severi ojanen, aalto yliopisto

Severi Ojanen

Metallifoorumi I, 14.6.2016

Porin yliopistokeskus

Mekaaninen kierrätys

Akut ja paristot jätteenä

Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

http://www.batteryrecyclingusa.com/recycling-information/materials-

we-accept/

http://www.hub-4.com/news/s3/4719/another-first-for-g-p-with-automated-waste-battery-

sorting-system

Lyijyakut

• Kiertävät hyvin

• Akku koostuu yksinkertaistettuna kolmesta

komponentista

–Lyijyelektrodit, elektrolyytti ja ulkokuori

• Helppo ja tunnettu prosessi

• Mekaaninen prosessointi todella

yksinkertainen http://klamathcarcare.com/auto-service/car-battery-replacement/


Lyijyakkujen kierrätys

Purku + tyhjennys

60 %

lyijyä

Rikkihappo Tyhjennetyt akut

Jätteenkäsittely Panoksen valmistelu

Kuilu-uuni

Akut

Lyijyromu

Koksi

Kuonan-

muodostajat

Lähde: Mårtenson, 2013


Eri akkuja paristotyypit

Tyyppi Koostumus

Alkaliparisto MnO2, Fe, Zn, KOH, grafiitti

Litiumioniakku Al, Cu, LiCoO2, LiPF6, grafiitti, orgaanisia liuottimia

Nikkelimetalli-

hydridiakku Ni, Fe, Co, KOH, Mn, Zn, harvinaisia maametalleja

Nikkelikadmium-

akku Fe, Ni, Cd, KOH, orgaanisia yhdisteitä


Teoreettinen optimoitu prosessi

NiMH- ja Li-

ion-akut

Varauksen

purku Murskaus Luokitus Seulonta

Painovoima-

erotus

Magneetti-

erotus

Jatko-

prosessointi

Hienonnus Seulonta

Li-suola,

metallirikkaat

jauheet

Painovoima-

erotus

Luokitus

Luokitus

Al-Thyabat et al. 2013


Yksikköprosessit

• Murskaus

–Arvokas sisus vapautetaan kuoren alta

• Seulonta

–Yhdenmukaistetaan saatua jaetta jatkokäsittelyn

helpottamiseksi

• Painovoimaerotus

–Kevyemmät osat, kuten muovi saadaan eroteltua


Yksikköprosessit

• Magneettierotus

–Poistaa magneettiset osat eli lähinnä raudan

• Pyörrevirtaerotin (Eddy current separator)

–Poistaa ei-magneettiset metallit, kuten alumiinin


Eksoottisemmat prosessit

• Vesileikkuri

–Leikkaa aiheuttamatta kipinöitä

• Ilmasuihkuerotus

–Erottelee foliot aktiivimateriaaleista

• Ultraäänipesu

• Vaahdotus


Litiumioniakkujen kierrätysprosessi

Kaksi-

vaiheinen

murskaus

Seulonta Magneetti-

erotus

Magneettiset

Ei-

magneettiset

Muovi +

paperi

Kupari

Hiili +

metalli-

oksideja

Rauta

Painovoima-

erotus

Koboltti

Seulonta


Paristojen ja akkujen kierrätysprosessi

Suomessa

• Lajittelu tehdään osittain käsin

• Kolme jaetta omaan jatkoprosessointiin

–Alkaliparistot, nikkelimetallihydridiakut ja litiumioniakut

käsitellään paikan päällä

–Muut akkuja paristotyypit lähetetään muualle

prosessoitavaksi


Paristojen ja akkujen kierrätysprosessi

Suomessa

Alkaliparistot

Litium-

ioniakut

NiMH-akut

Magneetti-

erotus Murskaus

Kaksivaiheinen

murskaus

Magneetti-

erotus

Murskaus

Seulonta

Zn + Mn

Co + Li

Cu

Ni + Fe +

REE + Co


Haasteet

• Integroidut akut

–Vaikea sijoittaa oikeaan prosessiin

• Lajittelu

–Väärin merkittyjä paristoja ja akkuja

–Haitallisia aineita prosessiin

• Energiasisältö

–Palo- tai räjähdysvaara

www.youtube.com

www.youtube.com


Varauksen purku

• Yleinen ongelma kaikille akkutyypeille

• Kirjallisuudesta ei löydy yksityiskohtia

–”Akut tyhjennettiin”, ”suolaliuos”, ”tehtiin inerteiksi”

• Kirjallisuudesta löytyy kuitenkin varauksen purkamisesta

saatavia hyötyjä

–Turvallisuus, prosessin kannattavuus, automaation mahdollisuudet,

litiumin talteenoton parantaminen


Alustava koesuunnitelma

• Tutkitaan mahdollisuuksia

systemaattiseen akkujen ja

paristojen varauksen

purkamiseen

–Eri akkuja paristotyypit

–Eri suolaliuokset

–Purkautumiskinetiikat

www.mpoweruk.com

Jä

nn

ite

(V

)


Liiketoimintamahdollisuudet

• Akkujen ja paristojen varauksen purku parantaa yleisesti

prosessin tehokkuutta

–Poistaa muiden kalliimpien esikäsittelyiden tarpeen

–Helpottaa myös jatkoprosessointia

Akku • Purkamisesta vapautuvan

energian hyötykäyttö

–Syntyvien kaasujen talteenotto

–Lämmön talteenotto

e- H2


Liiketoimintamahdollisuudet

• Tehokkaammat erottelumenetelmät

–Sensoripohjainen automaattinen erottelu

• Akkujen ja paristojen merkitseminen

–Koneellisesti luettavat tiedot akun tai pariston sisällöstä


Kiitos!

[email protected]

Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Materiaalitekniikan laitos

severi ojanen, aalto yliopisto

Presentations & Public Speaking