Шаровая мельница для литий-ионных аккумуляторов: революционное решение для переработки

Как глобальный литий-ионный аккумулятор Объёмы лома достигают миллионов тонн и, по прогнозам, достигнут 2,8 млн тонн к 2025 году. Высокое энергопотребление традиционных пирометаллургических методов (>1500 °C) и сильное кислотное загрязнение от гидрометаллургических процессов (производство 5-8 тонн кислых сточных вод на тонну отработанных батарей) создают серьёзные проблемы для достижения целей углеродной нейтральности. В отличие от этого, шаровая мельница для литий-ионных аккумуляторов предлагает более экологичное решение. Эта механохимическая технология позволяет реконструировать материал на атомном уровне посредством твердофазных реакций при комнатной температуре, сокращая энергозатраты на извлечение металла на 83% по сравнению с пирометаллургией и уменьшая использование выщелачивающих реагентов на 90%. Этот прорыв меняет технический ландшафт переработки литиевых аккумуляторов.

Ключевые прорывы в области шаровых мельниц для литий-ионных аккумуляторов

Механизм механохимической активации

Избирательная диссоциация: Регулируя соотношение шариков к материалу (20:1) и скорость вращения (400 об/мин), можно селективно извлекать литий (эффективность >99%) из решётки LiNiCoMnO₂. В результате этот процесс обогащает кобальт, никель и марганец в твёрдом состоянии.

Реакция восстановления in situ: Исследовательская группа использовала в качестве среды ионную жидкость имидазолийгликоль. В процессе шаровой мельницы Co⁰ напрямую восстанавливается до растворимого Co²⁺ решёточным кислородом. Это устраняет необходимость в традиционных восстановителях, таких как NaHSO₃, и сводит к нулю выбросы токсичных газов.

Контроль размера частиц и активностиПлазменное шаровое измельчение (P-измельчение) создаёт сеть трещин (10–50 нм) в материале катода. Это увеличивает удельную поверхность в 8 раз и сокращает время последующего кислотного выщелачивания с 6 часов до всего лишь 30 минут.

Матрица инноваций процессов

Технический маршрут	Ключевые параметры	Эффективность восстановления (%)	Сравнение выбросов углерода с традиционными процессами
Совместное измельчение с органической кислотой	2 моль/л уксусной кислоты + 2 мл H₂O₂ при 70°C	Ли: 98.39	↓76%
Механическая конверсия хлорида	Совместное измельчение ПВХ + LiCoO₂ (соотношение шаров 15:1)	Ко: 90↑	Никаких кислых сточных вод
Низкотемпературный пиролиз - шаровая мельница	Предварительная обработка 400°C + последующее сухое шлифование	Общий выход металла >95%	↓89%

Примеры промышленного применения

Демонстрация экономики замкнутого цикла

Одна компания разработала линию по переработке мощностью 20 000 тонн в год с использованием процесса «дробление в реальном времени — активация в шаровой мельнице — разделение потоком воздуха».

• Чистота металла: Содержание Li/Co/Ni в черном порохе достигает 99,82%/99,75%/99,68%, что соответствует стандарту прямой переработки GB/T 34015-2017.
• Энергетическая эффективность: Этот процесс потребляет всего 78 кВт·ч электроэнергии на тонну отработанных батареек (по сравнению с 350 кВт·ч при традиционном мокром процессе). Это сокращает выбросы углерода, эквивалентные ежегодной посадке 120 000 деревьев.

Анализ затрат и выгод

Инвестиционные затраты: На шаровую мельницу для системы литий-ионных аккумуляторов приходится 38% от общего объема инвестиций, что на 52% меньше, чем на оборудование для кислотного выщелачивания.

Эксплуатационные расходы: Стоимость составляет 21 000 юаней/тонну (по сравнению с 38 000 юаней/тонну при мокром процессе).

Стоимость побочного продукта: Полученный карбонат лития имеет чистоту 99,9%, что обеспечивает премию 15%.

Будущие расширения технологий

• Разумный Шаровая мельница Система: Траекторию движения измельчающих тел можно контролировать с помощью сигналов акустической эмиссии, полученных с помощью искусственного интеллекта.
• Сверхкритический CO₂-ассистированный: Американское учреждение показало, что шаровая мельница при 7,4 МПа может повысить эффективность разложения электролита до 99,97%.
• Микробно-механическая связь: Научно-исследовательский институт разработал кислотоустойчивый штамм бактерий. Этот штамм увеличивает извлечение кобальта на 12% на этапе биовыщелачивания после шаровой мельницы.

Заключение

Шаровая мельница Технология, основанная на принципе «физической активации вместо химического растворения», преобразует процесс переработки литиевых аккумуляторов. Она переводит процесс с «высокотоксичной переработки» на «атомоэкономичную утилизацию». Более того, с введением в ЕС нового регламента по аккумуляторам (который должен быть полностью введён в действие в 2027 году) порог эффективности переработки повысится до 90%. В результате эта технология, работающая при комнатной температуре, с низким энергопотреблением и нулевым уровнем выбросов, станет неотъемлемой частью глобальной промышленной цепочки. Ожидается, что в течение следующих пяти лет механохимические методы увеличат своё проникновение на рынок с 18% до 54%, при среднегодовом темпе роста 29,7%.

Эпический порошок

Компания Epic Powder, обладая передовой шаровой мельницей для литий-ионных аккумуляторов и классификационным оборудованием, занимает выгодное положение для поддержки этого технологического сдвига. Более того, компания предлагает высокоэффективные решения для измельчения и активации, специально разработанные для переработки литий-ионных аккумуляторов. Эти решения помогают снизить потребление энергии и минимизировать количество отходов. Кроме того, они повышают чистоту получаемых материалов. По мере того, как отрасль переработки литиевых аккумуляторов переходит к более экологичным и устойчивым методам, инновационная технология шаровой мельницы Epic Powder сыграет ключевую роль в развитии этих процессов во всем мире.