Litiumioniakkujätteen kierrätys: alumiinin, raudan ja kuparin poisto
Aalto, Mikko (2018)
Kandidaatintyö
Aalto, Mikko
2018
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018062026226
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018062026226
Tiivistelmä
Elektroniikkalaitteiden käytön lisääntyminen ja sähköautojen yleistyminen lisää litiumioniakkujen kysyntää. Litiumioniakkuja on pääsääntöisesti matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa. Lisääntynyt kysyntä ja käyttö lisäävät luonnollisesti myös syntyvän akkujätteen määrää. Pelkästään Kiinassa litiumioniakkujätettä ennustetaan syntyvän 500 000 tonnia vuonna 2020. Maapallon vähenevien luonnonvarojen takia akuista löytyviä metalleja, kuten litiumia, nikkeliä ja kobolttia, on tärkeä kierrättää.
Tällä hetkellä akkujen kierrättäminen on hyvin vähäistä. Recycling Internationalin mukaan vain seitsemän EU-maata pääsi haluttuun 45 % akkujen ja paristojen kierrätysasteeseen. Ongelmia ovat litiumioniakkujen erilaiset koostumukset sekä niiden sekoittuminen muiden akkutyyppien sekaan. Yksi ongelma kierrätyksessä on kuitenkin akuista löytyvät vähemmän arvokkaat metallit. Näitä metalleja ovat rauta, alumiini ja kupari. Nämä metallit haittaavat muiden, arvokkaampien metallien kierrätystä. Näitä arvokkaampia metalleja ovat esimerkiksi koboltti, litium, mangaani ja nikkeli.
Tärkeimmät kemialliset yksikköprosessit litiumioniakkujätteen kierrätyksessä ovat happoliuotus, saostaminen ja neste-nesteuutto. Näiden prosessien avulla saadaan metallit eroteltua toisistaan. Tärkeintä on jokaisen prosessin kannalta löytää optimaaliset reaktio-olosuhteet ja reagenssit. Täten saadaan poistettua vähemmän arvokkaammat tuotteet prosessista, jolloin haluttujen tuotteiden puhtaudet ja saannot ovat korkeita.
Tämä työ on suoritettu kirjallisuustyönä, jonka tavoitteena on tutkia edellä mainittuja prosesseja alumiinin, kuparin ja raudan erotukseen litiumioniakkujätteestä. Näistä prosesseista happoliuotusta voidaan tehdä orgaanisilla ja epäorgaanisilla hapoilla. Happoliuotus on prosessina yksinkertainen, mutta sillä ei saada kaikkia metalleja erotettua ilman väkeviä liuottimia. Happoliuotuksen jälkeen akkujäte voidaan saostaa tai neste-nesteuuttaa. Saostamisen etuna on sen edullisuus, kun taas neste-uutolla saadaan halutuista metalleista lähes 100 % eroteltua. The growing usage of electrical appliances and the growing number of electric cars have increased the demand for lithium-ion batteries. These lithium-ion batteries are commonly found also for example in mobile phones and laptops. The increased demand and usage naturally produce more lithium-ion battery waste. It is projected that in China 500 000 tons of lithiumion battery waste is produced in the year 2020. It is very important to recycle the metals such as cobalt, nickel and lithium found in these batteries because of the decreasing amount of natural resources on earth.
Very little lithium-ion battery waste is recycled. According to Recycling International only seven EU-countries recycle 45 % of battery waste. The recycling processes have some significant problems. The batteries vary in size and structure which makes recycling harder. One of the biggest problems are less valuable impurity metals found in these batteries. Metals such as copper, aluminium and iron disturb the recycling of the more expensive metals like cobalt and lithium.
The most important chemical unit processes for recycling lithium-ion battery waste are acid leaching, precipitation and liquid-liquid extraction. Different metals in the batteries can be recycled with the help of these processes. It is also very important to find the optimal conditions for each process. With optimal conditions you can remove the less important materials quickly making the purity and yield of the more valuable materials higher.
This thesis is based on written articles, and the purpose is to study aforementioned chemical unit processes for recycling lithium-ion battery waste focusing on aluminium, copper and iron. From these chemical unit processes acid leaching is very simple but the yield for the wanted materials is quite low. After leaching the battery waste the wanted metals in the waste can be extracted via precipitation or liquid-liquid extraction. Precipitation is a cheaper process but with liquidliquid extraction nearly 100 % of wanted materials can be extracted.
Tällä hetkellä akkujen kierrättäminen on hyvin vähäistä. Recycling Internationalin mukaan vain seitsemän EU-maata pääsi haluttuun 45 % akkujen ja paristojen kierrätysasteeseen. Ongelmia ovat litiumioniakkujen erilaiset koostumukset sekä niiden sekoittuminen muiden akkutyyppien sekaan. Yksi ongelma kierrätyksessä on kuitenkin akuista löytyvät vähemmän arvokkaat metallit. Näitä metalleja ovat rauta, alumiini ja kupari. Nämä metallit haittaavat muiden, arvokkaampien metallien kierrätystä. Näitä arvokkaampia metalleja ovat esimerkiksi koboltti, litium, mangaani ja nikkeli.
Tärkeimmät kemialliset yksikköprosessit litiumioniakkujätteen kierrätyksessä ovat happoliuotus, saostaminen ja neste-nesteuutto. Näiden prosessien avulla saadaan metallit eroteltua toisistaan. Tärkeintä on jokaisen prosessin kannalta löytää optimaaliset reaktio-olosuhteet ja reagenssit. Täten saadaan poistettua vähemmän arvokkaammat tuotteet prosessista, jolloin haluttujen tuotteiden puhtaudet ja saannot ovat korkeita.
Tämä työ on suoritettu kirjallisuustyönä, jonka tavoitteena on tutkia edellä mainittuja prosesseja alumiinin, kuparin ja raudan erotukseen litiumioniakkujätteestä. Näistä prosesseista happoliuotusta voidaan tehdä orgaanisilla ja epäorgaanisilla hapoilla. Happoliuotus on prosessina yksinkertainen, mutta sillä ei saada kaikkia metalleja erotettua ilman väkeviä liuottimia. Happoliuotuksen jälkeen akkujäte voidaan saostaa tai neste-nesteuuttaa. Saostamisen etuna on sen edullisuus, kun taas neste-uutolla saadaan halutuista metalleista lähes 100 % eroteltua.
Very little lithium-ion battery waste is recycled. According to Recycling International only seven EU-countries recycle 45 % of battery waste. The recycling processes have some significant problems. The batteries vary in size and structure which makes recycling harder. One of the biggest problems are less valuable impurity metals found in these batteries. Metals such as copper, aluminium and iron disturb the recycling of the more expensive metals like cobalt and lithium.
The most important chemical unit processes for recycling lithium-ion battery waste are acid leaching, precipitation and liquid-liquid extraction. Different metals in the batteries can be recycled with the help of these processes. It is also very important to find the optimal conditions for each process. With optimal conditions you can remove the less important materials quickly making the purity and yield of the more valuable materials higher.
This thesis is based on written articles, and the purpose is to study aforementioned chemical unit processes for recycling lithium-ion battery waste focusing on aluminium, copper and iron. From these chemical unit processes acid leaching is very simple but the yield for the wanted materials is quite low. After leaching the battery waste the wanted metals in the waste can be extracted via precipitation or liquid-liquid extraction. Precipitation is a cheaper process but with liquidliquid extraction nearly 100 % of wanted materials can be extracted.