Återvinning av metaller ur uttjänta Li-ion batterier - Slutrapport

Rapport, 2016

Syftet med projektet var att ta fram underlag för resurseffektiva termiska återvinningsmetoder för de litium-jonbatterier som används och kommer att användas i olika applikationer som exempelvis fordon, elektronik, handverktyg och energilagring. Möjligheter till ökad energilagring är avgörande för utvecklingen av flera förnybara energisystem som exempelvis vind och sol men även nya batteritekniker har stor potential att driva utvecklingen av nya energisystem framåt. De kommersiella processer som finns tillgängliga idag för återvinning av litium-jonbatterier är fokuserade på att återvinna vissa strategiskt viktiga metaller såsom kobolt. Sammanställning av kunskap i befintlig litteratur visar på vikten att återvinna Li från uttjänta batterier med den predikterade kraftiga ökningen av Li-jon batterier. Co är identifierat som kritiskt element och en stor del av totala användningen går idag till lithium-jonbatterier. Ytterligare en viktig aspekt ur ett nordiskt perspektiv är att hitta lokala tekniska lösningar för den starkt växande mängd uttjänta batterier som förväntas komma till återvinningsindustrin. Detta projekt har därför syftat till att ta fram grundläggande kunskap om vilka möjligheter som finns att återvinna metaller, framförallt Co, Li, Al och Cu, ur batterierna. Den första delen i projektet har fokuserat på möjligheten att återvinna aluminium och koppar genom att smälta batterier utan förbehandling tillsammans med sekundärt aluminium som smälts om till nya produkter. Koppar används som legeringsmetall i aluminium och därför är det en fördel om koppar som finns i batterierna fördelas till aluminiumsmältan. Resultat från de studier som genomförts visar att det finns potential att återvinna aluminium och tillgodogöra sig en del av kopparn som legeringsmetall genom smältning tillsammans med annat aluminiumskrot. I detta fall tyder resultaten på att metaller som litium och kobolt distribueras till en slaggfas eller avgår med gasen och hamnar i efterföljande rökgasrening. I den andra delen genomfördes grundläggande studier för att undersöka fördelning av kobolt och litium i kopparsmält system (Cu-Fe-S-O systemet). Baserat på resultat från termodynamiska beräkningar genomfördes ett antal försök i labskala för att studera fördelning av kobolt och litium mellan metall-, sulfid, -slagg, och gas under olika förhållanden. För att under kontrollerade förhållanden identifiera parametrar som påverkar fördelning blandades material med väl känd sammansättning. Litium och kobolt tillsattes i form av LiCoO2. Resultaten från studien visar att litium framförallt fördelas mellan slagg och gas, kobolt fördelas mellan metallfas och slaggfas. Under vissa förhållanden fördelades en stor del av litium till gas samtidigt som kobolt till stor del fördelades till en metallfas. Möjligheten att selektivt laka slaggen med avseende på litium med olika slaggsammansättning studerades i ett examensarbete. Resultaten gav ett relativt lågt utbyte av litium men justering av slaggsammansättning kan förbättra utbytet. Sammanfattningsvis tyder de resultat som erhållits inom detta projekt att aluminium från batterierna kan återvinnas genom smältning tillsammans med aluminiumskrot. För en effektiv återvinning av flertal metaller, inklusive Li från uttjänta Li-jon batterier bedöms att en kombination av olika metoder krävs, såsom; Förbehandling genom lågtemperaturbehandling för oskadliggörande av batteriet och mineraltekniska separationsmetoder följt av metallurgisk raffinering. För att erhålla en effektiv återvinning bedöms även att de restprodukter som genereras i olika steg behöver upparbetas.