Начальные этапы

Сегодня мы узнаем, что ждёт аккумулятор после того, как он верой и правдой отслужил в вашем устройстве и попал на переработку. Для начала давайте познакомимся с процессом, через который проходят все типы накопителей.
Начинается он с сортировки аккумуляторов по химическому составу в специальных центрах сбора. Свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литий-ионные источники тока помещаются в подготовленные контейнеры, мешки или ящики. 
Затем необходимо избавиться от горючих материалов, таких как пластик и изоляция, с помощью газового термического окислителя или печи дожига. С помощью этого устройства токсичные вещества под действием высоких температур разлагаются до воды и углекислого газа с высвобождением тепловой энергии. 
 

Загрязняющие частицы, образующиеся в процессе сжигания, удаляются скруббером ( от англ. to scrub - очищать, отмывать) - ещё одним устройством, которое с помощью жидкости очищает воздушно-газовые смеси от вредных примесей перед выбросом в атмосферу. После этого остаются только ячейки, из которых необходимо извлечь металл.
Ячейки разрезают на мелкие кусочки и нагревают до тех пор, пока металл не станет жидким. Неметаллические вещества сжигаются, оставаясь на поверхности в виде чёрного шлака, который удаляется шлаковым рукавом. Сплавы оседают в зависимости от веса и снимаются, как сливки с парного молока, еще в жидкой форме.
Детали переработки зависят от конкретного типа аккумуляторов. Мы поговорим про хорошо известные нам литий-ионные источники энергии.

Переработка и безопасность

Вообще литий-ионные аккумуляторы считаются достаточно безопасными, но всё же они содержат токсичные элементы и нуждаются в правильной утилизации – особенно на фоне высокого спроса на товары с данным типом накопителей. Их утилизация проводится не столько для того, чтобы извлечь ценные металлы, сколько из соображений экологичности. 
В отчёте Европейской комиссии «На пути к аккумулятору будущего» выражена обеспокоенность большим количеством литий-ионных источников тока, срок службы которых подходит к концу. 

В Европе литий-ионные элементы нельзя вывозить на свалки, так как они считаются токсичными и взрывоопасными отходами, самостоятельно сжигать их тоже нельзя, поскольку оставшийся пепел также будет токсичен. Помимо этого, тревогу вызывает кобальт и вещества, которые связывают материалы электродов вместе.
Интересно, что согласно отчёту, свинцово-кислотные аккумуляторы уже не являются самыми опасными. Дело в том, что это единственный тип аккумуляторов, который можно выгодно переработать. Поскольку почти 100% свинцово-кислотного сырья пригодно для повторного использования, акцент смещается на литий-ионные аккумуляторы - из-за растущего объема и ценности восстанавливаемых материалов.
 

Технологичность и эффективность

Но прогресс не стоит на месте, и немецкая компания Duesenfeld GmbH разработала и запатентовала инновационную технологию переработки, для которой требуется на 70% меньше энергии, нежели традиционным методам, использующим плавильные печи.
Всё начинается с “деактивации”, включающей полную разрядку аккумулятора для удаления накопленной энергии и предотвращения неожиданных и нежелательных термических процессов. Электролит подвергается заморозке для предотвращения электрохимических реакций в процессе дробления. 

Далее происходит испарение и восстановление органических растворителей электролита в вакууме путем конденсации - говорят, что при этом процессе не происходит образования токсичных газов. Следующие стадии делятся на механическую, пирометаллургическую и гидрометаллургическую обработку. Механическая включает в себя дробление элементов аккумулятора; пирометаллургическая – извлечение металлов с помощью высоких температур; а гидрометаллургия отвечает за процессы с использованием воды. 
После разборки аккумулятор разделяют на медную и алюминиевую фольгу, сепаратор и материалы покрытия. С помощью плавления извлекаются никель, кобальт и медь, а вот литий и алюминий на данном этапе остаются в шлаковых массах.

Для извлечения лития необходим гидрометаллургический процесс. Он включает выщелачивание, экстракцию, кристаллизацию и осаждение из жидкого раствора. Гидрометаллургическая обработка используется для восстановления чистых металлов, т.е. лития, полученного из отделённых материалов покрытия после механических процессов или из шлака в пирометаллургических процессах.
 

Существует и другой подход. Например, компания Umicore в Бельгии использует печь для плавки аккумуляторов, чтобы извлечь 95% кобальта, никеля и меди. После этого с помощью скруббера производится “промывка” воздушной смеси от токсичных продуктов горения и фторсодержащих выхлопных газов.
Чтобы снизить опасность возникновения пожара, мелкие переработчики перед механическим разделением сжигают литий-ионные батареи в специальных установках для обработки отходов.
 

Duesenfeld в Германии разряжает аккумуляторы, измельчает их в инертной атмосфере, выпаривает и реконденсирует органические растворители электролита, отделяя материал покрытия электродов от остального. Затем металлы выщелачиваются из бывших активных материалов. Графит фильтруют и восстанавливают, после чего получают карбонат лития, сульфат никеля, сульфат кобальта и сульфат марганца. Такой способ позволяет выделить больше металлов, чем термический метод Umicore. Кроме того, снижается количество токсичных газов, выделяемых в процессе переработки, и экономится больше энергии.

Некоторые переработчики не разделяют металлы на месте, а сливают жидкие сплавы в то, что в отрасли называют «свиньями» (по 24 кг) или «кабанами» (по 746 кг), а также - в обычные бруски по 3,17 кг. Свиньи, кабаны и бруски отправляются на заводы по извлечению металлов, где используются для производства никеля, хрома и железа для нержавеющей стали и других высококачественных продуктов.
Переработка аккумуляторов требует больших затрат энергии. Отчеты показывают, что для восстановления металлов из некоторых отработанных элементов требуется в 6-10 раз больше энергии, чем при добыче полезных ископаемых.
 

Исключение составляют свинцово-кислотные аккумуляторы, из которых можно легко извлечь свинец и использовать его повторно без сложных процессов. В некоторой степени никель из NiMH аккумуляторов также можно извлекать достаточно выгодно, если они поставляются в больших количествах.
Сейчас разрабатываются новые методы утилизации, которые позволят извлекать металлы путем электролиза, также известного как химическая рециркуляция. Этот процесс считается более рентабельным и дает больший результат с меньшим количеством токсичных отходов, чем традиционная плавка.

Каждая страна устанавливает свои собственные правила и добавляет свою наценку к покупной цене нового аккумулятора, чтобы сделать утилизацию возможной. В Северной Америке некоторые заводы по переработке устанавливают стоимость по весу, а ставки варьируются в зависимости от химического состава. В то время как NiMH дает довольно хороший доход от никеля, отработанные NiCd аккумуляторы пользуются меньшим спросом из-за низких цен на кадмий. Так как извлечение металлов литий-ионных аккумуляторов не очень выгодно - в том числе из-за сложности процесса, стоимость их  утилизации выше, чем у большинства других типов накопителей.

Подведём итоги

Пока не существует технологии переработки, которая позволяла бы производить достаточно чистый литий для повторного использования в новых аккумуляторах. Восстановленный литий используется для смазочных материалов, стекла, керамики и других целей.
Фиксированная стоимость переработки тонны батарей составляет от 1000 до 2000 долларов; Европа стремится достичь себестоимости тонны в 300 долларов. В идеале она должна включать и транспортировку, но ожидается, что перемещение и обработка груза удвоит общую стоимость. Чтобы упростить транспортировку, в Европе строится несколько небольших перерабатывающих заводов в стратегически важных географических точках. Отчасти это связано с Базельской конвенцией, запрещающей экспорт отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов.

По мере того, как количество выбрасываемых источников тока увеличивается, разрабатываются новые технологии, которые повысили бы эффективность и выгоду переработки для предприятий без дополнительной поддержки от государства.В настоящее время утилизируется только 20-40% аккумуляторов мобильных телефонов и других потребительских товаров. Целью переработки является предотвращение попадания опасных веществ на свалки и использование извлеченных материалов для производства новых продуктов. Пожалуйста, помните, что отработавшие аккумуляторы следует убирать из дома. Это касается и первичных источников тока: известно, что старые батарейки дают протечки и вызывают повреждение окружающей среды.