Реальное решение проблемы утилизации литий-ионных аккумуляторов

Сибиряков Р.В., Агафонов Д.В., Ильюкевич К.Е., Кудрявцев Е.Н.

ООО «Т-Электро», Санкт-Петербург Санкт-Петербургский Государственный Технологический Институт (Технический Университет), Санкт-Петербург

В условиях массового производства и краткого срока службы современных изделий широкого потребления огромное значение приобретает завершающая стадия их существования – утилизация. Большинство мобильных устройств бытового назначения, и во всё большей степени устройств служебного назначения, используют в качестве источника энергии литий-ионные аккумуляторы (ЛИА). Эта тенденция сохранится в ближайшем будущем и, если даже на смену традиционным литий-ионным аккумуляторам придут устройства других систем, ситуация принципиально не изменится. Уже сейчас в мире производится в год около 12 млрд. аккумуляторов, число их будет расти. Утилизация ЛИА сдерживается тем, что после окончания срока службы ЛИА практически бесполезны. Переработка их не выгодна из-за дешевизны и доступности входящих в них компонентов, особенно в сравнении с трудностями, которые возникают при утилизации и повторном использовании материалов. В сравнении: утилизация свинцовых аккумуляторов позволяет вернуть в производство до 97% свинца, при этом технология регенерации металла проще, чем получение из природного сырья.

Среди литий-ионных аккумуляторов есть типы, содержащие дорогой и дефицитный кобальт, регенерация которого, безусловно целесообразна. В тоже время существуют аккумуляторы на основе соединений марганца и железа, регенерация которых из аккумуляторного лома несравненно сложнее получения из природных руд. Что касается лития, то его мало в аккумуляторах и много в природе. На сегодняшний день проблемы дефицита лития не стоит. Утилизация ЛИА осложняется так же огромным многообразием их конструкций, большинство из которых не предполагают возможности разборки.

Проведённый анализ возможных способов утилизации литий-ионных аккумуляторов, с точки зрения их технико-экономической целесообразности и экологической необходимости, привёл к выводу о том, что она должна быть минимально затратной и технологически простой. Желательно с использованием существующих технологий и оборудования. Смысл такой утилизации не только в извлечении ценных продуктов, но и в минимизации экологического вреда путём снижения объёма отходов, возвращения веществ, входивших в состав ЛИА, в состояние, в котором они прибывали в природе, до того, 101 как стали частью ЛИА или вовлечение их в какие-либо материалы и изделия, обладающие хотя бы какой-то полезностью.

В результате разработана концепция утилизации ЛИА и родственных им изделий (суперконденсаторов, первичных ХИТ и проч.) в комплексном процессе, включающем в себя:

• термическую деструкцию изделий без разборки и разделения на составляющие с улавливанием продуктов деструкции для сжигания на последующей стадии
• плавку полученных твёрдых материалов с флюсующими добавкам, улавливание печных газов для дожигания с рекуперацией тепла
• очистку печных газов с возвращением золы уноса и продуктов сгорания, отличных от воды и углекислого газа в начало процесса
• получение металла и шлака пригодных к использованию или более глубокой переработке.

В предлагаемой технологии утилизации используются, как составные части, хорошо разработанные в промышленности процессы металлургии, газоочистки, очистки сточных вод.

При оптимальном ведении процесса технология может быть безотходной и приносить доход за счёт выделения ценных компонентов. В частности, возможно выделение кобальта и никеля из ЛИА на основе их соединений. Такие аккумуляторы могут перерабатываться, в рамках предлагаемой технологии, по отдельной схеме с возвратом всех малоценных отходов в основной процесс. Технология выделения кобальта включает как термо-металлургическую стадию, позволяющую получить черновой металл, так и стадию рафинирования чернового кобальта с получением металла высокой чистоты электрохимическим или газофазным карбонильным методом.