Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

5.6.12. Батарейки и аккумуляторы

Батарейки и аккумуляторы, из-за содержащихся в них опасных веществ, подлежат раздельному сбору и обработке. Для сбора отработанных батарей из приборов наиболее эффективной мерой оказывается установление соответствующих систем по их обратному приему. Производители портативных батарей (рис. 5.91), например, в Германии законодательно обязаны передавать свои обязательства системам по обратному сбору портативных батарей. Это может быть сделано путем участия в общей, некоммерческой, общенациональной системе по обратному сбору или специально одним или несколькими производителями, установившими у себя обратную систему сбора (собственная система возврата производителю). Потребитель не должен нести каких-либо дополнительных затрат, что будет способствовать его желанию оказать содействие в возврате использованного товара. При транспортировке (батарейки являются частично опасным грузом), сортировке, рециклинге или утилизации использованных батареек в рамках производственных процессов должны использоваться наилучшие доступные технологии.

_5.91.tif

Рис. 5.91. Типы батареек (в приборах),
аккумуляторы, промышленные батарейки [51]

Сбор. Прием и специальные системы сбора являются эффективными путями целенаправленного сбора и широкого приема использованных батарей и аккумуляторов в Европе. Прием очень эффективно может быть организован в магазинах, торгующих батареями, общественных учреждениях и муниципальных база сбора ценного вторсырья или на основе договоренностей о вывозе, заключаемых между фирмами по рисайклингу и (крупными) потребителями. Возможна также организация периодических кампаний (в учреждении или городском районе) по сбору этого вида отходов.

Рекомендуется, чтобы фирмы, которым поручен прием отработанных батарей и аккумуляторов, использовали для сбора специальные контейнеры. Этим облегчается процесс сбора и одновременно обеспечивается отдельное и надежное хранение в имеющихся помещениях. Поврежденные батареи могут привести к короткому замыканию на пути от сбора до переработки, это часто является причиной возникновения пожаров, поэтому их следует помещать в специальные герметичные стальные контейнеры (рис. 5.92).

_5.92_1.tif

а б в

Рис. 5.92. Емкости для сбора отработанных литиевых батарей:
а – обычные батарейки: б – батарейки первичных и вторичных систем,
 том числе литиевые; в – поврежденные литиевые
и прочие батарейки высокой энергии [51]

_5.93_1.tif _5.93_2.tif

Рис. 5.93. Раздельный сбор пальчиковых батареек и щелочных аккумуляторов, «Recyclingzentrum/Wertstoffhof» GmbH, Дрезден, Германия

В рамках расширенной ответственности производителя за свою продукцию могут быть обеспечены добровольная готовность промышленности к приему использованных батарей или возложение на промышленность эквивалентного обязательства. В некоторых европейских странах, в том числе в Германии, этот принцип реализован, например, путем создания общественных фондов изготовителей этой продукции
(Германия: Совместная система приема батарей – GRS, Франция: Screlec and Corepile), которые осуществляют прием отработанных батарей и аккумуляторов и их последующую утилизацию независимо от изготовителя, импортера или торговца (рис. 5.93).

Сортировка. В связи с тем, что раздельный сбор батарей в зависимости от содержащихся в них веществ проводится крайне редко, перед утилизацией требуется их сортировка. До сортировки по типам проводится классификации батарей по величине с выделением миниатюрных элементов. Для дальнейшей сортировки существуют два способа [27]:

Электромагнитный способ

Сначала проводится сортировка на магнитные (ок. 85 %) и немагнитные (ок. 15 %) батареи. Затем магнитные батареи пропускаются через магнитное поле, которое меняется в зависимости от химической системы батареи (содержащихся в ней веществ). Эта система обеспечивает сортировку до 6 батарей в секунду при чистоте сортировки 98 %.

Рентгеновский способ

Батареи проходят через рентгеновский детектор. По серой шкале рентгенограммы можно определить систему батареи. Данная система позволяет идентификацию до 20 батарей в секунду. Точность сортировки больше 98 %.

Для обеспечения разделения батарей на содержащие ртуть и свободные от ртути изготовители щелочно-марганцевых и угольно-цинковых батарей маркируют свою продукцию ультрафиолетовым кодом, считываемым УФ-сенсором.

Для обеспечения рисайклинга всех батарей на высоком уровне процессы сортировки следует проводить отдельно от соответствующего процесса рисайклинга.

Для последующей переработки должны быть установлены минимальные требования к эффективности и единые пути расчета. Кроме того, должно обеспечиваться, что все идентифицированные и собранные батарейки будут обработаны и переработаны. Для контроля и дальнейшего развития, например, в Германии для перерабатывающих предприятий были введены обязательства по предоставлению отчетности в центральное ведомство.

Переработка. Для отдельных систем батарей существуют различные способы металлургической утилизации, которые могут быть подразделены на пирометаллургические и гидрометаллургические процессы. Ниже данные способы и технологии рассматриваются более детально.

В табл. 5.5 представлены преимущества и недостатки пирометаллургических и гидрометаллургических процессов.

Таблица 5.5

Преимущества и недостатки пирометаллургических и гидрометаллургических процессов

 

Пирометаллургический процесс

Гидрометаллургический процесс

Преимущества

● Высокая скорость реакции.

● Высокая эффективность.

● Большая пропускная способность.

● Пригоден для сложных соединений.

● Нечувствителен к изменению материала на входе

● Весьма различные реакции (высокая степень чистоты продуктов).

● Хорошо регулируется при подаче материала постоянного состава.

● Мало проблем с выбросами вредных веществ

Недостатки

● Мало индивидуальных реакций (низкая степень чистоты продуктов на выходе).

● Стадии процесса должны повторяться в различные моменты.

● Возникновение сильного шума, много выбросов

● Меньшая скорость реакций.

● Более низкая эффективность и пропускная способность.

● Чувствителен к изменению состава сырья.

● Проблемы со складированием/обработкой отходов процесса

Угольно-цинковые и щелочно-марганцевые батареи

Вращающаяся печь – обработка во вращающейся печи является металлургическим процессом, при котором цинксодержащие батареи (вместе с песком и коксом) подаются в печь. Цинк окисляется и улетучивается (при температуре ок. 1300 °C). После охлаждения оксиды собирают и направляют на первичное производство цинка. Оставшийся шлак применяется в дорожном строительстве (рис. 5.94).

Способ Империал-Смелтинг – этот метод позволяет получение металлического цинка. В этом процессе цинк также испаряется и направляется в конденсатор, где он охлаждается тонко распыленным свинцом. Цинк прилипает к свинцу. Затем оба металла охлаждаются и разделяются. Свинец возвращается в конденсатор, цинк получается в чистом виде и готов к дальнейшей переработке (рис. 5.95).

Другими способами переработки щелочно-марганцевых и угольно-цинковых батарей являются переработка в

● электропечи для производства стали;

● электропечи для производства ферромарганца;

● конвертерной печи для получения ферромарганца;

● вращающейся печи.

Как в вышеописанных процессах, так и в этом случаепроисходит испарение цинка, который таким образом выделяется из смеси. Однако, указанные последними процессы применяются довольно редко.

_5.94.wmf

Рис. 5.94. Технологическая схема процесса обработки
во вращающейся печи для переработки батарей [52]

_5.95_tsvet.wmf

Рис. 5.95. Технологическая схема процесса Империал-Смелтинг
для переработки батарей[52]

Никель-кадмиевые батареи

Отработанные никель-кадмиевые аккумуляторы подвергаются также термической утилизации. Кадмий отгоняется под вакуумом или в атмосфере инертного газа. Оставшаяся сталь-никелевая смесь направляется на производство стали. В связи с сокращением количества этих батарей существующие в Европе мощности, использующие эту технологию, достаточны для всей Европы (рис. 5.96).

Никель-металлгидридные батареи

Основной целью этого рисайклинга является регенерация никеля. Из-за возможного выделения водорода при измельчении этих батарей обработка должна проводиться в контролируемой газовой среде. После отделения пластмассы остается продукт с высоким содержанием никеля, который используется в качестве важного легирующего металла в производстве стали.

Никель-кадмиевые батареи

Отработанные никель-кадмиевые аккумуляторы подвергаются также термической утилизации. Кадмий отгоняется под вакуумом или в атмосфере инертного газа. Оставшаяся сталь-никелевая смесь направляется на производство стали. В связи с сокращением количества этих батарей существующие в Европе мощности, использующие эту технологию, достаточны для всей Европы.

Литиевые батареи

Важнейшей целью в случае первичных литиевых систем (LiMnO2) является регенерация металлов: никель, железо и марганец. Рисайклинг перезаряжаемых литиевых систем (ионно-литиевые и полимерно-литиевые) направлен, преимущественно, на регенерацию кобальта, никеля и меди (рис. 5.97).

Ртутьсодержащие батареи (миниатюрные элементы питания)

Регенерация ртути из отработанных батарей осуществляется, среди прочего, методом ALD, который основывается на вакуумно-термической обработке. На специальных герметичных установках периодического режима производится испарение ртути при температурах 350 и 650 °C. Затем ртуть конденсируется при низких температурах и может быть возвращена в хозяйственный оборот. Освобожденная от ртути сталь продается на рынке (рис. 5.98).

_5.97.wmf

Рис. 5.97. Технологическая схема переработки литий содержащих батарей [27, 53]

_5.98.wmf

Рис. 5.98. Технологическая схема переработки ртутьсодержащих батарей [53]

В Германии сбор отработанных батарей и аккумуляторов осуществляется в рамках ответственности производителей за свою продукцию. В 2014 году более 170 000 приемных пунктов в учреждениях торговли, ремесла, фирмах по утилизации отходов было оснащено контейнерами и транспортными емкостями для портативных батарей, для системы возврата портативных батарей. В 2014 году в Германии деятельность по обратному приему портативных батарей осуществляли четыре системы: GRS, REBAT, ERP, Öcorecell. Каждая из четырех систем возврата отходов портативных батарей в 2014 г. достигла минимальную квоту по сбору 40 %, что составило 19 142 т в целом [27].


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074