Reciclagem da bateria de íons de lítio

A reciclagem de baterias de íons de lítio (Li-ion) envolve a coleta e triagem das baterias usadas, descarregá-las para garantir a segurança e, em seguida, desmontá-las para separar os componentes. As células são esmagadas e trituradas, com o material resultante sendo peneirado e classificado para isolar elementos valiosos. 

A substância fina em pó resultante dos processos de trituração e peneiramento é conhecida como "massa negra". Ela contém metais valiosos como lítio, cobalto, níquel e manganês. Essa massa negra sofre processamento adicional através de métodos hidrometalúrgicos (envolvendo lixiviação, extração de solventes e precipitação) ou métodos pirometalúrgicos (envolvendo fundição e refinamento) para recuperar esses metais. 

As técnicas de reciclagem mais eficientes geralmente envolvem abordagens híbridas que combinam pirometalurgia e hidrometalurgia. Os metais recuperados são, a seguir, reutilizados para produzir materiais de eletrodos para as novas baterias.

No entanto, a reciclagem da massa negra pode ser um desafio, em parte porque as LIBs não são todas iguais. Especificamente, existem dois tipos de química de destaque: NMC (níquel, manganês, cobalto) e LMFP (fosfato de ferro manganês de lítio). No NMC, há variantes de linha NMC111, NMC622, NMC811 etc., em que o valor numérico indica a porcentagem atômica relativa de cada elemento. Da mesma forma, LMFP pode ter uma quantidade variável de manganês. A química variável exige que a massa negra seja adequadamente caracterizada e classificada antes de ser colocada no processo de reciclagem.

A química variável significa que, geralmente, há pouco controle sobre os tipos de baterias recebidas para a reciclagem de baterias de íon-lítio. Consequentemente, qualquer processo de tratamento para reciclagem de baterias deve incluir uma avaliação da química e fases cristalinas das baterias recebidas. Nossas soluções baseadas em raios X e nêutrons podem auxiliar você nesse processo, com análises de fase cristalina e da composição química. 

Além disso, a eficiência do processo de lixiviação hidrometalúrgica pode ser avaliada usando nossas soluções de XRF on-line e baseadas em laboratório, incluindo a análise de impurezas incorporadas. Além disso, nossos analisadores de tamanho de partícula podem ser usados para determinar o tamanho de partícula em todo o processo de reciclagem, da massa negra aos produtos acabados.

A composição elementar da massa negra extraída pode ser analisada on-line com nosso analisador de esteira on-line CNA ou off-line utilizando nossa linha para sistemas XRF. 

Análise elementar de esteira on-line: a química variável das baterias recicladas significa que a massa negra extraída é um material heterogêneo, fazendo a análise laboratorial de uma pequena amostra não representativa do volume do material. Os analisadores de esteira on-line podem analisar massa negra a granel extraída em escala industrial, fornecendo uma composição média de todo o material. Nosso analisador de esteira on-line CNA Pentos, baseado na ativação de nêutron térmica rápida pulsada (PFTNA, pulsed fast thermal neutron activation) comutável, oferece medição a granel de todos os elementos-chave como Ni, Co, Mn, Fe, P etc. na massa negra recebida. 

O CNA fornece análise elementar on-line de alta frequência do material a granel na esteira. Não é necessário amostragem, uma vez que o material é medido em tempo real na correia de transmissão. Seu design compacto e robusto fica completamente abaixo da esteira, a variação da carga da esteira e do tamanho de partícula comum na massa preta extraída não afeta o desempenho do sistema. Esse recurso de projeto fundamental ajuda a proporcionar estabilidade e representatividade para um controle de processos eficiente.

A fluorescência de raios X (XRF) é outra técnica que pode ser usada para analisar massa negra em laboratório ou próximo ao processo. A fluorescência de raios X (XRF) apoia significativamente o processo de reciclagem de baterias, fornecendo uma análise rápida e precisa da composição elementar das baterias usadas com alta precisão. Sua alta precisão permite que os recicladores identifiquem e quantifiquem materiais valiosos como lítio, cobalto, níquel e manganês, otimizando o processo de recuperação. Também pode monitorar a qualidade dos materiais recuperados, garantindo que atendam às especificações para reaproveitamento. Além disso, o XRF detecta elementos perigosos, facilitando o manuseio e descarte seguros.

Para os elementos principais, o XRF fornece uma maneira mais simples e precisa de medir a composição elementar do que o ICP, porque não requer qualquer diluição da amostra ou digestão ácida.

Muitas empresas líderes de baterias usam nossos espectrômetros de bancada Epsilon 4 EDXRF ou Zetium WDXRF para analisar seus materiais reciclados. Também introduzimos a linha Revontium de EDXRF de alto desempenho que pode analisar elementos e impurezas na massa negra com alta exatidão e precisão.

A precisão da análise de XRF depende da qualidade dos padrões de calibração. A Malvern Panalytical desenvolveu seus padrões internos de calibração certificados que, juntamente com os sistemas de fusão de amostras Eagon 2 ou FORJ, podem fornecer uma receita perfeita para uma análise elementar quantitativa precisa. 

Figura 1 (direita): Uma linha de calibração de Ni típica usando nossos padrões de referência NCM medidos em nosso espectrômetro Epsilon 4 XRF. 

A análise da composição elementar das soluções lixiviadas na extração hidrotérmica pode fornecer informações valiosas sobre a eficiência da extração de metal. Isso pode ser analisado de acordo com nossa linha Xflow de analisadores XRF. 

A análise de líquidos on-line com o Epsilon Xflow possibilita um controle rápido e preciso do parâmetro do seu processo. 

O Epsilon Xflow fornece insights de dados em tempo real, permitindo que você gerencie seus processos de produção de forma mais eficiente e reduza os custos operacionais.

O processo de pré-tratamento para reciclagem de baterias também pode ser afetado pela fase cristalina dos materiais da bateria. E, quando se trata de análises de fase cristalina, a difração de raios X é a técnica escolhida. Nosso difratômetro de raios X compacto Aeris, um equipamento fácil de usar com incrível qualidade de dados, pode ser utilizado para análise precisa da composição da fase cristalina em massa negra e materiais de bateria reciclados. 

Figura 2: Análise típica de XRD de fases cristalinas de massa negra medida em nosso difratômetro Aeris.

O tamanho e a forma das partículas desempenham um papel importante em toda a cadeia de valor da reciclagem de baterias, desde a massa preta até os materiais de saída acabados. A massa preta precisa ser moída a um determinado tamanho de partícula para atingir uma lixiviação eficiente de metais durante a extração hidrotérmica. 

Muitas empresas de reciclagem produzem precursores de bateria ou materiais de eletrodos como seu produto final, em que o tamanho e a forma das partículas são usados como parâmetros críticos de qualidade.