Recycling of lithium-ion batteries - aspects of mineral engineering
Lityum-iyon pillerin geri dönüştürülmesi - maden mühendisliği açısından
- Tez No: 817140
- Danışmanlar: PROF. DR. MUAMMER KAYA, DOÇ. DR. TOMASZ SUPONİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Cevher Hazırlama Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Lityum-iyon pillerin küresel tüketimi artmaya devam ettikçe, lityum-iyon pil geri dönüşüm teknolojilerinin geliştirilmesi ve daha sağlam bir geri dönüşüm altyapısının oluşturulması ihtiyacı, yeni lityum-iyon pil üretiminde yeniden kullanılmak üzere bu pillerden siyah kütlenin ayrıştırılması yönteminin iyileştirilmesi ve optimize edilmesinde önemli bir faktör haline gelmiştir. Bu tezin amacı, tamamen endüstriyel uygulanabilirlik çerçevesinde, hidrometalurjik ekstraksiyondan önce çevre dostu ve ekonomik ön arıtma ve ayırma yöntemleri geliştirmektir. Tüm sürecin güvenliği için deşarj, lityum-iyon pil yapısındaki bağlayıcıyı çözmek için solvent işlemi ve farklı ayırma ve ekstraksiyon yöntemleri için optimum tane boyutu eldesinde öğütme dahil olmak üzere dört farklı lityum-iyon pil ön işlem seçeneği test edilmiştir. %10'luk NaCl çözeltisindeki deşarj, kriyojenik deşarj ile karşılaştırılmış ve kriyojenik deşarjın hem daha kısa işlem süresi hem de güvenilirlik nedeniyle daha verimli olduğu görülmüştür. Bir sonraki adımda, buharlaşma hızı yavaş olan N-metil-2-pirrolidon (NMP) çözeltisinin kullanımının öğütmede sorunlara neden olduğu fark edilmiştir. Kuru ve kriyojenik olmak üzere iki farklı öğütme yöntemi test edilmiş ve her iki yöntemin nihai ürünleri < 2 mm fraksiyonunda benzer bir içeriğe sahip olmuştur. Toz formundaki LiCoO2 ve grafit daha iri taneler üzerine yapıştığından, > 2 mm fraksiyonlarda da benzer bir bileşim gözlenmiştir. Çözücü işlemi olmaksızın kriyojenik deşarj ve öğütmenin, lityum-iyon pil yapısında bağlayıcının durumunu elastikten camsıya değiştiren düşük sıcaklıkların katkısıyla, < 2 mm boyut fraksiyonunda siyah kütle elde etmek için en iyi seçenek olduğu bulunmuştur. En iyi ön işlem seçeneğinin nihai ürünü ile yapılan manyetik ayırma, bazı safsızlıklara rağmen Fe'nin üründen ayrılmasında etkili olmuştur. Daha hassas bir manyetik ayırma ile bu safsızlıklar daha da azaltılabilir. Elektrostatik ayırma 0,125 mm ila < 2 mm boyut aralığındaki ürünle, flotasyon ise < 0,125 mm boyutundaki ürünle yapılmıştır. LiCoO2 ve grafitin ayrılması her iki yöntemde de kısmen başarılmıştır. Daha iyi bir ayırma için ilgili yöntemlere ait parametreler optimize edilebilir. Elektrostatik ayırma için tambur hızı arttırılarak, merkezkaç kuvvetinin etkisiyle daha az miktarda fakat daha yüksek konsantrasyonda LiCoO2 elde edilebilir. Gerilim artırılarak sadece iletken ve yalıtkan ürün (plastik) ayrımı sağlanabilir. Flotasyon için ayırmanın kısmi olmasının nedeni, kriyojenik öğütmeye rağmen LiCoO2 ve plastiğin bağlayıcı ile hala birbirine bağlı olması ve hidrofobik özelliğinden dolayı plastiklerin beraberlerindeki LiCoO2 ile birlikte yüzeye çıkması olabilir. Flotasyon parametreleri daha verimli ayırma için optimize edilebiliceği gibi farklı toplayıcılar ve köpürtücüler de kullanılabilir. Farklı boyut aralıklarında farklı ayrıştırma yöntemleri ile elde edilen son ürün (LiCoO2) ile biyolojik liç gibi ekstraksiyon yöntemleri ile süreç devam ettirilebilir. Kullanılmış lityum iyon pillerin sadece katot kısımları kullanılarak biyolojik liç denenmiş ve dikkat çekici Li ve Al ekstraksiyonu sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
As the global consumption of lithium-ion batteries (LIBs) continues to increase, the need to develop LIB recycling technologies and create a more robust recycling infrastructure has become an important factor in improving and optimizing the way of separating black mass from these batteries for reuse it in the new LIB production. The aim of this thesis is to develop eco-friendly and economical pre-treatment and separation methods before hydrometallurgical extraction, within the framework of purely industrial applicability. Four different LIB pre-treatment options were tested, including discharging for the safety of the whole process, solvent treatment to dissolve the binder in the LIB structure, and grinding to obtain optimum size for the different separation and extraction methods. Discharge in 10% NaCl solution was compared with cryogenic discharge, and cryogenic discharge was found to be more efficient due to both shorter processing time and reliability. For the next step, it was noticed that usage of the N-methyl pyrrolidone (NMP) solution, which has a slow evaporation rate, causes problems in the grinding. Two different grinding methods, dry and cryogenic, were tested and the final products of both methods had a similar composition in < 2 mm fraction. A similar composition was also observed in the > 2 mm fractions as LiCoO2 and graphite in the powder form have adhered onto the coarser grains. Cryogenic discharging and grinding, without solvent treatment, were found to be the best option to obtain black mass in the < 2 mm size fraction, with the contribution of the low temperatures which changes the binder's state from elastic to glassy in the LIB structure. With the final product of the best pre-treatment option, magnetic separation was effective in separating Fe from the product. The electrostatic separation was done with the product in the 0.125 mm to < 2 mm size range, and the flotation was done with the product of < 0.125 mm size. The separation of LiCoO2 and graphite was partially achieved in both methods. Significant Li and Al extraction from the cathode part of spent LIBs (S-LIBs) was achieved by bioleaching.
Benzer Tezler
- Recycling of lithium ion batteries by implementing lean management strategies
Yalın yönetim stratejilerini uygulayarak lityum iyon pillerin geri dönüştürülmesi
MUHAMMAD SAAD KHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiÜsküdar ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SAVSAR
- Optimization of nickel, cobalt and lithium recovery processes from spent Li-ion batteries
Atık Li-iyon batarya katotlarından nikel, kobalt ve lityum geri kazanımı proseslerinin optimizasyonu
FIRAT TEKMANLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL
- Use of succinic acid during cobalt recovery from end-of-life lithium-ion batteries
Ömrünü tamamlamış lityum iyon pillerden kobaltın geri kazanımı sırasında süksinik asit kullanımı
MARATUL HUSNA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. MELTEM YILDIZ
- Pillerin tarihten bugüne gelişimi ve son teknolojide gelinen nokta
Development of lithium-ion batteries from the history of batteries to the present and the latest technology statement
HÜSEYİN PEHLİVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKatıhal Fiziği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET YILDIRIM
- Kullanılmış lityum iyon pillerden kobalt içeren bileşiklerin geri kazanılması ve bu maddelerin süperkapasitörlerde elektrot malzemesi olarak kullanımlarının araştırılması
Recovery of cobalt-containing compounds from spent lithium ion batteries and investigation of the use of these materials as electrode materials in supercapacitors
SEZGİN YAŞA
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN GENÇTEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BİROL