電池回收
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鉛酸蓄電池回收

迴圈經濟中電池回收的範式

電池回收,特別是鉛酸電池是儲能行業的典範。 我們都知道迴圈經濟的概念和好處。 其中最關鍵的部分是不僅要有廢舊貨物的回收過程,還要有一個既定的、安全的基礎設施來收集和運輸廢料。 隨著電池在許多商業和工業應用中的迅速普及,特別是電動汽車和儲能系統,人們越來越關注電池原材料的採購和這些電池的可回收性。 很明顯,它們的可回收性與製造原材料的可用性有著千絲萬縷的聯繫。

鉛酸電池是地球上回收率最高的商品!

目前有幾種電化學存儲技術代表了當今世界上大多數電池製造商和使用者。
圖 1. 全球銷售的不同電池化學品的比例與兆瓦時的函數
無花果。 圖1顯示了每年生產的不同類型的電池的全球MWh銷售額的近似分配。 顯然,鉛酸和鋰離子電池是主導當前電池市場的兩種技術。 同樣清楚的是,鋰離子電池的增長速度非常快,並且對這種增長率存在擔憂。 一個是鋰電池缺乏商業回收過程,這可能導致報廢處置問題。

另一個是可能沒有足夠的材料來製造電池以滿足不斷增長的需求。 這兩者有著千絲萬縷的聯繫,在這篇博客中,我們將探討鉛酸化學如何成為所有類型的電化學存儲系統電池回收的模型。
區分鉛酸化學的優點之一是它的年齡。 因此,我們開發了回收和再利用所有建築材料的方法,在某種程度上,我們可以聲稱整個電池的回收率幾乎達到100%。

電池回收如何工作?

這個令人印象深刻的統計數據不僅僅是用於材料破碎,分類和精鍊的機械和化學方法的功能,它還涉及擁有收集和分銷網路。 鉛冶鍊和精鍊過程已經為人類所知數千年。 然而,鉛的屬性,有利於 電池回收, 即低熔點和缺乏反應性,是那些降低其電化學活性的屬性,從而降低其能量密度。 這種可回收性是接受鉛作為電池結構材料的主要因素;儘管已知其毒性, 但這是. 對於電池製造商和電池回收商來說,目前都令人擔憂的是毒性。

因此,正在開發傳統污染火法冶金技術的替代方法。 這些方法依賴於電池活性物質在溶劑中的溶解,然後以各種化學形式提取鉛。 我們將在下一篇文章中討論這兩種方法的優缺點,並就其相對優點發表看法。 但就這個例子而言,我們專注於鉛酸技術以及目前使用的回收基礎設施和方法。 在這一點上,簡要介紹回收的一般原則將是有用的,以便瞭解有效和商業地回收所有電池類型需要克服的障礙。

回收的一般定義是:

  • “將廢物轉化為可用材料的行動或過程。
  • 這個定義可以進一步完善,並分為兩個流:開放和閉環回收。
Fig 1 Worldwide battery market
圖 1. 全球電池市場規模
Fig 3. Circular economy recycling credentials of lead acid batteries
圖 2. 鉛酸蓄電池的迴圈經濟回收資質

開環回收和閉環回收

無花果。 2 給出了這兩種類型的一般原則。 閉環意味著回收的材料在其原始用途中重複使用,例如廢玻璃瓶被回收成更多的玻璃瓶。 開環回收是將回收的材料重新用於不同的,可能是一次性使用,最後最終成為無法使用的廢物。 這方面的一個例子是焚燒生活垃圾,為購物中心提供當地供暖。 副產品,主要是NOx,SOx和CO2等氣體,將被視為污染物。 任何固體副產品也將是無法使用的廢物,最終進入垃圾填埋場。

電池回收是否有利可圖?

雖然上面給出的回收定義對於討論目的來說是可以的,但我們需要添加一個詞:”經濟地”在轉換和浪費之間,以便有一個經濟上可行的過程。 這很重要。 沒有這個關鍵因素,任何企業都不會承擔收集和運輸廢物所需的費力,昂貴的過程,以及提取和回收所需材料的成本和費用。 作為一般原則,毫無疑問,從技術上講,從地球上每個製造的元件中回收和再循環幾乎任何東西都是可能的。 技術和訣竅是存在的。 問題是,它要花多少錢?

考慮到這些原則,我們可以專門研究 電池回收。 無花果。 [0012] 3、為原理圖,說明鉛酸蓄電池的迴圈、官方回收做法。

Fig 3a. Circular economy recycling credentials of lead acid batteries
圖 3. 鉛酸蓄電池的迴圈經濟回收資質
Fig 4. Recycling efficiency for lead acid batteries in European Nations
圖 4. 歐洲國家鉛酸電池的回收效率

回收電池後會發生什麼?

由此可見,從製造到電池處置和回收,有一條行之有效的知情途徑。 在一些收集點,原始零售商或私人和公共電池回收點使用消費者退回的電池,用於將電池回收到新電池的特定目的。 需要注意的一件事是,由於其危險性,廢舊電池的運輸需要適當的密封。 這些程式和工作實踐是指官方的電池回收組織,這些組織由收集和交付公司,零售組織,鉛冶鍊廠和精煉廠(通常稱為回收商)組成,這些組織通過收集,儲存和運輸危險材料的立法和法規的粘合劑將它們結合在一起。

電池回收如何工作?

然而,正如人們廣泛認識到的那樣,也有非正規部門在官方路線的昂貴法律限制之外進行電池回收。

雖然已知非洲、印度和南美洲等國存在這種情況,但據信,以歐洲為代表的工業發達國家不會在這個閉環進程中求助於非正式因素。 如果是這樣,我們應該在歐洲國家擁有接近100%的電池回收效率。

為什麼回收電池很重要?

不幸的是,事實並非如此,圖。 圖4顯示了歐洲大部分地區的電池回收狀況。 在這裡,我們可以看到,30個國家中只有8個國家在2018年實現了90%以上的電池回收效率,只有4個國家達到或接近達到100%的回收率和電池回收率。 然而,這些統計數據背後有許多因素,包括報告標準和與當前年度銷售水準相匹配的移動目標,電池壽命和前幾年銷售的廢料量。 儘管有立法,但歐洲廢舊電池的流動和分配有時仍然可以通過非正式的,抱歉說是非法的手段進行。

我們為什麼要回收電池?

當需求高而供應短缺時尤其如此。
這就引出了下一點,即對經常被引用的統計數據的混淆,即鉛酸電池幾乎100%回收利用。 當我們談論從過程中回收的電池材料量時,情況確實如此,而不是回收的電池總量。 這意味著電池中幾乎所有的塑膠,鉛和酸最終都成為更多電池的原料。 在某些情況下,它可以包括其他材料的原料,例如用於製造肥料的硫酸。

無論如何,從技術上講,不可能100%收回任何東西,因為一些損失將不可避免地發生,儘管損失不到1%。 如前所述,將硫酸轉移到其他用途也意味著回收程式不完全符合鉛組織和電池回收公司網站上愉快描繪的迴圈模型。 我們還需要添加不可避免的有毒排放物和廢物(爐渣),這些排放物和廢物(爐渣)可以通過鉛酸 電池回收的熱冶金方法產生。

為了了解電池回收率,過程中的任何損失以及產生的任何廢物,我們需要檢查鉛酸電池中的材料以及回收過程的化學和工程原理。 無花果。 圖5是鉛酸 蓄電池回收過程中所用的回收工藝示意圖。

什麼是電池回收廠?

Fig 5. Processing route for collected lead acid battery scrap
圖 5. 收集鉛酸電池廢料的處理路線
Fig 6. Lead acid battery scrap starting to be processed at a battery recycling plant
圖 6. 在電池回收工廠開始處理鉛酸電池廢料

電池回收工藝

在這種情況下,它是當前的火法冶金方法,這是迄今為止唯一的商業化工藝。 該圖顯示了收集並交付到電池回收現場后的4個基本階段。 這些是:

  • 電池斷開和隔離。 將電池廢料放入錘磨機中破碎,然後分離成鹼性含鉛漿料,金屬網格顆粒,塑膠鑽頭和酸性成分,圖。 6.
  • 脫硫。 糊狀或鉛狀活性物質用純鹼處理以除去硫。
  • 冶鍊(鼓風或回聲)爐。 然後將脫硫的漿料在鼓風或迴響爐中冶鍊,以將含鉛化合物還原為軟鉛或硬鉛金條,具體取決於廢料的成分和預期的最終產品,如圖。 7.
Fig 7. Reverberatory furnace used for lead acid battery active material recycling
圖 7. 一種用於鉛酸蓄電池活性物質回收的反射爐
Fig 8. Schematic comparing two dissolution routes to lead acid battery active material recycling
圖 8. 兩種溶出途徑與鉛酸蓄電池活性材料回收利用的對比示意圖

電池廢料回收

  • 精煉鉛金條。 最常見的方法是煆燒以產生軟(純)鉛或硬(合金)鉛。
    這張圖提出了一些有趣的觀點。 除了作為產品的回收部件外,還存在各個工藝階段的排放問題。

這些通常是大氣和排放的氣體(COx,SOx,NOx),含鉛粉塵和含有污染物(如硫和鉛)的廢水。 這些排放受每個國家/地區實施鉛回收的國家和地方標準的約束。 現代水準非常小,空氣,土地和水的污染通常是受管制的正規部門過去的一個問題。 然而,非正規部門的情況並非如此,據世界衛生組織稱,非正規部門一直並仍然對一些城市和村莊的土地嚴重污染和血鉛水準升高負責。

火法冶金工藝的另一個發展是從廢渣中回收金屬污染物,這可以使這種廢物部分適用於土地或道路填充專案。
這些溶解過程的兩個例子是Aurelius和Citrecycle的專利技術。 這兩家公司都有一種工藝,使用檸檬酸作為溶劑來溶解鉛漿,然後將其回收各種鉛化合物進行進一步處理。

圖8比較了這兩個過程的流程圖。 從圖中可以看出,電池廢料仍然像常規方法一樣破碎和分離,但缺少冶鍊和脫硫過程。 有一種可銷售的產品,即乾燥的檸檬酸鉛,可以出售給正規部門,在受控和受管制的條件下進行進一步加工。 有人提議,目前的非正規回收部門可以在地方當局的控制下,以模組化形式採用這類程式。 它不僅具有雙重好處,不僅可以防止鉛污染和血液中毒,還可以將非正式回收者吸引到正規回收部門的控制中。

鉛酸電池是地球上回收率最高的商品! - 圖9

Fig 9. Status of global material recycling rates
Fig 9. Status of global material recycling rates

鉛酸 電池回收 行業確實是迴圈經濟的典範,可以作為第一階段的藍圖,從中可以衍生出適合不同電池化學的各種反覆運算。 然而,目前的熱冶金電池回收方法圍繞著鉛的毒性以及排放和廢物的控制,存在著挑戰。 需要改進對不符合國家和地方政府在收集、儲存和處理廢電池時規定的法律要求的非正規部門的管理。 然而,旨在解決污染和安全問題的更便宜,更環保的新工藝正在接近商業可用性。

通過這些更安全,污染更少的方法,從電池廢料中生產四九軟鉛的目標將得以實現。 全球經濟和政治影響電池製造中使用的材料和鉛的供應。 所有內部產生的電池廢料完全回收電池,使用產生較少的CO2,去除爐渣和最小化污染的方法,是前進的道路。 雖然鉛酸電池回收的現狀可能是目前的典範,但該行業仍在努力改進,使其所有工藝更清潔,更安全,更環保。

希望實現這一目標的新技術可能是向前邁出的重要一步 ,Microtex將一如既往地站在最前沿,準確地向客戶和合作夥伴通報直接影響我們所有人的最新電池技術發展。

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