Purification des émissions provenant du recyclage et de la production des batteries

La production et le recyclage des batteries provoquent tous deux des émissions contaminées qui doivent être traitées avant d'être rejetées dans l'environnement. Dans le cas de la production de batteries, les émissions atmosphériques contaminées constituent le problème le plus important, tandis que dans le cas du recyclage, l'air pollué et les eaux usées peuvent constituer une préoccupation.

Polluants importants provenant de la production et du recyclage des batteries :

• N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) du processus de revêtement ;
  

• Les esters d'acide carbonique tels que le carbonate de diméthyle (DMC) et le carbonate d'éthylméthyle (EMC) comme solvants d'électrolyte dans le processus de remplissage des cellules.
  

• Fluorure d'hydrogène (HF) lorsque les sels conducteurs, par exemple LiPF6 , entrent en contact avec l'humidité ou que le liant PVDF se dégrade, notamment lors du processus de recyclage.
  

Le NMP est classé comme une substance extrêmement préoccupante en raison de sa toxicité. Il est donc soumis à des limites d'émissions très strictes, souvent bien inférieures aux limites standard de COV. Pour faire face à ces émissions, les entreprises doivent soit installer un système de purification efficace, soit passer à des molécules alternatives. Aujourd'hui, le NMP est le solvant de revêtement préféré en raison de sa capacité de traitement éprouvée. Des solvants alternatifs pour le processus de revêtement, tels que le phosphate de triéthyle (TEP) ou l'acétoacétate d'éthyle (EAA), peuvent être moins nocifs, bien que leur exploitabilité à grande échelle ne soit pas encore prouvée. Bien qu'ils ne soient pas soumis à des limites d'émissions aussi strictes que celles du NMP, ils restent une source de préoccupation pour les entreprises pour des raisons de durabilité.
Les DMC et EMC sont moins dangereux mais très volatils et photosensibles. Tout comme les émissions du processus de revêtement, ils doivent être éliminés. Le HF est corrosif et toxique et doit donc être purifié.

Production de batteries : Plusieurs étapes du processus de production sont à l'origine d'émissions atmosphériques contaminées.

Il s'agit notamment de la mise à l'air libre des réservoirs de solvant (NMP, DMC/EMC), du revêtement des cathodes (NMP), de l'injection d'électrolytes dans la batterie (DMC/EMC) et du recyclage interne des batteries déjà remplies qui libère généralement du DMC et de l'EMC.

Les débits varient entre les différents étages mais peuvent être élevés, jusqu'à 30-40 000 m³/h. Les concentrations dans ces flux d'air sont généralement faibles, de l'ordre de 2-30 mg/Nm³. Toutefois, des limites d'émission de 1 mg/Nm³ de NMP et de 10 mg/Nm³ de DMC/EMC ont été observées sur le marché.

DESOTEC a installé des filtres de différentes tailles pour certaines des différentes étapes, à savoir plusieurs Aircon 2000 et 3000, deux AIRCON V-XL et Aircon V-L avec système Airconnect dans des installations européennes de production de batteries pour traiter les émissions susmentionnées.

Recyclage des batteries :

Là encore, les émissions peuvent être libérées à plusieurs étapes. Le processus de broyage est une source importante. Il s'agit de séparer les solides des liquides en broyant les batteries pour en faire des granulés, puis en évaporant les gaz acides comme l'acide fluorhydrique et les solvants. Cependant, surtout en présence d'humidité ou d'oxygène, des gaz acides comme l'acide fluorhydrique ou le trifluorure de phosphore se forment, par exemple à partir du sel conducteur LiPF6 ou de polymères comme le PVDF. Les composés organiques comme le liant, la feuille et les électrolytes peuvent conduire à une émission de produits de décomposition complexes, contenant par exemple de l'éthène. C'est pourquoi les laveurs alcalins humides sont souvent utilisés pour éliminer le HF. L'élimination efficace des composés organiques volatils peut alors être obtenue par l'application en aval de charbon actif.

Les débits sont faibles, généralement de l'ordre de quelques centaines de m³/h, mais les concentrations de COV sont élevées, souvent de l'ordre de 1 à 10 g/m³.

Les solvants de l'électrolyte évaporés (DMC/EMC, etc.) peuvent être condensés et stockés dans des réservoirs, qui libèrent des émissions par des évents. Le granulat séché (souvent appelé masse noire) contient des métaux, notamment de l'aluminium, du nickel, du cobalt, du lithium et également du graphite. Les métaux sont extraits de la masse noire par des procédés thermiques ou hydrothermaux. Dans ce dernier traitement hydro-métallurgique, des solvants sont utilisés et peuvent se retrouver dans les émissions atmosphériques et aquatiques.

Alors qu'aujourd'hui, le recyclage se concentre d'abord sur les métaux lourds, le contrat vert de l'UE et la directive sur les batteries ont fixé des objectifs de recyclage ambitieux pour traiter également le lithium. Cependant, de nombreuses entreprises évaluent également la faisabilité de la récupération des électrolytes et du graphite. Au cours du processus d'extraction des métaux, des solvants ou des modificateurs de solubilité peuvent également être utilisés, ce qui peut se retrouver dans les émissions atmosphériques. Il s'agit d'une autre application potentielle de la filtration sur charbon actif.

DESOTEC peut fournir soit une grande unité de filtration, soit quelques filtres plus petits en série. Cela dépend largement des besoins du client, y compris de l'espace disponible sur le site.

Dans la production ou le recyclage des batteries, les solvants organiques ou les électrolytes qui se sont évaporés sont condensés et réinjectés dans la production. Toutefois, avec l'augmentation de l'efficacité de ce processus, il faudra utiliser moins de solvants ou d'électrolytes factices. Cela peut conduire à un enrichissement éventuel des impuretés dans les produits organiques en circulation, ce qui peut avoir un impact négatif sur le produit. Le charbon actif est connu pour éliminer efficacement les impuretés dans les solvants organiques comme les composés aromatiques ou halogénés.

La séparation hydro-métallurgique du lithium des métaux lourds par précipitation hydroxyle laisse une saumure contenant du sulfate de lithium avec des impuretés organiques provenant des électrolytes, des produits de décomposition contenant du fluor ou du phosphore mesurés sous forme de COT (carbone organique total). La filtration de cette solution avec du charbon actif avant un traitement ultérieur s'est avérée très bénéfique.