Способы утилизация аккумуляторов, методы в зависимости от состава

Современный мир построен на новейших технологиях, для которых  необходимы источники питания. Наряду с обычными батарейками в быту, во всех сферах науки производства используется огромное количество источников резервного питания, которые постоянно совершенствуются. Кроме того, инженеры и конструкторы предоставляют потребителю новые виды и подвиды аккумуляторов энергии.

Необходимость утилизации аккумуляторов

Независимо от назначения аккумуляторы  содержат токсичные вещества, которые наносят огромный вред человеку и окружающей его природе при непосредственном контакте. Это происходит, когда отработанные элементы питания оказываются выброшенными вместе с обычными отходами.

Со временем оболочка конструкции нарушается под воздействием влаги и солнечных лучей и токсичные составляющие аккумуляторов попадают в окружающую среду. Сопоставляя объем АКБ и ИБП, используемых в современном мире, можно понять, что  нужно принимать срочные меры во избежание катастрофы.

Утилизация отработанных аккумуляторов обязательное мероприятие, позволяющее не только обезопасить окружающую среду, но и пополнить сырьевую базу для выпуска новых партий аккумуляторов.

Важно. Отработанные аккумуляторы содержат в своей конструкции уникальные, дорогостоящие элементы. Переработка отслуживших устройств, позволит сэкономить на добыче ископаемых руд, получить вторичное сырье для выпуска новых серий устройств хранения и передачи заряда.

Правильную и безопасную утилизацию могут выполнить только специализированные предприятия, обладатели соответствующих лицензий.

Только такие компании могут принять и утилизировать отработанные аккумуляторы, не нарушая закон.

Основные задачи утилизации АКБ

Работа устройств, предназначенных для накопления и хранения запасов электрической энергии, основана на свойствах металлов цветного и редкоземельного ряда. Эти материалы уникальны своим физическим и химическим свойствам, что делает их незаменимыми в современных технологиях. В природе они встречаются намного реже черных металлов, их разработка и добыча связана с большими трудностями, поэтому разделение и выделение компонентов аккумуляторов представляет важный показатель в экономике государства. Поэтому приветствуется:

• цикличная схема использования цветных и редкоземельных металлов, начиная от повторной переработки и дальнейшего использования в производстве;
• во многих аккумуляторах содержатся редкоземельные, цветные  металлы и их сплавы с характеристиками высокой ядовитости.
• в состав зарядных устройств входят кислоты и основания (щелочи), представляющие опасность не только человеку и животным. Их действие пагубно для растительного мира, почвы, рек озер, родников.

Несмотря на сложность процесса утилизации аккумуляторов, государство рассматривает эту проблему, как первостепенную. Такое решение было принято в результате нарушения экологии.

Классификация аккумуляторных батарей

Источники питания условно делятся на 2 большие группы: одноразовые и перезаряжаемые устройства. В первую попадают обычные батарейки, во вторую – аккумуляторы любого типа. Последующее разделение осуществляется по типу активного вещества, задействованного в химической реакции:

• щелочные (токопроводящая жидкость из водного раствора гидроксида калия КОН, катод из диоксида марганца, цинковый анод);
• цинк-углеродные (электролит из раствора хлорида аммония/цинка, углеродный катод с двуокисью марганца, анод из цинка);
• серебряные (электролит на основе гидроксида калия, катод из оксида серебра, цинковый анод);
• ртутные (электролит на основе раствора КОН, ртутный катод, анод из цинка);
• литий-марганцевые (органический электролит, литиевый анод, катод на основе диоксида марганца в виде порошка);
• цилиндровые (электролит типа КОН, кислородный катод, анод из цинка в виде порошка).

Состав электролита (токопроводящей жидкости) в сочетании с конструкцией электродов делят все типы аккумуляторных батарей на 5 категорий:

• свинцово-кислотные;
• никель-кадмиевые (вторичные щелочные батареи);
• никель-металлгидридные;
• литий-ионные;
• литий-полимерные.

Наиболее распространенными в России являются свинцово-кислотные батареи. По актуальным данным только автомобильных АКБ насчитывается свыше 3 миллионов единиц, что в перерасчете на объемы отходов равно 90 тыс. тонн свинца и его соединений, 20 тыс. тонн кислоты. Ежегодно изнашиваются сотни тысяч аккумуляторов, а потому всем владельцам личных авто важно понимать, как осуществляется утилизация.

Методы переработки аккумуляторов

Аккумуляторы представляют уникальную конструкцию, заключенную в оболочку особой прочности. Поэтому, начальная стадия процесса переработки батареи заключается в разрушении корпуса устройства, отделении его от внутреннего содержимого. Для этого используются автоматы механической обработки  аккумулятора.

После разрушения внешней оболочки прибора предусмотрены следующие этапы:

• отделение внешней металлизированной части (фракции ферромагнетиков);
• удаление диамагнетиков, оболочки из целлюлозы и полимеров;
• отсев оставшихся компонентов устройства – парамагнетиков;
• металлизированные части (ферромагнетики);
• целлюлоза и полимеры (диамагнетики);
• остальные примеси (парамагнетики).

Каждая выделенная фракция поступает на индивидуальную линию, где проходит переработку по разработанной методике.

Важно. Отработанные аккумуляторы всех видов должны быть собраны отдельно от остальных отходов в специально отведенных местах без доступа влаги. При транспортировке следует избегать ударов и любого механического воздействия.

Существует несколько видов утилизации аккумуляторных устройств, но в основном компании, работающие в этой сфере, используют два метода: пирометаллургический и гидрометаллургический.

Пирометаллургический способ

Пирометаллургический способ утилизации предназначен для работы с металлической фракцией аккумулятора. В этом варианте отходы поступают в печь, где проходят переплавку. Обработка выполняется во вращающейся печи при строго выдержанной температуре 1250⁰С. основная цель состоит в испарении остатков свинца, кадмия, цинка.

Очищенный металл (медь, никель, железо, кобальт, хром и марганец) пригоден для дальнейшего использования.

В печи, при заданной температуре металл освобождается и от таких примесей, как марганец, хром, никель, кобальт, железо, медь. Компания получает чистый металл, который пользуется спросом во многих отраслях промышленности.

Как любая технология пирометаллургический метод имеет достаточно весомые недостатки:

• энергозатраты значительные;
• по этой методике существуют выбросы вредных веществ в атмосферу;
• требуется применение дополнительных технологий для сохранения таких элементов, как никель и кадмий.

Это основные причины, по которым компании-утилизаторы воздерживаются от применения этого способа.

Гидрометаллургический способ

Утилизация АКБ и ИБП по гидрометаллургической методике основана на использовании процесса выщелачивания внутренних компонентов аккумулятора. В противоположность методу пирометаллургии данный метод направлен на сохранение элементов рабочей среды батареи. Эти компоненты востребованы во многих отраслях промышленности.

Гидрометаллургическая методика – это сложный процесс, который выполняется в несколько этапов. Тем не менее, только этот трудоемкий метод позволяет извлечь основную массу компонентов на уровне 96%.  Все полученные элементы запускаются в производство новой серии аккумулирующих устройств. Экономия очевидна: сокращается необходимость закупки и подготовки новых сырьевых материалов.

Утилизация батарей содержащих опасные компоненты

Гидрометаллургическая методика особенно актуальна при утилизации аккумуляторов, содержащих литий или свинец. Эти вещества особенно опасны для человека и окружающей его среды.

Этапы утилизации литиевых АКБ

Такие батареи предназначены для работы в источниках бесперебойного питания. Задействованы литийсодержащие батареи в устройствах средств связи, в работе крупной техники. По истечении максимального срока действия литиевых батареи (около 5 лет) подлежат списанию с последующей утилизацией. Процедура утилизации батарей, содержащих литий, требует соблюдения особых мер предосторожности из-за способности литий-ионного аккумулятора к взрыву и пожару.

Если кому-то придет в голову проткнуть вздувшееся устройство острым предметом, результат последует мгновенно: хлопок и горящие куски батареи разлетятся по всему помещению. Поэтому гидрометаллургический способ утилизации здесь будет приемлем.

Современные предприятия по утилизации пожаро- и взрывоопасных аккумуляторов работают, используя новейшие технологи. Последовательность этапов переработки литий-ионных батарей:

• 1 этап – полный демонтаж корпуса отработанного устройства;
• 2 этап – удаление литиевого электролита;
• 3 этап – рассортировка металлических электроды (аноды и катоды);
• 4 этап – очистить металлические пластины;
• 5 этап – процесс плавления медных и алюминиевых элементов.

Завершающий этап — переработка пластика. Из него получают гранулы, которые находят применение в строительстве и ремонтных работах дорожных покрытий.

Этапы утилизации свинецсодержащих аккумуляторов

Последовательность действий, заложенных в процесс утилизации АКБ, содержащих свинец:

1. Освобождение устройства от электролита. Для этого емкости с электролитом открывают специальным инструментом;
2. Содержимое банок откачивают, используя шприц или грушу;
3. Банки промывают дистиллированной водой.
4. На корпус батареи с чистыми емкостями устанавливается крышка.
5. Далее выполняется подготовка чистых батарей к утилизации. Пустые устройства укладывают на поддоны плотными рядами.
6. Поддоны направляются на стадию измельчения корпусов батарей.
7. Для дробления используется специальная дробильная установка, обустроенная несколькими молотами.

Важно. Особо опасной категорией считаются свинцово-кислотные  аккумуляторы, работа которых основана на взаимодействии диоксида свинца с серной кислотой.

В результате операции дробления свинцово-кислотный слой отделяется от решетчатых пластин батареи.

8. Раздробленные куски пластика и металла направляются в резервуар с водой. Здесь происходит разделение смеси свинца и пластика:
   • пластик всплывает на поверхность;
   • куски свинца и тяжелые компоненты оседают на дно резервуара..
9. Куски пластика, собирают в контейнеры и отправляются на предприятия по переработке полимерных отходов.
10. В емкость со свинцом и кислотой подается раствор, нейтрализующий кислоту. После чего водный раствор откачивается в отдельный резервуар на отстой. Осадок возвращается в емкость с измельченными кусками  свинца и металла.
11. К смеси твердых отходов свинца и металла, добавляют очищенный уголь. Смесь направляется для удаления остаточной влаги.
12. полученная сухая смесь, состоящая из свинца, металла и угля, направляется в плавильную печь. Расплавленный свинец, освобожденный от всех примесей, разливается в подготовленные формы, где выдерживается до полного остывания.

В результате выполнения всех операций  на выходе получается свинцовые формы и гранулы пластика. Эти вещества представляют заготовки для изготовления свинец содержащих батарей.

Будущее утилизации

Во многих регионах России компании по утилизации АКБ и ИБП находятся в начале своего пути, так как немногие пользователи устройств, содержащих  аккумуляторы, пока не знают: кому сдавать отработанные зарядные устройства. Но глобальная сеть может дать ответы на все вопросы, помочь отыскать ближайший пункт приема. В результате, окружающая природа не будет угнетена тяжелым мусором, а промышленность получит дополнительное чистое сырье для производства новых современных устройств для поддержания  стабильной работы бытовых приборов, компьютеров, автомобилей.