Новым способом, предложенном учеными Курчатовского института, можно более экологично переработать аккумуляторные батареи для разных устройств: от смартфонов до электротранспорта.
Сегодня литий-ионные аккумуляторы применяются повсюду: в бытовой технике, фото- и видеоаппаратуре, в электротранспорте. Переработка — часть их жизненного цикла, позволяющего использовать материалы повторно, но она сопряжена с нагрузкой на окружающую среду: соединения кобальта, лития, марганца, никеля, цветных и тяжелых металлов в процессе выделяют токсичные вещества.
Рециклинг комплексных химических источников тока (КХИТ), в частности литий-ионных аккумуляторов, — сложный процесс, включающий в себя несколько стадий: разрядка, измельчение, выщелачивание, сжигание и так далее. На каждой из них образуются отходы побочных продуктов, из которых с помощью специальных технологий тоже извлекают ценные элементы.
В НИЦ «Курчатовский институт» разработали новую комплексную технологию переработки литий-ионных аккумуляторов. Ученые предложили ввести в процесс рециклинга две дополнительные стадии.
На дополнительной стадии помола, осуществляемой в шаровой мельнице или дезинтеграторе, происходит механоактивация частиц с увеличением их удельной поверхности и пористости. Это интенсифицирует массообменные процессы, что повышает выход соединений кобальта, никеля, лития и других элементов. Также ученые предложили стадию гранулирования побочных продуктов, образующихся в ходе переработки.
«После разрядки аккумуляторов образуется осадок — гидроксид железа. На стадии выщелачивания остается непрореагировавший продукт — графит. Эти побочные продукты в нашей технологии можно перевести в гранулированное состояние, — поясняет Василий Ретивов, заместитель директора Курчатовского института по химическим исследованиям и технологиям. — Гранулы проще и дешевле утилизировать, чем, например, порошки. Поэтому гранулирование обеспечивает и большую экологическую безопасность разработанной технологии, и удобство дальнейшей переработки образующихся побочных продуктов».
Ученые испытали два метода гранулирования порошкообразных продуктов переработки КХИТ. Первый — прессование в закрытой матрице. Он позволяет перевести порошкообразные отходы в «таблетки» в лабораторных условиях и подходит для небольших производств.
А для работы с большим объемом отходов ученые отдают предпочтение более производительному методу прокатки на роторном грануляторе с плоской матрицей. В результате получаются гранулы цилиндрической формы. Производительность роторных грануляторов достигает до 500 килограммов в час по готовому продукту.
Как подчеркнул Дмитрий Макаренков, первый заместитель руководителя Курчатовского комплекса химических исследований, новая комплексная технология позволяет перерабатывать различные типы литий-ионных аккумуляторов без серьезной перенастройки технологического оборудования. Технология универсальна для источников тока как от бытовых приборов, так от электротранспорта, вплоть до электробусов. Результаты исследования опубликованы в журнале «Металлург».