مع تزايد الطلب على السيارات والأجهزة الكهربائية، بات من الضروري إعادة تدوير بطاريات الليثيوم المستعملة. فهذه البطاريات أساسية للتكنولوجيا الحديثة، إلا أنها تضر بالبيئة إذا تم التخلص منها بطريقة غير سليمة. تتيح إعادة التدوير استخلاص مواد قيّمة مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل، مما يقلل الحاجة إلى التعدين الجديد ويساهم في حماية البيئة. كما أن عمليات المعالجة المتقدمة تُمكّن من إدارة المواد السامة بأمان، ما يمنع التلوث ويعزز الاستدامة. في ظل التركيز العالمي على الاقتصاد الدائري، يجب علينا الاستثمار في حلول جديدة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم المستعملة، فهي ضرورية لمستقبل أكثر استدامة.
إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة: حلول مستدامة لمستقبل أكثر اخضرارًا
تحتوي بطاريات الليثيوم المُستغنى عنها على كمية كبيرة من موارد المعادن الثقيلة غير المتجددة ذات القيمة الاقتصادية العالية. يتكون القطب الموجب في بطاريات الليثيوم من مسحوق أكسيد الليثيوم والكوبالت، بينما يتكون القطب السالب من مسحوق الجرافيت. ويحتوي كلا القطبين على كميات كبيرة من المعادن مثل الكوبالت والنيكل والمنغنيز والنحاس والألومنيوم.
لا يقتصر دور إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المهملة أو غير المطابقة للمواصفات على تخفيف الضغط البيئي الناجم عن نفايات البطاريات فحسب، بل يساهم أيضًا في منع هدر المعادن الثقيلة القيّمة مثل الكوبالت والنيكل والمنغنيز. ونتيجةً لذلك، ونظرًا لمحدودية الموارد وضرورة الحوكمة البيئية، تولي دول العالم أهمية بالغة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم المهملة.
في عملية إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة، تُستخدم تقنيتان رئيسيتان: إعادة التدوير الجاف وإعادة التدوير الرطب. تتطلب تقنية إعادة التدوير الرطب مسارًا طويلًا، واستثمارات كبيرة، ومعدات عديدة. وهي غير قادرة على إعادة تدوير معدن الألومنيوم، ولا يمكنها معالجة مادة PVDF الموجودة في بطاريات الليثيوم.
قسم إعادة تدوير بطاريات الليثيوم في درجات الحرارة العالية
من جهة أخرى، تنقسم تقنية إعادة التدوير الجاف بشكل رئيسي إلى عمليات جافة عالية الحرارة (حوالي 800 درجة مئوية) وعمليات جافة منخفضة الحرارة (حوالي 400 درجة مئوية). تتميز تقنية إعادة التدوير الجاف بمسار معالجة أقصر ومتطلبات معدات أقل. وهي قادرة على معالجة مادة PVDF بكفاءة، ولكنها تستهلك طاقة عالية وتتطلب حرارة كبيرة. ينتج عن عملية المعالجة الجافة حتمًا غاز حمض الهيدروفلوريك (أو غازات هاليد الهيدروجين الأخرى) وغازات نفايات التكسير العضوي. يجب معالجة هذه الغازات بشكل منفصل لتجنب أي تأثير بيئي كبير، مما يستلزم استثمارًا ضخمًا في مرافق حماية البيئة.
بطارية الليثيوم تتضمن معدات إعادة التدوير والمعالجة عادةً خط تفكيك (لإعادة الاستخدام) + خط فصل الهواء للطحن والسحق + خط إنتاج الاستخلاص (إعادة الاستخلاص). ومن بين هذه الخطوط، يُعد خط فصل الهواء للطحن والسحق (أي خط المسحوق) جوهر معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم الكاملة.
مع ذلك، لا يزال العديد من المصنّعين المحليين يستخدمون عملية محددة تتضمن التقطيع والتكسير الثانوي والطحن والفصل الهوائي (باستخدام أفران خارجية ذات درجات حرارة عالية ومتوسطة). لا تعالج هذه العملية مشكلات الاشتعال والانفجار المرتبطة ببطاريات الليثيوم المستعملة من مصدرها، مما يؤدي إلى تكاليف معالجة تقارب 3000 يوان للطن الواحد.
لقد أدخلنا تكنولوجيا أجنبية متطورة ونفذنا إصلاحات تكنولوجية. صُممت آلية تغذية فرن التحلل الحراري عالي الحرارة الذي ننتجه بأنفسنا بنظام تحكم متغير التردد في السرعة لإنشاء حزام تفريغ عالي الحرارة، مما يحل بشكل فعال مخاطر الحريق والانفجار المرتبطة بآلات التقطيع.
يساهم هذا الابتكار بشكل كبير في خفض تكاليف إنتاج وتشغيل المعدات. إضافةً إلى ذلك، لا يتطلب خط إنتاج معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم الفريد هذا استخدام النيتروجين أو أي غازات أخرى عازلة للأكسجين، مما يقلل من نفقات الإنتاج والتشغيل.
نظام إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة:
1. يشمل هذا النظام معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة، بالإضافة إلى معدات معالجة الغازات الناتجة. تتكون معدات إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة من جهاز تقطيع أولي لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم، وجهاز تحلل حراري، وجهاز معالجة لاحقة (يشمل معدات التكسير والطحن وفصل الهواء الثانوي) متصلة على التوالي.
يشتمل جهاز الانحلال الحراري على فرن انحلال حراري، وجهاز تحكم في حجم الهواء بتردد متغير، وجهاز معالجة مسبقة للإنتاج، ودمج فرن دوار جاف، وجهاز معالجة لاحقة، وكلها متصلة على التوالي.
يرتبط منفذ العادم في الفرن الدوار الجاف ثلاثي الأبعاد بمنفذ تصريف جهاز التقطيع الأولي وجهاز حماية البيئة الخاص بالإنتاج. كما يرتبط مخرج غازات التكسير الناتجة عن فرن الانحلال الحراري بجهاز حماية البيئة. ولمعالجة مشكلة استهلاك الطاقة المرتفع في عملية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم المستعملة بالطريقة الجافة، تتضمن المجموعة الكاملة من المعدات مبادلًا حراريًا خارجيًا، مُثبَّتًا على السطح الخارجي لفرن الانحلال الحراري.
يتم توصيل مدخل الهواء للمبادل الحراري الخارجي بمنفذ تصريف غازات الاحتراق عالية الحرارة لجهاز حماية البيئة. ويُزود أنبوب التوصيل بين مخرج غازات التكسير لفرن الانحلال الحراري والفرن الدوار ذي العملية الجافة بغلاف عازل؛ ويتصل أحد الأنابيب الفرعية بمدخل الهواء للمبادل الحراري الخارجي، كما تم تركيب جهاز تنظيم التدفق عند منفذ تصريف غازات الاحتراق عالية الحرارة.
يدخل غاز النفايات الناتج عن الفرن الدوار ذي العملية الجافة إلى المبادل الحراري الخارجي لجهاز الانحلال الحراري من خلال منفذ تصريف غاز المداخن ذي درجة الحرارة العالية لجهاز حماية البيئة، ويعمل كمصدر حراري لفرن الانحلال الحراري.
الغرض من جهاز تنظيم التدفق:
يتحكم جهاز تدفق الغازات عند منفذ غازات الاحتراق عالية الحرارة في كمية هذه الغازات الداخلة إلى الأنبوب الفرعي. ويضبط هذا الجهاز حجم الهواء، محافظًا على درجة حرارة غازات الاحتراق الداخلة إلى المبادل الحراري الخارجي بين 400 و1000 درجة مئوية، بينما يُفضل أن تتراوح بين 500 و650 درجة مئوية. يُنشئ هذا الجهاز منطقة فراغ، مما يضمن تشغيل آلة التقطيع وفرن التحلل الحراري بدون أكسجين، وبالتالي يمنع الحرائق والانفجارات في عملية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم.
بعد التقطيع، تُنقل بطاريات الليثيوم المستعملة إلى فرن التحلل الحراري. هناك، تخضع المواد العضوية الموجودة في البطاريات لعملية التحلل الحراري. تعمل الحرارة على تكسير المادة الرابطة PVDF، وسداسي فلوروفوسفات الليثيوم، والمذيبات العضوية الموجودة في بطاريات الليثيوم المستعملة. ينتج عن ذلك غاز نفايات التكسير. ينتج عن احتراق غاز نفايات التكسير ثاني أكسيد الكربون، والماء، وحمض الهيدروفلوريك، وغازات أخرى.
يحتوي جهاز معالجة غازات النفايات على أكسيد الكالسيوم النانوي. وهو شديد النشاط عند درجات حرارة التشغيل. يتفاعل بسرعة مع فلوريد الهيدروجين لتكوين فلوريد الكالسيوم، مما يمنع دخول فلوريد الهيدروجين إلى الغلاف الجوي. وبالمثل، تتحد أي غازات هاليد الهيدروجين المتبقية مع الكالسيوم لتكوين هاليد الكالسيوم. يقوم جهاز مكافحة التلوث في مصنع الإسمنت بمعالجة ثاني أكسيد الكربون والماء. ويتم ذلك للوفاء بمعايير الانبعاثات.
تُعدّ إعادة تدوير ومعالجة بطاريات الليثيوم المستعملة خطوةً حاسمةً في إدارة الأثر البيئي للتخلص من البطاريات واستعادة المواد القيّمة. مع تزايد الطلب على بطاريات الليثيوم أيون، تُصبح إعادة التدوير ضروريةً للغاية، إذ تُستخدم هذه البطاريات في المركبات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية المحمولة. يجب علينا إعادة تدويرها لتجنب النفايات الخطرة واستنزاف الموارد. تتضمن عملية إعادة التدوير ثلاث خطوات: أولًا، جمع البطاريات المستهلكة؛ ثانيًا، تفكيكها بأمان؛ وأخيرًا، استخلاص مكونات مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل، والتي يُمكن إعادة استخدامها في بطاريات جديدة. تشهد تقنيات إعادة التدوير تطورًا مستمرًا، فأصبحت أكثر كفاءةً وأقل تكلفةً، ما يُسهّل استعادة المواد. يُساهم تحسين إعادة التدوير في تحقيق الاستدامة والاقتصاد الدائري، إذ يُعيد استخدام الموارد ويُقلّل الحاجة إلى المواد الخام.