Раздел 12. Утилизация батарей первичных и аккумуляторных, утративших потребительские свойства

Раздел 12 Утилизация батарей первичных и аккумуляторных, утративших потребительские свойства

12.1 Общая информация о деятельности по утилизации батарей первичных и аккумуляторных, утративших потребительские свойства

В настоящее время используются различные виды первичных и аккумуляторных батарей. Они имеют разную сферу применения, отличаются параметрами размеров, внешнего вида, циклов перезарядки, емкости, сроков хранения и химического состава [119].

Наиболее распространенными разновидностями первичных и аккумуляторных батарей являются следующие:

- марганцево-цинковые (ZnMn) - являются самыми распространенными видами батареек; популярные названия - щелочные и алкалиновые;

- никель-кадмиевые (NiCd) - используются для автономной работы электроинструмента, радиостанций;

- никель-цинковые (NiZn) - используется как стандартный гальванический элемент;

- никель-металлогидридные (NiMH) - используются как замена стандартного гальванического элемента, в электромобилях, радиоаппаратуре, осветительной технике;

- литий-ионные (Li-ion) - применяются в современных бытовых и строительных приборах, а также в мобильных устройствах;

- литий-полимерные (Li-pol) - используются в мобильных устройствах и цифровой технике;

- литий-тионилхлоридные (Li-SOCl ₂) - являются первичными источниками тока, используются в автономных системах телеметрии и передачи данных в нефтегазовой промышленности, военной промышленности, космической и др.;

- свинцово-кислотные и свинцово-щелочные - применяются в транспортных средствах, вычислительной технике, бытовых и специальных приборах, связном оборудовании, военной промышленности;

- ртутно-цинковые батарейки (тип РЦ) - применяются в медицине, радиоаппаратуре, военной промышленности;

- серебряно-цинковые (AgZn) - используются в наручных часах, материнских платах ноутбуков и компьютеров, калькуляторах и иной технике, а также в авиационной, космической, военной промышленности.

Основные данные по методам и технологиям утилизации батарей первичных и аккумуляторных, утративших потребительские свойства

Утилизация отходов первичных и аккумуляторных батарей зависит от типа батарей и может включать такие операции, как сортировка, дробление, магнитную сепарацию, нейтрализацию электролита, гидрометаллургический передел.

Экологические проблемы, возникающие при утилизации батарей первичных и аккумуляторных, утративших потребительские свойства. Опасность утилизации первичных и аккумуляторных батарей, утративших потребительские свойства, в настоящее время обусловлена содержанием практически во всех батареях токсичных веществ в виде различных металлов и химикатов, которые при разрушении корпусов батарей попадают в окружающую среду. Компонентами первичных и аккумуляторных батарей являются такие элементы, как свинец, никель, кадмий, цинк, ртуть, оксид серебра, кобальт, литий.

При утилизации первичных и аккумуляторных батарей существует риск загрязнения почвы тяжелыми металлами и загрязнение атмосферного воздуха выбросами в атмосферу паров ртути, хлор- и серосодержащих соединений.

12.2 Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время в области утилизации батарей первичных и аккумуляторных, утративших потребительские свойства

Методы переработки и применяемые технологические процессы в области разных типов батарей первичных и аккумуляторных различаются.

Основные методы утилизации отходов первичных и аккумуляторных батарей направлены на восстановление различных металлов:

- Свинец может быть восстановлен отделением до переработки различных материалов, из которых сделана батарея (свинец, пластик, кислота и т.д.); либо батареи могут быть переработаны целиком в специальной металлургической печи, где металлы выделяются в конце процесса.

- Никель-кадмиевые батареи могут быть переработаны похожим способом, при котором восстанавливается кадмий и железо-никелевый сплав для производства стали; для извлечения кадмия используются пирометаллургические и гидрометаллургические методы. Наибольшее распространение из пирометаллургических методов, основанных на отгонке газообразных соединений кадмия, получила вакуумная дистилляция, которая характеризуется получением оксида кадмия низкого качества и вторичных отходов, использование которых в других отраслях проблематично.

- Батареи, содержащие ртуть, чаще всего перерабатываются вакуумно-температурным способом, при котором ртуть испаряется с последующей конденсацией. Вторичная ртуть может быть снова введена в производственный цикл.

- Никель-металлгидридные батареи перерабатываются механическим разделением материалов (пластика, водорода и никеля) в вакуумной камере для предотвращения утечки водорода.

- Литий-ионные батареи в настоящее время перерабатывают механическим разделением материалов с последующим восстановлением содержащихся металлов.

- Цинк-карбоновые (воздушные) и щелочно-марганцевые батареи могут быть переработаны методом механического разделения материалов или различными методами, включающими в себя плавку и другие металлургические процессы нагревания, приводящие к восстановлению металлического содержимого (в частности, цинка).

Более подробное описание методов утилизации отходов батарей первичных и аккумуляторных представлено в разделах 12.2.1-12.2.4 настоящего справочника НДТ.

12.2.1 Гидрометаллургический метод (сернокислотный способ)

Область применения. Используется для переработки кадмий- и свинецсодержащих аккумуляторных батарей.

Описание метода. Метод основан на использовании для утилизации растворов серной кислоты, аммиака, солевых композиций.

Применение гидрометаллургических операций позволит как решить экологические проблемы по утилизации кадмийсодержащих отходов, так и обеспечить потребности машиностроения и металлургии в качественном оксиде кадмия.

Процесс утилизации и переработки батареек и аккумуляторов обычно состоит из нескольких этапов. Например, процесс переработки батареек с извлечением свинца состоит из следующего.

Вначале батареи и аккумуляторы загружаются в специальную емкость больших размеров. Далее отходы по конвейерной ленте попадают в бетонный колодец с электромагнитом над ним (который притягивает лишний металлолом) и с сеточным дном, куда в специальную емкость вытекает электролит из "потекших" батареек, после чего батареи размалываются дробилкой на мелкие куски.

Далее происходит процесс разделения материалов с помощью водяной пыли, подаваемой при высоком давлении. Самые мелкие части и пластик оседают в отдельном резервуаре для последующего концентрирования, а более крупные части попадают на дно резервуара, откуда их механический ковш вытаскивает в резервуар с каустической содой. Там этот металлолом превращается в свинцовую пасту.

Получившуюся свинцовую пасту по конвейерной ленте передают в бункер для плавки, где она расплавляется до жидкого состояния. Выделяющиеся пары быстро охлаждаются и сбрасываются в отдельные контейнеры (впоследствии свинец пойдет на очередной этап переработки).

В процессе рафинирования образуются два компонента - рафинированный твердый и мягкий свинец и сплавы свинца. Сплавы отправляются на заводы для использования, а рафинированный свинец нагревают и отливают из него слитки.

Недостатками сернокислотного способа являются: низкая степень извлечения кадмия за счет потерь его с железосодержащим промпродуктом, технологические трудности очистки промышленных растворов.

12.2.2 Механический метод утилизации первичных и аккумуляторных батарей

Область применения. Метод используется для утилизации различных типов первичных и аккумуляторных батарей (марганцево-цинковых, литий-ионных и других).

Описание метода. Метод заключается в превращении твердых элементов, содержащихся во внутренней части первичной и аккумуляторной батареи, в порошок.

На первоначальном этапе происходит ручная сортировка батарей по типам с целью исключения попадания других типов первичных и аккумуляторных батарей.

Отходы литиевых первичных и аккумуляторных батарей для их безопасной утилизации необходимо подготовить путем ее разряжения, криогенной обработки, иными способами с целью исключения возгорания или взрыва.

Отсортированные по типам первичные и аккумуляторные батареи подвергаются дроблению с последующим просеиванием на многочастотном вибросите сверхтонкого рассева и аэродинамическим сепарированием в воздушной колонне.

В результате утилизации образуются следующие продукты:

- лом черных и цветных металлов;

- резиновые изоляторы и полимерные оболочки элементов питания;

- порошкообразные компоненты, например, смесь оксида цинка, металлического цинка, диоксида марганца, графита.

Внутренние составляющие элементов питания становятся пригодными для обработки с помощью различных химических процессов, результатом которых является извлечение металлов.

Одно из преимуществ данной технологии заключается в том, что с ее помощью можно заменить традиционные системы измельчения на компактные, высокопроизводительные блоки.

12.2.3 Утилизация отходов литиевых первичных и аккумуляторных батарей комбинацией механических, физических, физико-химических, химических методов

Область применения. Метод используется для утилизации различных типов литиевых первичных и аккумуляторных батарей (литий-ионных, литий-полимерных, литий-тионилхлоридных).

Описание метода. Метод заключается в превращении твердых элементов, содержащихся во внутренней части первичной и аккумуляторной батареи, в солевой концентрат.

На первоначальном этапе происходит ручная сортировка батарей по типам с целью исключения попадания других типов батарей.

Для литиевых первичных или аккумуляторных батарей перед дроблением необходима предварительная подготовка, которая позволяет подготовить батарею путем ее разряжения, криогенной обработки, иными способами с целью исключения возгорания или взрыва.

Отсортированные по типам батареи и прошедшие предварительную подготовку подвергаются дроблению с последующей нейтрализацией кислотного содержимого щелочным раствором.

В результате дробления и нейтрализации образуются:

- твердая фракция, которая подвергается магнитной сепарации с выделением лома металлов и угольных катодов;

- жидкая фракция (слабощелочной раствор солей лития, натрия), которая очищается с получением очищенной воды для повторного использования и получением солевого (литиево-натриевый) концентрата.

12.2.4 Утилизация алкалиновых первичных и аккумуляторных батарей комбинацией механических, физических, физико-химических, химических методов

Область применения. Метод используется для утилизации различных типов алкалиновых первичных и аккумуляторных батарей (марганцово-цинковых, никель-металлгидридных и других).

Описание метода. Метод заключается в превращении твердых элементов, содержащихся во внутренней части первичной и аккумуляторной батареи, в солевой концентрат.

На первоначальном этапе происходит ручная сортировка батарей по типам с целью исключения попадания других типов батарей.

Отсортированные по типам батареи подвергаются дроблению с последующей нейтрализацией щелочного электролита кислым раствором.

Полученный раствор очищается с последующим выделением:

- очищенной воды для повторного использования;

- сухого остатка.

12.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду при утилизации батарей первичных и аккумуляторных, утративших потребительские свойства

Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду зависят от применяемой технологии утилизации отходов первичных и аккумуляторных батарей.

Эмиссии в окружающую среду при утилизации гидрометаллургическим методом (сернокислотный способ) первичных и аккумуляторных батарей, утративших потребительские свойства

Использование растворов серной кислоты сопровождается выделением в атмосферу сернистых газов, а использование аммиака - осложняется его летучестью и проблематичностью регенерации.

Эмиссии в окружающую среду при утилизации механическим методом первичных и аккумуляторных батарей

Сведения об эмиссиях в окружающую среду при утилизации механическим методом первичных и аккумуляторных батарей, утративших потребительские свойства, в открытых источниках не выявлены.

При этом отмечается, что данный метод отличается низким потреблением электроэнергии и идеально подходит для измельчения твердых материалов.

Исходя из особенностей процесса можно ожидать образование выбросов взвешенных веществ различного происхождения и различного фракционного состава.

Эмиссии в окружающую среду при утилизации литиевые первичных и аккумуляторных батарей комбинацией механических, физических, физико-химических, химических методов

Сведения об эмиссиях в окружающую среду при утилизации литиевые первичных и аккумуляторных батарей комбинацией механических, физических, физико-химических, химических методов, в открытых источниках не выявлены.

Эмиссии в окружающую среду при утилизации алкалиновых первичных и аккумуляторных батарей комбинацией механических, физических, физико-химических, химических методов

Сведения об эмиссиях в окружающую среду при утилизации алкалиновых первичных и аккумуляторных батарей комбинацией механических, физических, физико-химических, химических методов, в открытых источниках не выявлены.

В Европейском союзе отходы свинцовых аккумуляторов и аккумуляторных батарей согласно Директиве Европейского парламента и Совета Европейского Союза 2012/19/EU "Об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE)" относятся к отходам электрического и электронного оборудования.

Сведения о текущих уровнях выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при обработке в шредерах металлических отходов, в том числе отходов электрического и электронного оборудования, по данным справочника EC по наилучшим доступным технологиям Best Available Techniques (BAT) Reference Do cument for Waste Treatment, 2018 [118] приведены в таблице 11.2 настоящего справочника НДТ.