Hydrometalurgiczny recykling akumulatorów Ni-MH i Li-ion

• Autorzy: Becker K. , Chmielarz A. , Szołomicki Z. , Gotfryd L. , Piwowońska J. , Pietek G. , Pokora M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/67.2016.6.1

Warianty tytułu

EN

Hydrometallurgical recycling of spent Ni-MH and Li-ion betteries

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono opracowane procesy odzysku wartościowych składników z frakcji elektrodowych wydzielonych ze zużytych baterii Ni-MH i Li-ion w instalacji pilotowej uruchomionej w ZUO Gorzów Wielkopolski. Dla masy elektrodowej ze zużytych baterii Ni-MH, zawierającej: ~51% Ni, ~5,6% Co i ~14,4% sumy lantanowców (La + Ce + Pr + Nd), oraz inne zanieczyszczenia, zaproponowany proces przetwarzania (poziom TRL-6) obejmuje pięć dwuetapowych bloków technologicznych. W wyniku jego realizacji odzyskano nikiel i kobalt z uzyskami po ≥98,5%, w postaci kolektywnego koncentratu tlenkowego (Ni ~62%, Co ~7% + zanieczyszczenia), przeznaczonego do produkcji stopów lub do dalszego przetwarzania do postaci czystych związków niklu i kobaltu, oraz - lantanowce z uzyskiem ≥97% w postaci ich tlenkowego koncentratu (ΣLn ~73%) o ograniczonej zawartości zanieczyszczeń, przydatnego do wytwarzania stopu wodorochłonnego typu LnNi5, lub - do dalszego przetwarzania do postaci czystych związków lantanu, ceru, neodymu i prazeodymu. Dla masy elektrodowej ze zużytych baterii Li-ion, zawierającej: ~18%Co, ~9%Ni, ~6,5%Mn, ~35%Cog (w tym ~27% w postaci grafitu), ~4%Li oraz inne zanieczyszczenia, proponowany proces przetwarzania (poziom TRL-4) obejmuje trzy bloki operacyjne. W wyniku jego realizacji odzyskano: kobalt, nikiel i mangan z uzyskami po ≥95% w postaci kolektywnego koncentratu tlenkowego (Co ~40%, Ni ~18%, Mn ~12%) o ograniczonej zawartości zanieczyszczeń, przydatny do produkcji stopów lub do dalszego przetwarzania na czyste związki kobaltu, niklu i manganu, oraz - grafit, z uzyskiem ~100%, w postaci mieszaniny frakcji ziarnowych (bulk) lub oddzielnych frakcji granulometrycznych, o minimalnej zawartości większości zanieczyszczeń (Co, Ni, Mn, Li, Zn po <0,001%, Cu<0,002%, Fe<0,005%), za wyjątkiem Al (~0,15%) i Cl (~0,15%), co ogranicza możliwości aplikacyjne tych produktów do zastosowań o niskich lub średnich wymaganiach jakościowych.

EN

The article presents the elaborated methods for recovery of valuable components from electrode fractions, separated from spent Ni-MH and Li-ion batteries on a pilot scale in Waste Treatment Plant at Gorzow Wielkopolski. With reference to Ni-MH battery electrode fractions the proposed method of processing (TRL-6) comprises five two-stage technological blocks. As a result, starting from fed material, containing, wt. %: Ni - 5 1; Co ~ 5,6; £ Ln ~ H,4fcLn = La + Ce + Pr + Nd), nickel and cobalt have been recovered with yields of > 98,5% as a collective oxidic concentrate (Ni ~ 62%, Co - 7%), suitable for alloys manufacturing, and/or — for further processing into pure nickel and cobalt compounds, while lanthanides have been recovered with yield of > 97%, as their oxidic concentrate Coin's- 73, %) of limited impurities concentrations, suitable for hydrogen storage alloy manufacturing, and/or - for further processing into pure lanthanide compounds. With respect to Li-ion battery electrode fractions the proposed processing method (TRL-4) comprises three technological blocks. Following the described method from fed material, containing, wt. %: Co - 18, Ni ~ 9, Mn ~ 6,5, Cua -35 (Cglafhjte - 27), cobalt, nickel and manganese have been recovered with yields of> 95%, as a collective oxidic concentrate (Co - 40% Ni ~ 18%, Mn ~ 12%), that could be further processed either for alloys manufacturing, or - for their separate compounds, while graphite has been recovered with yield of ~ 100% as a mixture or separate grain - sized fractions, with limited impurities con tents (Co, Ni, Mn, Li, Zn - each below Wppm, Cu - below 20 ppm, Fe - below 50 ppm), with exception forAI (~ 0,15%) and Cl (~ 0,15%), which somehow cuts down the possible application area into low or at the most medium quality requirements for graphite.

Słowa kluczowe

PL

recykling baterii Ni-MH i Li-ion; odzysk niklu; odzysk kobaltu; odzysk lantanowców; odzysk grafitu

EN

Ni-MH and Li-ion battery recycling; nickel and cobalt recovery; lanthanides recovery; graphite recovery

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 61, nr 6
• Strony: 235--243
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Becker K.

• Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

autor

Chmielarz A.

• Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

autor

Szołomicki Z.

• Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

autor

Gotfryd L.

• Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

autor

Piwowońska J.

• Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

autor

Pietek G.

• Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

autor

Pokora M.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Wielkopolskie Centrum Zaawansowanych Technologii, Poznań

Bibliografia

• [1] Binnemans T. 2013. "Recycling of rare earth: a critical review". Journal of Cleaner Production 51: 1-22.
• [2] Cobalt Facts, Supply&Demand, 2015, ed. by Cobalt Development Institute -/www.thecdi.com/
• [3] Dewulf J. 2011. "Recycling of rechargeable Li-on batteries. Critical analysis of natural resource savings". Resources, Conservation and Recycling 54: 229-234.
• [4] "Directive 2006/66/EC of European Parliament and of the Council, Sep. 6 th, 2006 (on batteries and accumulators and waste batteries and accumulators) ". Official Journal of the European Union 266 (1)
• [5] Granata G. 2012. "Simultaneous recycling of nickel - metal hydride, lithium - ion and primary lithium batteries". Journal of Power Sources 21: 205-211.
• [6] Hagelüken Ch. J. Tytgat. 2012. "Recycling of rechargeable batteries with rare earth recovery. Presentation at ETP SMR stakeholder Forum; Brussels, Sep. 5th.
• [7] Muller T., B. Friedrich. 2006. "Development of recycling process for nickel-metal hydride batteries". Journal of Power Sources 158: 1498-1509.
• [8] Nan J. 2006. "Recovery of metal values from a mixture of spent Ni-MH and Li-ion batteries". Hydrometallurgy 84: 75-80.
• [9] Nickel, US Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, Jan 2016
• [10] Nogueira C.A., F. Margarido. 2012. Battery recycling by hydrometallurgy: Evaluation of simultaneous treatment of several cell system. W Energy Technology 2012. Carbon Dioxide Management and other Technologies, 227-234. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken.
• [11] Provazi K. 2011. "Metal separation from mixed types of batteries using selective precipitation and liquid - liquid extraction techniques". Waste Management 31: 59-64.
• [12] Rare - Earth, US Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, Jan 2016
• [13] Siret C. 2012. EV&HEV battery developments and prospectives. Closed-loop battery recycling. Presentation at LCA 2012 - AVINIR; Nov. 7th, 2012
• [14] Sullivan J.L., L. Gains. 2010. A review of battery life-cycle analysis. State of knowledge and critical needs. Report No ANL/ESD/10-7, US Dpt. of Energy.
• [15] www.xstratanickelsudbury. ca/EN/Recycling/Pages/default.aspx
• [16] Xinlai Zeng. 2013." Recycling of spent lithium - ion battery. A critical review". A Critical Reviews in Environmental Science and Technology 44: 1129-1165.
• [17] Zhang P. 1999. "Recovery of metal values from spent nickel - hydride batteries". Journal of Power Sources 77: 116-122.
• [18] Zhang P. 1998. "Hydrometallurgical process for recovery of metal values from spent Ni-MH secondary batteries". Hydrometallurgy 50: 61-75.