh Li-ion-dragbatteriet i BMW i3 elfordon 2 kg (4,4 lb) kobolt, 6 kg (13 lb) litium, 12 kg (26 lb) mangan, 12 kg (26 lb) nickel och 35 kg (77 lb) grafit. Inte alla hämtade material kan nå batterikvalitet när de återvinns, men de erhållna resurserna kan användas för mindre krävande ändamål. Litium används också som smörjmedel.

framsteg görs och Duesenfeld GmbH demonstrerar en innovativ metod som använder 70% mindre energi för att återvinna litiumjonbatterier som med traditionella smältugnar. Figur 2 illustrerar återvinningsanläggningen för elbilsbatterier i Tyskland.

återvinningsanläggning för elektriska fordonsbatterier i Tyskland
Figur 2: Återvinningsanläggning för elbilsbatterier i Tyskland

återvinningsprocessen för Li-ion-batterier börjar normalt med deaktivering med full urladdning för att ta bort den lagrade energin och förhindra en överraskande termisk händelse. Elektrolyten kan också frysas för att förhindra elektrokemiska reaktioner under krossningsprocessen. Duesenfeld patenterade en process som avdunstar och återvinner elektrolytens organiska lösningsmedel i vakuum genom kondensation. Denna process sägs inte producera giftiga avgaser. I Figur 3 demonterar tekniker EV-batterier för återvinning.

återvinning av ett litiumjonbatteri i en behållare
Figur 3: återvinning av ett litiumjonbatteri i en behållare

följande steg är indelade i mekaniska, pyrometallurgiska och hydrometallurgiska behandlingar. Mekanisk innebär krossning av battericellerna; pyrometallurgiska extraherar metallerna genom termisk behandling; och hydrometallurgi involverar vattenhaltiga processer.

när demonteras, sortering separerar kopparfolie, aluminiumfolie, separator och beläggningsmaterial. Nickel, kobolt och koppar kan återvinnas från gjutet, men litium och aluminium förblir i slaggen. En hydrometallurgisk process är nödvändig för att återvinna litium. Detta inkluderar utlakning, extraktion, kristallisering och Utfällning från en flytande lösning. Hydrometallurgisk behandling används för att återvinna rena metaller, t.ex. litium, som utvinns från separerade beläggningsmaterial efter mekaniska processer eller från slagg i pyrometallurgiska processer.

Umicore i Belgien använder en ugn för att smälta batterierna direkt för att återvinna 95% kobolt, nickel och koppar. Efter ugnen använder Umicore en speciell gastvättprocess för att rengöra de giftiga förbränningsprodukterna från fluorinnehållande avgaser.

för att minska risken för brandincidenter under återvinningsprocessen förbränner mindre återvinningsföretag litiumjonbatterier externt i specialavfallsbehandlingsanläggningar innan de gör mekanisk separation.

Duesenfeld i Tyskland laddar ur batterierna, krossar dem i inert atmosfär, avdunstar och kondenserar elektrolytens organiska lösningsmedel och separerar elektrodbeläggningsmaterialet från resten. Metallerna lakas sedan ut från de tidigare aktiva materialen. Grafiten filtreras och återvinns, varefter litiumkarbonat, nickelsulfat, koboltsulfat och mangansulfat produceras. Denna återvinningsprocess ger mer metaller än med Umicore thermal method. CO2-fotavtrycket reduceras också samtidigt som man sparar energi och sänker bildandet av farliga gaser.

återvunnen grafit från litiumjonbatterier
Figur 4: Återvunnen grafit från litiumjonbatterier
återvunnet litiumkarbonat från litiumjonbatterier
Figur 5: återvunnet litiumkarbonat från litiumjonbatterier
  • 1-minut YouTube: miljövänlig återvinning av litiumjonbatterier med Duesenfeld
  • 4-minuters YouTube: miljövänlig metod för återvinning av EV-batterier

alkalisk: efter att ha sänkt kvicksilverinnehållet i Alkaliska batterier 1996 tillåter många territorier nu att kassera dessa batterier som vanligt hushållsavfall; Kalifornien anser dock att alla batterier är farligt avfall. I Europa betraktas blysyra, NiCd, kvicksilverinnehållande batterier, osorterade samlingar av flera batterityper och batterielektrolyter som farligt avfall. Alla andra kan passera som icke-farliga. De flesta butiker som säljer batterier måste också ta tillbaka förbrukade batterier. Alkaliska batterier innehåller återanvändbara material av zink och mangan men hämtningsprocessen är en skuld. Ansträngningar görs för att öka återvinningen av alkaliska celler från de låga 4 procenten 2015 till 40 procent 2025.

i Nordamerika samlar Retriev Technologies, tidigare Toxco, och Rechargeable Battery Recycling Corporation (RBRC) förbrukade batterier och återvinner dem. Medan Retriev har egna återvinningsanläggningar ansvarar RBRC för att samla in batterier och skicka dem till återvinningsorganisationer. Retriev i Trail, British Columbia, påstår sig vara det enda företaget i världen som återvinner stora litiumbatterier. De får förbrukade batterier från oljeborrning i Nigeria, Indonesien och andra platser. De återvinner också pensionerade litiumbatterier från Minuteman missile silos och massor av Li-ion från krigsinsatser. Andra divisioner på Retriev återvinner nickel-kadmium, nickel-metall-hydrid, bly, kvicksilver, alkaliskt och mer.

Europa och Asien är också aktiva inom återvinning av förbrukade batterier. Bland andra återvinningsföretag har Sony och Sumitomo Metal i Japan och Umicore i Belgien utvecklat teknik för att hämta kobolt och andra ädelmetaller från förbrukade litiumjonbatterier. (Se BU-705a: Batteriåtervinning som företag)

Umicore använder en ultrahög temperatur (UHT) processer för att återvinna Li-ion och NiMH-batterier. Förbrukade förpackningar demonteras och smälts i en UHT-ugn. Derbierna separeras i metalllegering innehållande koppar, kobolt och nickel och slagg, ett stenigt avfall som innehåller sällsynta jordartsmetaller. Slagg kan bearbetas ytterligare för att återvinna litium, men att producera litiumbatteri är ännu inte ekonomiskt och slaggen används för konstruktion. Metoder utvecklas för att extrahera litium för upparbetning till litiumkarbonat för Li-jonproduktion. Med en förväntad 10-faldig tillväxt i användningen av Li-ion-batterier mellan 2020 och 2030 kan återanvändning av litium bli ekonomiskt så att metallerna hamnar i batteriproduktion igen ungefär som bly för blybatterier.

återvinningsprocess

återvinning börjar med att sortera batterier i kemikalier. Samlingscentra placerar blysyra, nickelkadmium, nickel-metallhydrid och litiumjon i utsedda trummor, säckar eller lådor. Batteriåtervinare hävdar att återvinning kan göras lönsam om en stadig ström av batterier, sorterade efter kemi, görs tillgänglig.

återvinningsprocessen börjar med att ta bort det brännbara materialet, såsom plast och isolering, med en gaseldad termisk oxidator. Förorenande partiklar som skapas av förbränningsprocessen elimineras av växtens skrubber innan de släpps ut i atmosfären. Detta lämnar de rena och nakna cellerna med metallinnehåll.

cellerna hakas sedan i små bitar och upphettas tills metallen kondenserar. Icke-metalliska ämnen bränns av och lämnar en svart slagg på toppen som en slaggarm tar bort. Legeringarna löser sig efter vikt och skummas av som grädde från rå mjölk medan de fortfarande är i flytande form.

kadmium är relativt lätt och förångas vid höga temperaturer. I en process som verkar som en vattenpanna som kokar över, blåser en fläkt kadmiumångan i ett stort rör som kyls med vattendimma. Ångorna kondenserar för att producera kadmium som är 99,95 procent rent.

vissa återvinnare separerar inte metallerna på plats utan häller de flytande metallerna direkt i vad industrin kallar ”grisar” (65 pund, 24 kg) eller ”svin” (2000 pund, 746 kg). Andra batteriåtervinare använder nuggets (7 pund, 3,17 kg). Grisarna, grisarna och nuggets skickas till metallåtervinningsanläggningar där de används för att producera nickel, krom och järn för rostfritt stål och andra avancerade produkter.

för att minska risken för en reaktiv händelse under krossning använder vissa återvinnare en flytande lösning eller fryser litiumbaserade batterier med flytande kväve; blandning av Li-ion-startbatterier med den vanliga blysyretypen är dock fortfarande ett problem eftersom en laddad Li-ion är mycket mer explosiv än blysyra.

batteriåtervinning är energiintensiv. Rapporter visar att det tar 6 till 10 gånger mer energi att återvinna metaller från vissa Återvunna batterier än från gruvdrift. Undantaget är blybatteriet, från vilket bly kan extraheras enkelt och återanvändas utan detaljerade processer. I viss utsträckning kan nickel från NiMH också återvinnas ekonomiskt om det finns i stora mängder.

nya återvinningsmetoder utvecklas som hämtar metallerna genom elektrolys, även känd som kemisk återvinning. Processen sägs vara mer kostnadseffektiv och ger högre avkastning med mindre föroreningar än traditionell smältning. Ett sådant alternativ för att återvinna blybatterier har utvecklats av Aqua Metals. Denna teknik har potential att revolutionera traditionella smältmetoder. En elektrokemisk process separerar ledningen genom att bryta ner metaller i nanoskopiska storlekar partiklar som är dispergerade i vatten för att skapa en hydro-kollodial metall. Processen kallas AquaRefining. Tekniska problem försenar fullt genomförande vid denna tidpunkt.

varje land sätter sina egna regler och lägger till tariffer till inköpspriset för ett nytt batteri för att göra Återvinning möjlig. I Nordamerika fakturerar vissa återvinningsanläggningar efter vikt och priserna varierar beroende på kemi. Medan NiMH ger en ganska bra avkastning med nickel, är det förbrukade NiCd-batteriet mindre efterfrågan på grund av mjuka kadmiumpriser. På grund av dåligt metallåtervinningsvärde ger Li-ion en högre återvinningsavgift än de flesta andra batterityper.

återvinning av Li-ion-batterier är ännu inte lönsamt måste subventioneras av regeringen. Det finns ett incitament att återvinna kostsam kobolt. Det finns ingen Återvinningsteknik idag som kan producera tillräckligt rent litium för en andra användning i batterier. Litium för batterier bryts; second hand litium används för smörjmedel, glas, keramik och andra applikationer.

den platta kostnaden för att återvinna ett ton batterier är $1,000 till $2,000; Europa hoppas kunna uppnå en kostnad per ton på $300. Helst skulle detta inkludera transport, men att flytta och hantera varorna förväntas fördubbla den totala kostnaden. För att förenkla transporterna etablerar Europa flera mindre bearbetningsanläggningar på strategiska geografiska platser. Detta beror delvis på Baselkonventionen som förbjuder export av kompletta men förbrukade blybatterier. När volymen av kasserade batterier ökar försöker ny teknik att göra återvinning lönsam utan stöd från byråer och regeringar.

varning batterier får under inga omständigheter förbrännas, eftersom brand kan orsaka explosion. Använd godkända handskar vid beröring av elektrolyten. Vid exponering för hud, spola omedelbart med vatten. Om ögonexponering inträffar, spola med vatten i 15 minuter och kontakta omedelbart en läkare.

Articles

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.