Purificare le emissioni dal riciclaggio e dalla produzione delle batterie

La produzione e il riciclaggio delle batterie causano entrambi emissioni contaminate che devono essere trattate prima di essere scaricate nell'ambiente. Nella produzione di batterie, le emissioni contaminate nell'aria sono il problema maggiore; mentre nel riciclaggio, sia l'aria inquinata che le acque reflue possono essere una preoccupazione.

Importanti inquinanti della produzione e del riciclaggio delle batterie:

• N-metil-2-pirrolidone (NMP) dal processo di rivestimento;
• Esteri dell'acido carbonico come il dimetil carbonato (DMC) e l'etilmetil carbonato (EMC) come solventi elettrolitici nel processo di riempimento delle celle.
• Fluoruro di idrogeno (HF) quando i sali conduttivi, ad esempio LiPF6 , entrano in contatto con l'umidità o il legante PVDF decade, soprattutto nel processo di riciclaggio
  

L'NMP è classificato come una sostanza molto preoccupante a causa della sua tossicità, e quindi soggetto a limiti di emissioni molto severi, spesso molto al di sotto dei limiti standard dei COV. Per far fronte a queste emissioni, le aziende devono installare un impianto di purificazione efficiente o passare a molecole alternative. Oggi, l'NMP è il solvente di rivestimento preferito per la sua comprovata lavorabilità. Solventi alternativi per il processo di verniciatura come il trietil fosfato (TEP) o l'acetoacetato di etile (EAA) possono essere meno dannosi, anche se la loro operatività su larga scala non è ancora provata. Anche se non sono soggetti a limiti di emissioni così severi come l'NMP, sono comunque motivo di preoccupazione per le aziende per motivi di sostenibilità.
DMC e EMC sono meno pericolosi ma altamente volatili e fotosensibili. Proprio come le emissioni del processo di rivestimento, devono comunque essere rimosse. L'HF è corrosivo e tossico e deve quindi essere purificato.

Produzione di batterie: Ci sono diverse fasi del processo di produzione che causano emissioni di aria contaminata.

Questi includono: lo sfiato dei serbatoi di solvente (NMP, DMC/EMC), il rivestimento dei catodi (NMP); l'iniezione di elettroliti nella batteria (DMC/EMC) e il riciclaggio interno di batterie già riempite che generalmente rilascia DMC e EMC.

Le portate variano tra le diverse fasi ma possono essere elevate, anche fino a 30-40 000 m³/h. Le concentrazioni in questi flussi d'aria sono di solito basse, intorno ai 2-30 mg/Nm³. Tuttavia, sono stati osservati sul mercato limiti di emissione di 1 mg/Nm³ NMP e 10 mg/Nm³ DMC/EMC.

DESOTEC ha installato filtri di diverse dimensioni per alcune delle diverse fasi, vale a dire diversi Aircon 2000 e 3000, due AIRCON V-XL e Aircon V-L con sistema Airconnect negli impianti europei di produzione di batterie per trattare le emissioni di cui sopra.

Riciclaggio delle batterie:

Anche in questo caso, le emissioni possono essere rilasciate in diverse fasi. Il processo di triturazione è una fonte significativa. Questo comporta la separazione dei solidi dai liquidi schiacciando le batterie in un granulato, poi, l'evaporazione di gas acidi come l'acido fluoridrico e solventi. Tuttavia, soprattutto in presenza di umidità o ossigeno, si formano gas acidi come l'acido fluoridrico o il trifluoruro di fosforile, ad esempio dal sale conduttore LiPF6 o da polimeri come il PVDF. I composti organici come il legante, la pellicola e gli elettroliti possono portare ad una complessa emissione di prodotti di decomposizione, contenenti, per esempio, etene. Pertanto, gli scrubber alcalini umidi sono spesso impiegati per la rimozione dell'HF. La rimozione efficace dei composti organici volatili può essere ottenuta attraverso l'applicazione a valle del carbone attivo.

Le portate sono basse, di solito intorno a un paio di centinaia di m³/h; ma le concentrazioni di COV sono alte, spesso intorno a 1-10 g/m³.

I solventi elettrolitici evaporati (DMC/EMC ecc.) possono essere condensati e conservati in serbatoi, che rilasciano emissioni attraverso sfiati. Il granulato essiccato (spesso chiamato massa nera) contiene metalli, tra cui alluminio, nichel, cobalto, litio e anche grafite. I metalli vengono estratti dalla massa nera tramite processi termici o idrotermali. In quest'ultimo trattamento idrometallurgico, vengono utilizzati solventi che possono finire in emissioni nell'aria e nell'acqua

Mentre oggi l'attenzione al riciclaggio si concentra innanzitutto sui metalli pesanti, il Green Deal dell'UE e la direttiva sulle batterie hanno fissato obiettivi di riciclaggio ambiziosi per affrontare anche il litio. Tuttavia, molte aziende valutano anche la fattibilità del recupero di elettroliti e grafite. Durante il processo di estrazione del metallo possono essere utilizzati anche solventi o modificatori di solubilità, che possono essere trovati nelle emissioni in aria. Questa è un'altra potenziale applicazione della filtrazione a carbone attivo.

DESOTEC può fornire sia una grande unità di filtraggio, sia alcuni filtri più piccoli in serie. Questo dipende in gran parte dalle esigenze del cliente, compresa la disponibilità di spazio nel sito.

Nella produzione o nel riciclaggio delle batterie, i solventi organici o gli elettroliti che erano stati evaporati vengono condensati e reimmessi nella produzione. Tuttavia, con l'aumento dell'efficienza di tale processo, sarà necessario impiegare meno solventi o elettroliti. Questo può portare a un eventuale arricchimento di impurità negli organici circolanti, che a sua volta può avere un impatto negativo sul prodotto. Il carbone attivo è noto per rimuovere efficacemente le impurità nei solventi organici come i composti aromatici o alogenati.

La separazione idrometallurgica del litio dai metalli pesanti tramite precipitazione idrossilica lascia una salamoia contenente solfato di litio con impurità organiche dagli elettroliti, fluoro o prodotti di decomposizione contenenti fosforo misurati come TOC, carbonio organico totale. La filtrazione di questa soluzione con carbone attivo prima di un ulteriore trattamento si è dimostrata molto promettente.