إعادة تدوير المعادن الثمينة من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة باستخدام مفاعلات الدوران

في عالم ينأى بنفسه ببطء عن الطاقة المعتمدة على الكربون، كان هناك ارتفاع شديد في استخدام بطاريات الليثيوم أيون كحل لتخزين الطاقة من الجيل التالي، فقد أدى ذلك إلى مشكلة أخرى – زيادة كمية نفايات بطارية الليثيوم.

تتحلل بطاريات الليثيوم أيون ببطء على مدار عمرها الافتراضي، حيث تفقد ما بين 12٪ إلى 24٪ من سعتها الإجمالية على مدى 500 دورة شحن وتفريغ.

يمكن أيضًا أن يتحلل الإلكتروليت والمواد الأخرى الموجودة داخل البطارية، مما يتسبب في انخفاض السعة بمرور الوقت.

يمكن أن يشكل التخلص من بطاريات الليثيوم في مدافن النفايات أو الحرق مخاوف بيئية وسلامة بسبب احتمالية تسرب العناصر السامة إلى التربة والمياه.

إعادة تدوير البطاريات منخفض جدًا

تتطلب إعادة تدوير بطاريات الليثيوم استخدامًا مكثفًا لعلم المعادن، وهو فرع من علم المعادن يتضمن محاليل مائية .

باختصار، يتم تفكيك البطارية المستخدمة واستخراج المعادن الثمينة باستخدام مذيب، يليها نزع حيث يتم استعادة المعدن المستخرج وإعادة تدوير المذيب.

تتطلب إعادة تدوير بطارية الليثيوم الحالية خطوات متعددة لعمليات الاستخراج والفصل ، تتطلب كل منها مفاعلات منفصلة ومعلمات مختلفة. يؤدي هذا إلى زيادة تعقيد وتكلفة إعادة التدوير بشكل كبير، وبالتالي فإن معدل إعادة تدوير بطاريات الليثيوم منخفض جدًا.

كانت هناك محاولات عديدة لابتكار حل من خطوة واحدة وعاء واحد عن طريق تقسيم المفاعل باستخدام الأغشية، ومع ذلك، فشلت هذه الأفكار في المفاعلات الكبيرة، ويرجع ذلك في الغالب إلى فشل الأغشية، خاصة في ظل التحريك القوي.

طريقة جديدة لإعادة تدوير المعادن

لمعالجة هذه المشكلة، أبلغت مجموعة بحثية متعددة التخصصات بقيادة البروفيسور بارتوش Grzybowski ، في مركز المواد اللينة والمعيشية داخل معهد العلوم الأساسية (IBS) ، في كوريا الجنوبية، عن طريقة جديدة لإعادة تدوير المعادن الثمينة مثل الليثيوم والنيكل، والكوبالت من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة .

اشتهرت مجموعة Gryzbowski في هذا المجال بمفاعلاتهم السائلة متحدة المركز الدوارة، والتي أثبتت فعاليتها في تنفيذ تفاعلات متعددة الخطوات في غرفة واحدة، هذه المرة ، نجحت المجموعة في تطبيق هذا المفهوم لتبسيط عملية الاستخراج وإعادة تدوير بطارية الليثيوم.

نُشرت الدراسة في مجلة Advanced Materials .

يمكن للمفاعل الدوار الأفقي، الذي صممه المؤلف المشارك د. أولجيرد سيبولسكي، معالجة مخاليط معدنية معقدة حيث يوجد كل من التغذية المائية، والمستخلص العضوي، والمراحل المائية المستقبلة في نفس الوعاء الدوار.

فصل المعادن في غضون دقائق

على عكس التركيبات ذات الوعاء الواحد التي تستخدم الأغشية، يمكن تقليب هذا المفاعل بقوة واستحلاب دون اندماج الطبقات المائية. يتم الحفاظ بقوة على ترتيب التغذية ذات الرقم الهيدروجيني العالي، والمستخلص العضوي (المكوك) ، ومستقبل الأس الهيدروجيني المنخفض عن طريق وضع كل هذه السوائل في وعاء دوار بطريقة تشكل طبقات متحدة المركز مستقرة بما يكفي للسماح بخلط بيني فعال، ولكن بدون التئام الطبقات المائية.

من المثير للإعجاب أن هذه العملية “يمكن أن تؤدي إلى فصل المعادن في غضون دقائق، باستخدام تركيز منخفض من عوامل الاستخراج وبانتقائية عالية” ، وفقًا للمؤلف المشارك الدكتور كريستوبال كوينتانا.

توضح هذه الدراسة أن المفاعلات السائلة متحدة المركز، وخاصة نسخها المجزأة، يمكنها بسرعة فصل المعادن القيمة من الخلائط عالية التركيز باستخدام تركيزات أقل بكثير من المستخلصات مقارنة بالطرق الحالية ويمكنها الوصول إلى نطاقات غير مستكشفة من معلمات العملية.

هذه الجوانب، بالإضافة إلى القدرة الملائمة للتشغيل مقابل قياس حجم المفاعل، تجعل المفاعلات السائلة متحدة المركز بديلاً مثيرًا للاهتمام لطرق المعالجة المعدنية المائية التقليدية ويمكن تطبيقها على عمليات فصل المعادن القيمة الأخرى.

يوضح البروفيسور Grzybowski ، “إن التكنولوجيا هي أيضًا تطلعية بمعنى أنها، كما نوضح، قابلة للتكيف مع تركيبات معدنية تغذية مختلفة وبالطبع معادن غير تلك المستخدمة في البطاريات.”