مطحنة الكرات لبطاريات الليثيوم أيون: حل ثوري لإعادة التدوير

كعالمي بطارية ليثيوم أيون مع وصول أحجام الخردة إلى ملايين الأطنان - ومن المتوقع أن تصل إلى 2.8 مليون طن بحلول عام 2025 - يُشكل الاستهلاك المرتفع للطاقة لطرق المعالجة الحرارية المعدنية التقليدية (>1500 درجة مئوية) والتلوث الحمضي الشديد الناتج عن عمليات المعالجة المائية المعدنية (إنتاج 5-8 أطنان من مياه الصرف الحمضية لكل طن من البطاريات المستهلكة) تحديات كبيرة أمام تحقيق أهداف الحياد الكربوني. في المقابل، تُقدم مطحنة الكرات لبطاريات أيونات الليثيوم حلاً أكثر استدامة. تُمكّن هذه التقنية الميكانيكية الكيميائية من إعادة بناء المواد على المستوى الذري من خلال تفاعلات الطور الصلب في درجة حرارة الغرفة، مما يُقلل استهلاك الطاقة لاستعادة المعادن بمقدار 83% مقارنةً بالمعالجة الحرارية المعدنية، ويُقلل استخدام عوامل الاستخلاص بمقدار 90%. يُعيد هذا الإنجاز تشكيل المشهد التقني لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم.

إنجازات جوهرية في مطحنة الكرات لبطاريات الليثيوم أيون

آلية التنشيط الميكانيكي الكيميائي

التفكك الانتقائيمن خلال التحكم في نسبة الكرة إلى المادة (20:1) وسرعة الدوران (400 دورة في الدقيقة)، يُمكن استخلاص الليثيوم انتقائيًا (كفاءة >99%) من شبكة LiNiCoMnO₂. ونتيجةً لذلك، تُثري هذه العملية الكوبالت والنيكل والمنجنيز في حالتها الصلبة.

تفاعل الاختزال في الموقعاستخدم فريق بحثي سائل إيميدازوليوم جليكول الأيوني كوسيط. أثناء عملية الطحن بالكرات، يُختزل Co⁰ مباشرةً إلى Co²⁺ قابل للذوبان بواسطة أكسجين الشبكة. هذا يُلغي الحاجة إلى عوامل الاختزال التقليدية، مثل NaHSO₃، ويُقلل انبعاثات الغازات السامة إلى الصفر.

التحكم في حجم الجسيمات ونشاطها:يُنتج طحن الكرات بمساعدة البلازما (طحن-P) شبكة شقوق (10-50 نانومتر) في مادة الكاثود. هذا يزيد مساحة السطح النوعية بمقدار 8 مرات، ويُقلل وقت الاستخلاص الحمضي اللاحق من 6 ساعات إلى 30 دقيقة فقط.

مصفوفة ابتكار العمليات

الطريق الفني	المعلمات الرئيسية	كفاءة الاسترداد (%)	مقارنة انبعاثات الكربون مع العمليات التقليدية
طحن الأحماض العضوية المشتركة	2 مول/لتر من حمض الأسيتيك + 2 مل من H₂O₂ عند 70 درجة مئوية	لي: 98.39	↓76%
التحويل الميكانيكي للكلوريد	طحن مشترك باستخدام كلوريد البوليفينيل + LiCoO₂ (نسبة الكرة 15:1)	كو: 90↑	لا مياه صرف صحي حمضية
طحن الكرات بالتحلل الحراري منخفض الحرارة	معالجة أولية عند 400 درجة مئوية + طحن جاف لاحق	إجمالي العائد المعدني >95%	↓89%

دراسات حالة للتطبيق الصناعي

عرض توضيحي للاقتصاد الدائري المغلق

قامت إحدى الشركات بتطوير خط معالجة سنوي بقدرة 20 ألف طن باستخدام عملية "التكسير المباشر - تنشيط مطحنة الكرات - الفصل بتدفق الهواء".

• نقاء المعدنيصل محتوى Li/Co/Ni في المسحوق الأسود إلى 99.82%/99.75%/99.68%، وهو ما يتوافق مع معيار إعادة التدوير المباشر GB/T 34015-2017.
• أداء الطاقةتستهلك هذه العملية 78 كيلوواط/ساعة فقط من الكهرباء لكل طن من البطاريات المستهلكة (مقارنةً بـ 350 كيلوواط/ساعة للعمليات الرطبة التقليدية). وهذا يُقلل انبعاثات الكربون بما يعادل زراعة 120 ألف شجرة سنويًا.

تحليل التكلفة والفائدة

تكلفة الاستثمار:تمثل مطحنة الكرات لنظام بطاريات الليثيوم أيون 38% من إجمالي الاستثمار، وهو أقل بـ 52% من معدات الاستخلاص الحمضي.

تكلفة التشغيل:تبلغ التكلفة 21 ألف يوان/طن (مقارنة بـ 38 ألف يوان/طن للعمليات الرطبة).

قيمة المنتج الثانوي:يتمتع كربونات الليثيوم المستعاد بنقاء 99.9%، مما ينتج عنه علاوة 15%.

امتدادات التكنولوجيا المستقبلية

• ذكي طحن الكرات نظام:يمكن التحكم في مسار حركة وسائط الطحن باستخدام إشارات الانبعاث الصوتية المدعومة بالذكاء الاصطناعي.
• بمساعدة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج:أظهرت مؤسسة أمريكية أن طحن الكرات عند 7.4 ميجا باسكال يمكن أن يزيد من كفاءة تحلل الإلكتروليت إلى 99.97%.
• الاقتران الميكروبي الميكانيكيطوّر معهد أبحاث سلالة بكتيرية مقاومة للأحماض. تزيد هذه السلالة من استخلاص الكوبالت بمقدار 12% خلال مرحلة الاستخلاص الحيوي بعد طحن الكرات.

خاتمة

طحن الكرات تُحدث هذه التقنية، القائمة على مبدأ "التنشيط الفيزيائي بدلاً من الذوبان الكيميائي"، نقلةً نوعيةً في إعادة تدوير بطاريات الليثيوم. فهي تُحوّل العملية من "معالجة عالية التلوث" إلى "استغلال اقتصادي للذرات". علاوةً على ذلك، ومع لوائح البطاريات الجديدة للاتحاد الأوروبي (المقرر تنفيذها بالكامل عام ٢٠٢٧)، سترتفع عتبة كفاءة إعادة التدوير إلى ٩٠١TP3T. ونتيجةً لذلك، ستصبح هذه التقنية، منخفضة الطاقة، وعديمة الانبعاثات، والتي تعمل في درجة حرارة الغرفة، بنيةً تحتيةً أساسيةً للسلسلة الصناعية العالمية. ومن المتوقع أن تزيد الطرق الكيميائية الميكانيكية من انتشارها في السوق خلال السنوات الخمس المقبلة من ١٨١TP3T إلى ٥٤١TP3T، بمعدل نمو سنوي مركب قدره ٢٩.٧١TP3T.

مسحوق ملحمي

تتمتع شركة إيبك باودر، بفضل مطحنة الكرات المتطورة لبطاريات أيونات الليثيوم ومعدات التصنيف الخاصة بها، بمكانة متميزة لدعم هذا التحول التكنولوجي. علاوة على ذلك، توفر الشركة حلول طحن وتنشيط عالية الكفاءة مصممة خصيصًا لإعادة تدوير بطاريات أيونات الليثيوم. تساعد هذه الحلول على تقليل استهلاك الطاقة وتقليل النفايات، كما أنها تعزز نقاء المواد المستعادة. ومع توجه صناعة إعادة تدوير بطاريات الليثيوم نحو ممارسات أكثر مراعاة للبيئة واستدامة، ستلعب تقنية طحن الكرات المبتكرة من إيبك باودر دورًا محوريًا في تطوير هذه العمليات عالميًا.