ES2818131T3 - Procedimiento para el tratamiento de baterías usadas, en particular baterías recargables e instalación de procesamiento de baterías - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para el tratamiento de baterías de litio usadas (10) con las etapas: (a) trituración de las baterías (10), de modo que se obtenga material triturado (24), (b) inactivación del material triturado (24) mediante secado, de modo que se obtenga un material triturado inactivado (42), caracterizado por que (c) el secado tiene lugar a una presión como máximo de 300 hPa y no más de 80 °C y (d) el material triturado inactivado (42) se descarga en un recipiente de transporte (46).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el tratamiento de baterías usadas, en particular baterías recargables e instalación de procesamiento de baterías
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de baterías de litio usadas, por ejemplo baterías de iones de litio, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
De acuerdo con un segundo aspecto, la invención se refiere a una instalación de procesamiento de baterías de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 5.
Del documento US2005/0241943 A1 se conoce un procedimiento para el procesamiento de baterías usadas, en el que se calientan las baterías antes de la etapa de trituración, de modo que se destruyan los componentes de plástico de las baterías. Es desventajoso en un proceso de este tipo que los componentes que quedan de las baterías puedan impurificarse con productos residuales del plástico.
Del documento DE10 2012 024 876 A1 se conoce un sistema para transferir celdas electrolíticas de transporte crítico trituradas en primer lugar en gas inerte, y luego se pulverizan con un polvo de desactivación para evitar una autoinflamación del material electroquímicamente activo. En esto es desventajoso que el material que se genera posee, sin embargo, un potencial de riesgo comparativamente alto y que el polvo de pulverización representa propiamente un riesgo de explosión y que no se pueda excluir la formación de una atmósfera inflamable y explosiva en el recipiente de transporte.
Del documento DE102011 110083 A1 se conoce un procedimiento para la recuperación de material activo de una celda galvánica, en el que las celdas galvánicas en primer lugar se trituran mecánicamente, luego se pre-secan y a continuación se clasifican. Finalmente se destruye el aglutinante en un horno. Un dispositivo de este tipo es muy adecuado para el reciclado eficiente de mayores cantidades de elementos galvánicos. Sin embargo, para la operación con la carga parcial, esta instalación está construida de modo relativamente complejo.
En el documento WO2010/102377 A1 se describe un procedimiento en el que las baterías que se van a reciclar, por ejemplo baterías de litio, se calientan en un horno tubular rotativo y se succionan los gases que se generan. En este procedimiento es desventajoso que así el electrolito solo se puede reutilizar de forma dificultosa y se generan grandes cantidades de fluoruro de hidrógeno, así como compuestos fluoroorgánicos.
La invención se basa en el objetivo de disminuir las desventajas del estado de la técnica.
La invención resuelve el problema mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. De acuerdo con un segundo aspecto, la invención resuelve el problema mediante una instalación de procesamiento de baterías con las características de la reivindicación 5.
Es ventajoso en la invención que mediante el secado se pueda retirar del material triturado tanto electrolito que ya no sea posible una reacción electroquímica o solo lo sea posible en una medida insignificantemente pequeña. Adicionalmente no se forma ninguna fase gaseosa inflamable o explosiva sobre los fragmentos de baterías, ya que de estos se retiran en particular los carbonatos orgánicos del electrolito. El material triturado es, por lo tanto, bastante inerte y puede ser transportado de forma segura en particular si se lo envasa en vacío.
Una ventaja adicional es que para la inactivación del material triturado no se tiene que incorporar material adicional alguno. Esto reduce el gasto en el procesamiento de las baterías, reduce el peso del material triturado inactivado y aumenta la pureza en las siguientes etapas de separación y reciclado. En particular, en etapas de procesamiento hidrometalúrgicas potencialmente siguientes es ventajosa una alta pureza de producto sin entrada de iones extraños.
También es ventajoso que se obtenga un material triturado seguro para el transporte. Así, el contenido de carbonatos orgánicos es preferentemente tan pequeño que se puede excluir la formación de fluorofosfatos en cantidad relevante. Los fluorofosfatos son con frecuencia fuertes neurotóxicos, cuya formación se debe evitar de forma segura. Además se asegura que debido al bajo contenido en electrolito no se llega a una generación de calor, que avanza en forma autopotenciada, causada por una reacción electroquímica.
En el marco de la presente descripción se entiende por el secado en particular la retirada de al menos de un disolvente de la sal conductora. En particular, el secado se lleva a cabo de tal manera que se retira éster dimetílico de ácido carbónico y/o éster etilmetílico de ácido carbónico.
Se entiende por batería, en particular, una batería de litio. Una batería de litio es un acumulador, en el que la reacción electroquímica incluye litio y/o iones de litio y/o un compuesto de litio.
Por una instalación de procesamiento de baterías se entiende particularmente también una instalación de procesamiento de acumuladores para el procesamiento de acumuladores.
Por el recipiente de transporte se entiende en particular también uno o un envase de transporte. Preferentemente se sella el envase para transporte por soldadura en vacío. En particular son muy adecuadas como envase para transporte las láminas estratificada de aluminio.
Es favorable que el secado se realice tras la trituración de las baterías. Es posible y representa un modo de realización de la invención que las baterías se expongan en estado no triturado a un vacío, de modo que al menos se vaporicen partes del electrolito, con lo que el gas que se genera se fuga por una válvula de seguridad en el acumulador o se destruye la batería mediante la diferencia de presión entre el entorno exterior y la presión interior, de modo que pueda salir electrolito vaporizado. Sin embargo, debido a que el electrolito se presenta generalmente entre capas estrechamente enrolladas o apiladas y prensadas de electrodos y separador y está presente en sus poros y está presente compuesto con otros componentes de la batería, esta manera de proceder puede insumir mucho tiempo. Es por tanto frecuentemente más favorable y representa un modo de realización preferido de la invención que las baterías se trituren mecánicamente, por ejemplo mediante corte, cizallamiento, efecto de choque, seccionamiento y/o aplastamiento. De este modo se encuentra disponible una mayor capa límite para la transición a la fase gaseosa.
El secado puede tener lugar, por ejemplo, mediante secado al vacío, secado por contacto, secado por convección y/o secado por radiación. Es favorable que el secado se realice con agitación y/o circulación del material triturado.
Antes de la trituración se desmontan preferiblemente las baterías usadas. Esto significa que mayores sistemas de baterías se desmontan en sus bloques de menor tamaño, los módulos o piezas, o incluso las celdas, que contienen el material de actividad electroquímica, se separan de la electrónica de control. La electrónica de control comprende, por ejemplo, elementos constituyentes de semiconductores y/o sensores y sirve para el control de carga de baterías.
El secado se realiza en vacío. El vacío se elige preferentemente de tal manera que la presión de vapor del éster dimetílico de ácido carbónico sea inferior a 80 °C, en particular a 70 °C. Por lo tanto, el secado se realiza bajo una presión como máximo de 300 hPa, en particular como máximo de 100 hPa. Con presiones tan bajas se evaporan componentes esenciales de la mayor parte de los electrolitos, en particular éster dimetílico de ácido carbónico y éster etilmetílico de ácido carbónico, ya a temperaturas inferiores a 80° C. Las bajas temperaturas tienen la ventaja de que se previene la formación de fluoruro de hidrógeno. El fluoruro de hidrógeno representa un riesgo potencial para la instalación de procesamiento de batería así como para el entorno. Por lo tanto, es favorable evitar la generación de fluoruro de hidrógeno.
Preferentemente se realiza el secado a una temperatura que se encuentra por debajo de una temperatura de degradación. Por temperatura de degradación se entiende en particular la menor temperatura para la que se da la circunstancia que tras mantener el material triturado a esta temperatura durante una hora se degrade al menos el 80 por ciento en masa del aglutinante en componentes gaseosos. La temperatura de degradación se puede medir de forma que la temperatura del material triturado aumente sucesivamente y se detecte cuando conlleve una pérdida de masa, en particular por desprendimiento de gas debido a una degradación del aglutinante, y se cumpla el criterio determinado. Dado el caso se debe llevar a cabo el ensayo varias veces con respectivamente una nueva muestra de material triturado respectivamente con mayor temperatura.
Es favorable que el secado se realice en una atmósfera en la que la presión parcial del agua sea menor de 50 Pa, en particular menor de 10 Pa. Una presión parcial de agua baja conduce a una baja velocidad de reacción de compuestos de litio en hidróxido de litio y con ello a solo un reducido desprendimiento de hidrógeno. Esto impide la formación de mezclas de hidrógeno-oxígeno inflamables y contribuye a la seguridad de la instalación.
Es favorable además que la presión parcial de oxígeno sea como máximo 10 milibares, en particular como máximo 5 milibares. La reacción de oxígeno con componentes oxidables de las baterías se restringe en gran medida. Es posible conseguir la baja presión parcial de oxígeno mediante una baja presión en el secado. De forma alternativa o adicional se puede realizar el secado en una atmósfera de gas inerte.
Se prefiere un procedimiento en el que el secado del material triturado se complete recién cuando tras finalizar el secado ya no se pueda formar mezcla de gas inflamable o explosiva alguna sobre el material triturado descargado y/o el material triturado esté tan seco que en el recipiente de transporte o durante el procesamiento posterior no pueda resultar una mezcla de gas inflamable o explosiva. Por la característica de que se finalice el secado, si tras finalizar el secado no puede formarse mezcla alguna de gas inflamable o explosivo sobre el material triturado cargado, se entiende en particular que en un recipiente de transporte en forma de un recipiente de 50 litros, que está lleno hasta la mitad (referido a su volumen) con el material triturado, no se forma ninguna mezcla de gas inflamable dentro de una semana a 50° C y 1013 hPa. Si se cumple el criterio se determina en ensayos previos. Si se forma una mezcla de gas inflamable, el secado debe llevarse a cabo más prolongadamente y/o a presión más baja. Los ensayos previos se repiten hasta que se determine una duración de secado y/o una presión de secado, en las que se cumpla la característica en un ensayo de tres recipientes de transporte para cada uno de los tres recipientes de transporte.
Preferentemente se seca el material triturado hasta que un contenido en electrolito en el material triturado sea tan pequeño que no sea posible una reacción electroquímica. En otras palabras, el contenido en electrolito es menor que un valor umbral, en el que el valor umbral se selecciona de tal manera que la tensión de celda se haya reducido a como máximo un cuarto en el caso de estar por debajo de ese valor umbral. Este valor umbral se determina, por ejemplo, de modo que la tensión de celda de una batería se determine en función del contenido en electrolito. Poco antes de alcanzar el valor umbral colapsa la tensión de celda, esto significa que baja en al menos el 75 %. Si se está debajo del valor umbral, la batería contiene tan poco electrolito que en una buena aproximación ya no es posible reacción electroquímica alguna.
Preferentemente se seca el material triturado hasta que una cantidad de 50 kg de material triturado, que está contenido compactado en un recipiente de 50 litros, no muestre o muestre solo tan baja generación de calor, que esté excluida una transmisión térmica, o sea una reacción en cadena inducida térmicamente, durante al menos dos meses y que un desprendimiento de hidrógeno eventual esté tan poco desarrollado que después de dos semanas no se produzca sobrepresión alguna cuando al principio hay una presión negativa de 500 hPa.
Es favorable que el material triturado se seque hasta que el contenido del electrolito en componentes orgánicos, que son volátiles a 80° C, sea como máximo de 3 % en peso, como máximo en particular de 2 % en peso, con especial preferentemente como máximo de 1,5 % en peso.
Preferentemente se lleva a cabo el secado hasta que el contenido acumulado de carbonatos orgánicos del electrolito, que son volátiles a 80° C, se encuentre por debajo del 3 % en volumen en la atmósfera encima del material triturado.
En particular se lleva a cabo el secado hasta que el contenido en éster dimetílico de ácido carbónico se encuentre por debajo del 4 % en volumen, en particular 3 % en volumen, y/o el contenido en ciclohexilbenceno se encuentre por debajo del 1 % en volumen, en particular 0,5 % en volumen.
Preferentemente, el secado se realiza inmediatamente tras la trituración. En lo sucesivo se entiende de forma particular que entre el comienzo de la trituración de las baterías y el momento en el que al menos una parte del material triturado generado en esta comienza a secar, va como máximo cinco minutos, de forma particular como máximo un minuto. Mediante el secado rápido tras la trituración se mantiene baja la masa de material que podría reaccionar potencialmente electroquímicamente, adicionalmente se mantiene a nivel bajo el tiempo de reacción electroquímica de reacciones exotérmicas potenciales. Esto reduce el riesgo para la instalación y el entorno.
Es especialmente favorable que el vacío se genere mediante una bomba de chorro. Las bombas de chorro, en particular en el caso de elección adecuada del agente de chorro, son en gran medida insensibles frente a gases de achique agresivos. Es favorable que el agente de chorro, que es un líquido, presente un valor de pH de al menos 8, en particular de al menos 9, por ejemplo al menos 12. En este caso pueden degradarse componentes indeseables del gas que se bombea, o al menos pueden reaccionar dando sustancias dañinas. De este modo se succionan, por ejemplo, éster dimetílico de ácido carbónico yo éster etilmetílico de ácido carbónico mediante una reacción de saponificación. El fluoruro de hidrógeno eventualmente contenido en el agente de chorro se puede hacer reaccionar en medio básico en una reacción ácido-base dando una sal inocua.
Preferentemente, el agente de chorro contiene una sustancia que precipita flúor. Por ejemplo, el agente de chorro puede contener carbonato de sodio o carbonato de calcio. Las sales que se generan en la reacción con un compuesto de flúor, en particular fluoruro de hidrógeno, se separan preferentemente, en particular se separan por filtración o por sedimentación. De este modo se impide al menos en gran medida que el fluoruro de hidrógeno u otros compuestos tóxicos que contienen flúor puedan emitirse al entorno.
El secado se realiza a una temperatura como máximo de 80° C. En este caso apenas se genera fluoruro de hidrógeno. Esto aumenta la vida útil de la instalación de procesamiento de baterías y reduce el riesgo ambiental.
Según un modo de realización preferente, el procedimiento comprende las etapas de la condensación de componentes del electrolito mediante enfriamiento y/o aumento de presión, de modo que se produce un condensado de electrolito. A modo de ejemplo se lleva a cabo la condensación en una zona que en relación con el flujo de gas se encuentra entre el secador y la bomba de vacío. Los gases que provienen del secador deben atravesar por tanto en este caso en primer lugar un condensador, antes de que puedan alcanzar la bomba de vacío. Esto conduce a que electrolito gaseoso que está presente en el gas que se genera en el secado se separa al menos en una porción predominante en el condensador, antes de que el gas que quede llegue a la bomba. De este modo puede recuperarse el electrolito. Además se disminuye la corriente de gas a través de la bomba de vacío, lo que prolonga su vida útil y reduce su consumo de energía.
Según un modo de realización preferente, el procedimiento comprende alternativamente la etapa de limpieza de gas mediante absorción de componentes orgánicos volátiles en un filtro de carbón activado antes o después de la unidad de compresión.
Preferentemente el procedimiento de acuerdo con la invención comprende de forma alternativa o adicional la etapa de una limpieza del gas, que se genera en el secado, antes de que este alcance la bomba de vacío. Esto puede realizarse por ejemplo también de modo que el gas atraviesa un filtro de carbón activado y/o un filtro, en el que están contenidas sustancias que reaccionan con fluoruro de hidrógeno, por ejemplo, una sal de calcio, como carbonato de calcio o una sal de potasio como carbonato de potasio.
El procedimiento según la invención comprende preferentemente la etapa de un secado a una temperatura de secado y durante un tiempo de secado que se seleccionan de tal manera que el aglutinante, que une el material activo de la batería de litio a un portador, se descompone al menos en su mayor parte. Es favorable que esta etapa de secado, que también puede denominarse secado a alta temperatura, se lleve a cabo en forma separada espacialmente de una primera etapa de secado descrita anteriormente. La etapa de secado mencionada en último lugar también puede denominarse secado a baja temperatura.
Preferentemente se lleva a cabo el secado a alta temperatura, en el que se degrada el aglutinante, sin mezclarse los gases de degradación, que se generan, con los gases que se generan en el secado a baja temperatura. Es posible que el secado a alta temperatura y el secado a baja temperatura se realice a presiones diferentes. A modo de ejemplo puede realizarse el secado a alta temperatura a presión normal.
Por el material activo se entiende la sustancia que reacciona electroquímicamente en el funcionamiento de las baterías. Por el soporte para el material activo se entiende en particular una lámina de soporte sobre la que se aplica el material activo en forma de partículas. A modo de ejemplo, la lámina de soporte es una lámina de aluminio o una aleación de aluminio. El aglutinante en la sustancia que une el material activo con el soporte, por ejemplo, el aglutinante contiene fluoruro de polivinilideno.
Es favorable que en la trituración de las baterías se añada nitrógeno líquido. Esto enfría las baterías, la máquina de trituración y el material triturado y desplaza adicionalmente oxígeno y vapor de agua de la atmósfera.
Es favorable que la trituración se realice a la presión parcial de vapor de agua como máximo de 20 Pa y/o una presión parcial de oxígeno como máximo de 40 hPa, en particular como máximo de 15 hPa.
Según un modo de realización preferente, el procedimiento comprende las etapas de una retirada del producto triturado del recipiente de transporte, de una separación de piezas duras y/o una separación de material activo del soporte, de forma particular mediante una segunda etapa de trituración y/o tamices de chorro de aire, de modo que se generan una fracción de material activo y una fracción de soporte, y un envase separado de la fracción de material activo y fracción de soporte en recipientes de transporte respectivos. Es favorable que estos recipientes de transporte estén diseñados estancos al aire. Mediante la separación de la fracción de material activo y fracción de soporte es posible un transporte por lo general sin permisos. Una ventaja adicional es que fracciones separadas de esta manera representan bajo riesgo.
La retirada del material triturado del recipiente de transporte se realiza preferentemente bajo vacío y/o bajo gas protector.
Es posible, pero no necesario, que el material triturado se descargue bajo vacío al recipiente de transporte. Es favorable que el recipiente de transporte sea un recipiente de vacío, en particular un recipiente de vacío evacuado, de modo que en el recipiente de transporte haya tras el cierre presión negativa o vacío. De forma alternativa se puede rellenar el recipiente de transporte con un gas inerte.
En una instalación de procesamiento de baterías preferente están dispuesta la unidad de separación y el dispositivo de secado en un contenedor convencional conjunto. Esto presenta la ventaja de que la instalación de procesamiento de baterías se puede transportar de forma especialmente sencilla.
El dispositivo de secado está diseñado para el secado del material triturado durante el tiempo necesario para que un contenido en electrolito sea tan pequeño que no sea posible una reacción electroquímica. Si el dispositivo de secado se opera en funcionamiento por lotes, lo que representa un posible modo de realización, entonces se lleva a cabo el secado, por ejemplo, durante un periodo de tiempo predeterminado. De forma alternativa o adicional se mide de forma continua el contenido de sustancias orgánicas, por ejemplo de carbonatos orgánicos, en la atmósfera en el dispositivo de secado y se finaliza el secado, si se está por debajo de una concentración umbral predeterminada.
Según un modo de realización preferente, la instalación de procesamiento de baterías, en particular la instalación de vacío, comprende un condensador, que está diseñado para la condensación de componentes orgánicos de la atmósfera en el secador, en particular de carbonatos orgánicos, por ejemplo de carbonato de dimetilo, carbonato de etilmetilo y/o carbonato de etileno. Preferentemente, el condensador está dispuesto en la dirección de flujo del material delante de una bomba de vacío, por medio de la que se evacua el secador. Es favorable que el condensador esté enfriado, preferentemente a una temperatura como máximo de 90° C, preferentemente como máximo de 80° C, en particular como máximo de 70° C. Para mantener bajo el gasto de enfriamiento se enfría el condensador, en tanto este se enfríe, a una temperatura de al menos -10° C, en particular al menos 10° C.
Es favorable que el dispositivo de secado presente una herramienta agitadora, por ejemplo, un agitador de ancla o un agitador de varilla, cuyas varillas agitadoras pueden estar fijadas transversalmente a un eje de agitación. De forma alternativa o adicional, la herramienta agitadora es una herramienta agitadora externa que mueve el secador en su totalidad.
Preferentemente, la instalación de procesamiento de baterías posee una instalación de vacío que está conectada con el dispositivo de secado para la generación de un vacío en el dispositivo de secado. Es especialmente favorable que la instalación de vacío esté dispuesta en el contenedor convencional. El contenedor convencional es preferentemente un contenedor según la norma ISO 668, preferentemente un contenedor de 40 pies o un contenedor de 20 pies.
A modo de ejemplo, la instalación de vacío comprende una bomba de chorro en la que se usa un agente de chorro para la generación de la presión negativa.
Preferentemente la instalación de procesamiento de baterías comprende un dispositivo de separación de metal duro y/o un dispositivo de separación de fracciones ligeras, un dispositivo de separación, en particular un dispositivo de clasificación, para separar material activo del soporte, en particular mediante una segunda etapa de trituración y/o tamices por chorro de aire, de modo que se genera una fracción de material activo y una fracción de soportes, y un segundo dispositivo de descarga para la descarga por separado de fracción de material activo y fracción de soportes. Es favorable que este dispositivo de descarga esté configurado para la descarga bajo presión negativa y/o bajo gas inerte.
Por un dispositivo de separación de metal duro se entiende en particular un dispositivo para la separación de fragmentos de componentes periféricos del sistema de operación, de la envoltura de celda y de los contactos de corriente. A modo de ejemplo, el dispositivo de separación de metal duro comprende un dispositivo de separación por imanes y/o un clasificador, en particular un clasificador por corriente transversal y/o un clasificador de zigzag. Por el dispositivo separador se entiende en particular un dispositivo para la separación de la lámina de separación.
El dispositivo de separación de fracción ligera comprende preferentemente un clasificador de zigzag y/o un separador de aire, en el que es favorable conducir el aire en un circuito. Esto reduce la exposición al polvo del ambiente con polvo dañino para la salud.
Preferentemente están dispuestos el segundo dispositivo de descarga y los dispositivos de separación en un contenedor convencional conjunto, por ejemplo en el primer contenedor convencional descrito, o un en segundo contenedor convencional. Es favorable que el contenedor se encuentre encapsulado de forma estanca al polvo.
Preferentemente, la instalación de procesamiento de baterías comprende una esclusa entre la unidad de trituración y el dispositivo de inactivación, en particular el dispositivo de secado. Por ejemplo, se trata de una esclusa de rueda celular. Mediante la esclusa se minimiza la entrada de oxígeno en el dispositivo de inactivación, en particular el dispositivo de secado.
A continuación, la invención se explica más en detalle mediante los dibujos adjuntos. En este caso, muestra
Figura 1 un diagrama de flujo de un procedimiento según la invención,
Figura 2 una sección transversal a través de una instalación de procesamiento de baterías según la invención y
Figura 3 una sección transversal a través de componentes opcionales adicionales de una instalación de procesamiento de baterías según la invención.
La figura 1 muestra el diagrama de flujo de un procedimiento según la invención. En primer lugar se descargan a una unidad de descarga 12 las baterías 10.1, 10.2..., en particular sistemas de baterías constituidos por varios módulos de baterías o pilas de baterías, que a su vez se componen de varias celdas de baterías. Después se realiza en una estación de desmontaje 14 el desmontaje de las baterías 10, si esto es requerido, ya que los sistemas de baterías de otro modo no se pueden transportar a la unidad de trituración por motivos geométricos o gravimétricos. A tal fin se abren los sistemas de baterías y se desmontan en tanto los módulos/pilas se pueden separar individualmente. Dado el caso se pueden separar también celdas de la electrónica de control. Las subunidades que se producen (módulos/pilas) y/o celdas 16.1, 16.2..., se alimentan a una unidad de trituración 18, que comprende, por ejemplo, una cizalla rotativa con un rotor, y un con estatores o varios rotores, o un molino de corte con un rotor y varios rotores.
La unidad de trituración 18 tritura las baterías 10 en gas protector 20, que se toma, por ejemplo, de una botella de gas protector. De forma alternativa o adicional se puede rociar nitrógeno líquido de una fuente de nitrógeno líquido 19. El gas protector puede ser, por ejemplo, nitrógeno, un gas noble, dióxido de carbono, gas hilarante o un gas de este tipo, preferentemente no tóxico.
En la trituración se produce material triturado 24 que se alimenta a un dispositivo de inactivación en forma de un dispositivo de secado 26. Entre la unidad de trituración 18 y el dispositivo de secado 26 se dispone una esclusa 28, que es estanca a gas de modo que el dispositivo de presión 26 está separado de forma estanca a gas con buena aproximación de la unidad de trituración 18.
El dispositivo de secado 26 está conectado a una instalación de vacío 29, que presenta una bomba de vacío 30 y genera un vacío. En el dispositivo de secado 26 se establece una presión p26 de p26 = 100 hPa, preferentemente inferior a 50 hPa. Se indica que en el marco de la presente descripción se entiende por una bomba de vacío en particular muy en general un dispositivo que genera un vacío. A este respecto es posible y preferente, pero no necesario, que la bomba de vacío actúe simultáneamente como compresor, de modo que desde este se suministre gas con una presión que es mayor que la presión ambiental.
En el caso mostrado en la figura 1, la bomba de vacío es un compresor que succiona y comprime el gas 31 que está presente en el dispositivo de secado 26. De forma alternativa o adicional la instalación de vacío 29 puede presentar una bomba de chorro, en la que se conduce un agente de chorro en forma de un líquido con mayor velocidad por la boquilla de Venturi. El agente de chorro es alcalino y presenta un valor de pH de al menos pH 13 y es, por ejemplo, una solución de hidróxido de potasio al 10 %.
La instalación de vacío 29 comprende un dispositivo de limpieza de gas 32, que está dispuesto entre el dispositivo de secado 26 y la bomba de vacío 30 y que en el presente caso comprende un condensador 34 y/o un filtro de carbón activado 36. El condensador se opera a una temperatura de -10° C, de modo que condensan éster dimetílico de ácido carbónico y éster etilmetílico de ácido carbónico y se pueden suministrar a un recipiente de condensado 38. Además se congela eventualmente el agua presente. Una válvula de control 40 está diseñada para abrirse cuando la presión p26 se vuelve demasiado alta y para cerrarse cuando la presión p26 se vuelve demasiado baja, es decir, que se cae por debajo de un valor umbral predeterminado.
Preferentemente el material secado se mueve durante el secado. Esto puede suceder, por ejemplo, mediante agitación con una herramienta agitadora 41, como un agitador de ancla o un agitador de varilla con varillas colocadas perpendicularmente al eje del agitador. De forma alternativa mediante un recipiente de secado en movimiento.
Mediante el secado del material triturado se genera material triturado inactivado 42 que se alimenta a un dispositivo de descarga 44. Ahí se descarga el material triturado inactivado 42 bajo vacío y/o en gas protector a un recipiente de transporte 46. El recipiente de transporte 46 es preferentemente estanco a gas. Es posible, pero no necesario, que el recipiente de transporte 46 antes del trasporte se llene con gas inerte, de modo que se encuentre a presión normal. De forma alternativa es también posible que el recipiente de transporte se cierre en vacío y se transporte. Es posible que de forma alternativa al recipiente de transporte se seleccione una lámina soldada en vacío, por ejemplo una lámina estratificada de aluminio.
Mediante un conducto de lavado 48 se alimenta gas protector 20 a la unidad de trituración 18 desde la bomba de vacío 30. Si la bomba de vacío 30 opera como en el presente caso, que representa un modo de realización preferente, además como compresor, se puede obtener el gas protector de una botella de gas a presión 50. De forma alternativa o adicional se puede evacuar el gas protector 20, dado el caso tras limpieza adicional, al entorno.
La figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de una instalación de procesamiento de baterías 52 según la invención, que presenta un contenedor convencional 54, en el que están dispuestos la unidad de trituración 18, el dispositivo de secado 26 y el dispositivo de descarga 44. Tras la unidad de trituración 18 está dispuesto un primer transportador 56 estanco a gas, que comprende, por ejemplo, un transportador de tornillo o un transportador tubular por cadena. El primer transportador 56 transporta el material triturado 24 al dispositivo de secado 26, que está conectado al dispositivo de generación de vacío no visible en la figura 2. En la dirección de flujo de material tras el dispositivo de secado 26 se dispone un segundo transportador 58, que está también configurado preferentemente estanco a gas y puede contener un transportador de tornillo o un transportador tubular por cadena. El segundo transportador transporta el material triturado inactivado 42 hasta el dispositivo de descarga 44.
La figura 3 muestra unidades opcionales, presentes en el presente modo de realización de la instalación de procesamiento de baterías 52 según la invención, que comprende un triturador de desintegración 60 así como un clasificador 62. El triturador de desintegración 60 contiene un recipiente de transporte-dispositivo de vaciado 64, mediante el que se puede retirar del recipiente de transporte 46 material triturado inactivado 42. El triturador de desintegración 60 genera material desintegrado 66, que se alimenta al clasificador 62. El clasificador puede ser, por ejemplo, un clasificador de zigzag.
Preferentemente la instalación de procesamiento de baterías 52 comprende un triturador, que se encuentra preferentemente en el flujo de material antes del dispositivo de clasificación 74 y contiene una herramienta de trituración de movimiento rápido, en la que la velocidad periférica del rotor es mayor que 1 m/s, preferentemente mayor que 10 m/s. Este triturador tritura el material triturado y lo solicita mecánicamente de tal manera que se desprende el recubrimiento electroquímicamente activo al menos parcialmente del soporte. La presencia de un triturador de este tipo es por lo general característica preferente de una instalación de procesamiento de baterías según la invención.
En el clasificador se generan una fracción ligera con lámina separadora y material de recubrimiento fino y una fracción de material pesado con láminas de soporte (de aluminio y cobre) con recubrimiento levemente adherido y de gran tamaño. Ambas fracciones se aportan respectivamente a un tamiz para la separación adicional en recubrimiento y lámina separadora o bien recubrimiento y láminas metálicas. Las fracciones que se generan se procesan posteriormente por separado.
El material desintegrado 66 se alimenta al clasificador 62 mediante un tercer transportador 68. Un cuarto transportador 70 conduce material clasificado 72, en particular el material de la fracción ligera, que sale del clasificador 62, a un dispositivo de clasificación 74. El dispositivo de clasificación 74 comprende preferentemente un tamiz de chorro de aire que funciona simultáneamente como dispositivo de separación para separar el material activo del soporte. Mediante la separación se produce una fracción de material activo 76, que se descarga en un recipiente de transporte 78.
Se produce además una fracción de soporte 80 que se alimenta en el presente modo de realización con un quinto transportador 82 a una unidad de descarga 84, que llena la fracción de soporte 80 en el recipiente 86. La unidad de descarga 84 es junto con una segunda unidad de descarga 88 parte de un segundo dispositivo de descarga.
Lista de referencias
10 Batería 50 Botella de gas a presión
12 Unidad de descarga 52 Instalación de procesamiento de baterías
14 Estación de desmontaje 54 Contenedor convencional
16 Celda 56 Primer transportador
18 Unidad de trituración 58 Segundo transportador
19 Fuente de nitrógeno líquido
60 Triturador de desintegración
20 Gas protector 62 Clasificador
22 Botella de gas protector 64 Recipiente de transporte-dispositivo de vaciado
24 Material triturado 66 Material desintegrado
26 Dispositivo de secado 68 Tercer transportador
28 Esclusa
29 Instalación de vacío 70 Cuarto transportador
72 Material clasificado
30 Bomba de vacío 74 Dispositivo de clasificación
31 Gas 76 Fracción de material activo
32 Dispositivo de purificación de gas 78 Recipiente de transporte
34 Condensador
36 Filtro de carbón activado 80 Fracción de soporte
38 Recipiente de condensado 82 Quinto transportador
84 Unidad de descarga
40 Válvula de control 86 Recipiente
41 Herramienta agitadora 88 Segunda unidad de descarga
42 Material triturado inactivo
44 Dispositivo de descarga p Presión
46 Recipiente de transporte
48 Conducto de lavado

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el tratamiento de baterías de litio usadas (10) con las etapas:
(a) trituración de las baterías (10), de modo que se obtenga material triturado (24),
(b) inactivación del material triturado (24) mediante secado, de modo que se obtenga un material triturado inactivado (42),
caracterizado por que
(c) el secado tiene lugar a una presión como máximo de 300 hPa y no más de 80 °C y
(d) el material triturado inactivado (42) se descarga en un recipiente de transporte (46).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el vacío se genera mediante una bomba de chorro y
un medio de chorro de la bomba de chorro
tiene un valor de pH de al menos 8, en particular 9, y/o contiene una sustancia precipitadora de flúor.
3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por las etapas:
(e) retirada del material triturado (24) del recipiente de transporte (46),
(f) separación de partes duras y/o
separación del material activo del soporte, en particular mediante tamizado por chorro de aire o mediante una segunda etapa de trituración, de modo que se produce una fracción de material activo (76) y una fracción de soporte (80), y
(g) envase separado de la fracción de material activo (76) y la fracción de soporte (80) en recipientes de transporte (78).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el secado del material triturado recién se completa cuando tras finalizar el secado no se puede formar mezcla de gas inflamable o explosiva alguna sobre el material triturado descargado y/o cuando el material triturado está tan seco que en el recipiente de transporte o durante el procesamiento posterior no puede resultar una mezcla de gas inflamable o explosiva.
5. Instalación de procesamiento de baterías para el tratamiento de baterías usadas, de forma particular baterías de litio usadas, con:
(a) una unidad de trituración (18) para la trituración de baterías (10), de modo que se obtiene material triturado (24),
(b) un dispositivo de inactivación en forma de un dispositivo de secado (26) para la inactivación del material triturado (24) y
(c) una instalación de vacío que está conectada al dispositivo de secado (26),
caracterizada por
(d) un dispositivo de descarga (44) para descargar el material triturado inactivado (24) en un recipiente de transporte (46),
(e) en el que la instalación de vacío está conectada al dispositivo de secado (26) para generar un vacío en el dispositivo de secado (26) de al menos 300 hPa y
(f) en el que está configurado el dispositivo de secado (26) para el secado a una temperatura como máximo de 80° C.
6. Instalación de procesamiento de baterías de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada por que el dispositivo de secado (26) está diseñado para secar el material triturado (24) hasta que el contenido de electrolitos sea tan pequeño que es imposible una reacción electroquímica.
7. Instalación de procesamiento de baterías de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6, caracterizada por que la unidad de trituración y el dispositivo de secado (26) están dispuestos en un contenedor convencional (54).
8. Instalación de procesamiento de baterías de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada por una instalación de vacío que comprende
(a) una bomba de vacío (30) y
(b) un dispositivo de limpieza de gases (32) que está dispuesto entre el dispositivo de secado (26) y la bomba de vacío (30), y
(c) un condensador (34) para condensar electrolito, en particular éster dimetílico de ácido carbónico y/o éster etilmetílico de ácido carbónico.
9. Instalación de procesamiento de baterías de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que
- la instalación de vacío (29) comprende una bomba de chorro con un medio de chorro,
- el medio de chorro está guiado en un circuito y
- el medio de chorro contiene una sustancia que reacciona con el fluoruro de hidrógeno.
10. Instalación de procesamiento de baterías de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada por
- un dispositivo separador de metales duros y/o un dispositivo separador de fracciones ligeras, - un dispositivo de separación, en particular un dispositivo de clasificación (74), para separar el material activo del soporte, en particular mediante tamizado por chorro de aire y/o mediante una segunda etapa de trituración, de modo que se produzca una fracción de material activo (76) y una fracción de soporte (80), en particular láminas de aluminio y cobre, y
- un segundo dispositivo de descarga (44) para la descarga separada de la fracción de material activo (76) y la fracción de soporte (80), en particular láminas de aluminio y cobre.
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