تحتوي بطاريات الليثيوم المهملة على كمية كبيرة من موارد المعادن الثقيلة غير المتجددة ذات القيمة الاقتصادية العالية. مادة القطب الموجب لبطاريات الليثيوم هي مسحوق أكسيد الكوبالت الليثيوم. القطب الكهربائي المادة المستخدمة هي مسحوق الجرافيت. يحتوي كلا القطبين على كميات كبيرة من المعادن مثل الكوبالت والنيكل والمنجنيز والنحاس والألمنيوم.
إن إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المهملة أو غير المؤهلة بشكل فعال لا يمكن أن يخفف الضغط البيئي فحسب، بل يمكنه أيضًا منع إهدار المعادن الثقيلة القيمة مثل الكوبالت والنيكل والمنجنيز. وبالتالي، تولي البلدان في جميع أنحاء العالم أهمية كبيرة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم المهملة. ويرجع هذا إلى محدودية الموارد والحاجة إلى الحوكمة البيئية.
1. إعادة التدوير الجاف وإعادة التدوير الرطب
في عملية إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستهلكة، يتم استخدام تقنيتين رئيسيتين: إعادة التدوير الجاف وإعادة التدوير الرطب. تتضمن تقنية إعادة التدوير الرطب مسار معالجة طويل، وتتطلب استثمارًا كبيرًا، وتتطلب العديد من المعدات. فهي غير قادرة على إعادة تدوير معدن الألومنيوم، ولا يمكنها معالجة PVDF في بطاريات الليثيوم.
من ناحية أخرى، تنقسم تقنية إعادة التدوير الجاف بشكل أساسي إلى عمليات جافة عالية الحرارة (~800 درجة مئوية) ومنخفضة الحرارة (~400 درجة مئوية). تتميز تقنية إعادة التدوير الجاف بمسار عملية أقصر ومتطلبات معدات أقل. يمكنها معالجة PVDF بشكل فعال، لكنها تستهلك طاقة عالية وتتطلب حرارة كبيرة. تنتج عملية المعالجة الجافة حتمًا غاز HF الحمضي (أو غازات هاليد الهيدروجين الأخرى) وغازات التكسير العضوية. يجب معالجة هذا بشكل منفصل لتجنب التأثير البيئي الكبير، مما يستلزم استثمارًا كبيرًا في مرافق حماية البيئة.
تتضمن معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم عادةً خط تفكيك. وهو عبارة عن (لإعادة الاستخدام) + خط فصل الهواء للطحن والسحق + خط إنتاج الاستخلاص (إعادة الاستخراج). يعد خط فصل الهواء للطحن والسحق هو جوهر معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم الكاملة.
ومع ذلك، لا يزال العديد من المصنعين يستخدمون عملية محددة. تتضمن هذه العملية التقطيع + التكسير الثانوي، والطحن + فصل الهواء (أفران خارجية عالية ومتوسطة الحرارة). تفشل هذه العملية في معالجة مشكلات الاشتعال والانفجار المرتبطة ببطاريات الليثيوم المهجورة الحية عند المصدر. ويؤدي ذلك إلى تكاليف معالجة تقترب من 3000 يوان للطن.
لقد قمنا بإدخال تكنولوجيا أجنبية متقدمة وتنفيذ إصلاحات تكنولوجية. تم تصميم آلية التغذية لفرن التحلل الحراري عالي الحرارة الذي ننتجه بأنفسنا مع تنظيم سرعة التردد المتغير. وهذا لإنشاء حزام فراغ عالي الحرارة، مما يحل بشكل فعال مخاطر الحريق والانفجار المرتبطة بالتمزيق.
يقلل هذا الابتكار بشكل كبير من تكاليف إنتاج المعدات وتشغيلها. بالإضافة إلى ذلك، لا يتطلب خط إنتاج معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم الفريد هذا النيتروجين أو أي غازات أخرى تعزل الأكسجين. كما يقلل أيضًا من تكاليف الإنتاج والتشغيل.
2. نظام إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستهلكة
يشتمل هذا النظام على معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة، فضلاً عن معدات معالجة غازات النفايات. تتكون معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة من جهاز تقطيع ما قبل معالجة إعادة تدوير بطاريات الليثيوم، وجهاز تحلل حراري، وجهاز معالجة لاحقة (بما في ذلك معدات التكسير والطحن وفصل الهواء الثانوي) متصلة بالتسلسل.
يتضمن جهاز التحلل الحراري فرن تحلل حراري، وجهاز تحكم في حجم الهواء بتردد متغير، وجهاز معالجة أولية للإنتاج، ودمج فرن دوار جاف، وجهاز معالجة لاحقة، وكلها متصلة بشكل متسلسل.
يتم توصيل منفذ العادم للفرن الدوار الجاف ثلاثي الأبعاد بمنفذ التفريغ لجهاز التقطيع المسبق وجهاز حماية البيئة للإنتاج. يتم توصيل مخرج غاز النفايات المتشققة لفرن التحلل الحراري بجهاز حماية البيئة. لمعالجة مشكلة استهلاك الطاقة العالي في إعادة تدوير بطاريات الليثيوم المستهلكة بالطريقة الجافة، تتضمن المجموعة الكاملة من المعدات أيضًا مبادلًا حراريًا خارجيًا مثبتًا على الجزء الخارجي من فرن التحلل الحراري.
يتم توصيل مدخل الهواء للمبادل الحراري الخارجي بمنفذ تفريغ غاز المداخن عالي الحرارة لجهاز حماية البيئة. تم تجهيز أنبوب التوصيل بين مخرج غاز النفايات المتشققة لفرن التحلل الحراري وفرن الدوران الجاف بغلاف عازل؛ يتم توصيل أحد الأنابيب الفرعية بمدخل الهواء للمبادل الحراري الخارجي، ويتم تركيب جهاز تنظيم التدفق عند منفذ تفريغ غاز المداخن عالي الحرارة.
يدخل الغاز العادم الناتج عن فرن الدوران للعملية الجافة إلى المبادل الحراري الخارجي لجهاز التحلل الحراري من خلال منفذ تفريغ غاز المداخن عالي الحرارة لجهاز حماية البيئة، ويعمل كمصدر حرارة لفرن التحلل الحراري.
3. غرض جهاز تنظيم التدفق
تم تصميم جهاز تنظيم التدفق عند منفذ تفريغ غاز المداخن عالي الحرارة للتحكم في حجم غاز المداخن عالي الحرارة الذي يدخل الأنبوب الفرعي. من خلال ضبط حجم الهواء من خلال هذا الجهاز، يمكن الحفاظ على درجة حرارة غاز المداخن الذي يدخل مدخل الهواء للمبادل الحراري الخارجي في نطاق يتراوح بين 400 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية.
من الناحية المثالية، يجب التحكم في درجة الحرارة هذه بين 500 درجة مئوية و650 درجة مئوية. وهذا يخلق منطقة فراغ، مما يضمن تشغيل آلة التقطيع وفرن التحلل الحراري في بيئة خالية من الأكسجين، مما يعالج بفعالية منع الحرائق والانفجارات في إعادة تدوير بطاريات الليثيوم من المصدر.
بعد التقطيع، يتم إدخال بطاريات الليثيوم المستهلكة إلى فرن التحلل الحراري، حيث تخضع المواد العضوية داخل البطاريات للتحلل الحراري. أثناء هذه العملية، تتحلل المادة الرابطة PVDF وسداسي فلورو فوسفات الليثيوم والمذيبات العضوية الموجودة في بطاريات الليثيوم المستهلكة بسبب الحرارة، مما يؤدي إلى توليد غاز التكسير. ثم يتم حرق غاز التكسير هذا، مما يؤدي إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء وHF والغازات الأخرى.
إن أكسيد الكالسيوم النانوي الحجم في جهاز معالجة الغاز العادم نشط للغاية في درجات حرارة التشغيل. فهو يتفاعل بسرعة مع فلوريد الهيدروجين لتكوين فلوريد الكالسيوم، مما يمنع فلوريد الهيدروجين من دخول الغلاف الجوي. وعلى نحو مماثل، تتحد أي غازات هاليد الهيدروجين المتبقية مع الكالسيوم لتكوين هاليد الكالسيوم، في حين تتم معالجة ثاني أكسيد الكربون والماء بواسطة جهاز حماية البيئة لإنتاج الأسمنت، مما يضمن استيفائهما لمعايير الانبعاثات.
