Lityum-iyon pillerin geri dönüştürülmesi - maden mühendisliği açısından

Lityum-iyon pillerin küresel tüketimi artmaya devam ettikçe, lityum-iyon pil geri dönüşüm teknolojilerinin geliştirilmesi ve daha sağlam bir geri dönüşüm altyapısının oluşturulması ihtiyacı, yeni lityum-iyon pil üretiminde yeniden kullanılmak üzere bu pillerden siyah kütlenin ayrıştırılması yönteminin iyileştirilmesi ve optimize edilmesinde önemli bir faktör haline gelmiştir. Bu tezin amacı, tamamen endüstriyel uygulanabilirlik çerçevesinde, hidrometalurjik ekstraksiyondan önce çevre dostu ve ekonomik ön arıtma ve ayırma yöntemleri geliştirmektir. Tüm sürecin güvenliği için deşarj, lityum-iyon pil yapısındaki bağlayıcıyı çözmek için solvent işlemi ve farklı ayırma ve ekstraksiyon yöntemleri için optimum tane boyutu eldesinde öğütme dahil olmak üzere dört farklı lityum-iyon pil ön işlem seçeneği test edilmiştir. %10'luk NaCl çözeltisindeki deşarj, kriyojenik deşarj ile karşılaştırılmış ve kriyojenik deşarjın hem daha kısa işlem süresi hem de güvenilirlik nedeniyle daha verimli olduğu görülmüştür. Bir sonraki adımda, buharlaşma hızı yavaş olan N-metil-2-pirrolidon (NMP) çözeltisinin kullanımının öğütmede sorunlara neden olduğu fark edilmiştir. Kuru ve kriyojenik olmak üzere iki farklı öğütme yöntemi test edilmiş ve her iki yöntemin nihai ürünleri < 2 mm fraksiyonunda benzer bir içeriğe sahip olmuştur. Toz formundaki LiCoO2 ve grafit daha iri taneler üzerine yapıştığından, > 2 mm fraksiyonlarda da benzer bir bileşim gözlenmiştir. Çözücü işlemi olmaksızın kriyojenik deşarj ve öğütmenin, lityum-iyon pil yapısında bağlayıcının durumunu elastikten camsıya değiştiren düşük sıcaklıkların katkısıyla, < 2 mm boyut fraksiyonunda siyah kütle elde etmek için en iyi seçenek olduğu bulunmuştur. En iyi ön işlem seçeneğinin nihai ürünü ile yapılan manyetik ayırma, bazı safsızlıklara rağmen Fe'nin üründen ayrılmasında etkili olmuştur. Daha hassas bir manyetik ayırma ile bu safsızlıklar daha da azaltılabilir. Elektrostatik ayırma 0,125 mm ila < 2 mm boyut aralığındaki ürünle, flotasyon ise < 0,125 mm boyutundaki ürünle yapılmıştır. LiCoO2 ve grafitin ayrılması her iki yöntemde de kısmen başarılmıştır. Daha iyi bir ayırma için ilgili yöntemlere ait parametreler optimize edilebilir. Elektrostatik ayırma için tambur hızı arttırılarak, merkezkaç kuvvetinin etkisiyle daha az miktarda fakat daha yüksek konsantrasyonda LiCoO2 elde edilebilir. Gerilim artırılarak sadece iletken ve yalıtkan ürün (plastik) ayrımı sağlanabilir. Flotasyon için ayırmanın kısmi olmasının nedeni, kriyojenik öğütmeye rağmen LiCoO2 ve plastiğin bağlayıcı ile hala birbirine bağlı olması ve hidrofobik özelliğinden dolayı plastiklerin beraberlerindeki LiCoO2 ile birlikte yüzeye çıkması olabilir. Flotasyon parametreleri daha verimli ayırma için optimize edilebiliceği gibi farklı toplayıcılar ve köpürtücüler de kullanılabilir. Farklı boyut aralıklarında farklı ayrıştırma yöntemleri ile elde edilen son ürün (LiCoO2) ile biyolojik liç gibi ekstraksiyon yöntemleri ile süreç devam ettirilebilir. Kullanılmış lityum iyon pillerin sadece katot kısımları kullanılarak biyolojik liç denenmiş ve dikkat çekici Li ve Al ekstraksiyonu sağlanmıştır.