Abstrakti
Sähköajoneuvomarkkinoiden eksponentiaalinen kasvu ja kestävien energianvarastointiratkaisujen kasvava kysyntä ovat johtaneet litiumioniakkujen tuotannon merkittävään lisääntymiseen. Tämän seurauksena akkutuotannossa välttämättömien kriittisten raaka-aineiden, kuten Co, Ni, Cu, grafiitti ja Li kysynnän ennustetaan tulevina vuosina kasvavan räjähdysmäisesti.
Jäteakkujen ns. mustan massan käsittelyssä nykyisin hyödynnettävät teolliset kierrätysteknologiat (pyrometallurgia ja hydrometallurgia) ovat osin rajoittuneita ja sisältävät haittavaikutuksia. Tästä syystä tässä väitöstyössä tutkittiin vaahdotusta erotusprosessina akkujen ns. "suorakierrätyksen" mahdollistamiseksi. Suorakierrätyksessä akun anodi ja katodiaktiivimineraalit (KAM) otetaan talteen korkean jalostusasteen tuotteena.
Työ sisälsi useita tutkimussuuntia, käsitellen esim. vaahdotusmekanismien ymmärtämistä sekä teollista prosessi-integraatiota. Työssä mm. kehitettiin uudenlainen röntgentomografiaan (xRCT) perustuva menetelmä vaahtojakeiden karakterisoimiseksi, jolla kiintoaineiden sijoittumista vaahdon eri kantajafaaseissa (ilma, vesi) kyettiin havainnoimaan. Tämän avulla osoitettiin, että kerosiini (yleisesti käytetty grafiittikerääjä) adsorboituu epäselektiivisesti litiumkobolttioksidi (LCO) partikkelien pintaan. Toisessa hankkeessa tutkittiin KAM-partikkelien flokkulaatiota. Tässä hankkeessa havaittiin, että tietyissä prosessiolosuhteissa LCO on mahdollista flokkuloida selektiivisesti grafiitti–LCO-seoksista. Näiden havaintojen pohjalta tutkittiin yhdistettyä flokkulaatio–vaahdotus-prosessia ja osoitettiin, että vaahdottamalla talteenotetun grafiitin puhtauteen voidaan vaikuttaa positiivisesti LCO-partikkeleja flokkuloimalla.
Lisäksi väitöstyössä tutkittiin akkukierrätyksen integrointia teollisiin kuonankäsittelyprosesseihin. Tässä hankkeessa osoitettiin, että mustasta massasta voidaan ns. sitojapolymeerien läsnä ollessa vaahdottamalla erottaa tehokkaasti aktiivimineraalikonsentraatti sekä Cu–Al-konsentraatti. Näiden konsentraattien jatkojalostus demonstroitiin sekoitettuna nikkeli- ja kuparikuonaan, joiden pyrometallurginen käsittely mahdollisti arvometallien (Co, Ni, Cu, Fe) talteenoton ilman tarvetta lisätylle pelkistimelle. Al, Li ja Mn havaittiin kuitenkin päätyvän sekundäärikuonaan.
Yhteenvetona, tämä väitöstyö esittelee tutkimuksen jäteakkujen karakterisointi- ja erotustekniikoista (xRCT, vaahdotus, flokkulaatio), sekä näkökulmia teolliseen prosessiintegraatioon. Havainnot edistävät kustannustehokkaampien ja kestävämpien kierrätysmenetelmien kehittämistä. Tutkittujen menetelmien pohjalta voidaan tulevaisuudessa vastata kriittisten akkumineraalien kasvavaan kysyntään.
Julkaisun otsikon käännös | Innovaatioita Li-ioniakkujen kierrätyksen saralla: uuden sukupolven karakterisointi- ja erotusmenetelmät, sekä näkökulmia teolliseen prosessi-integraatioon |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-2000-4 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-2001-1 |
Tila | Julkaistu - 2024 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- vaahdotus
- selektiivinen flokkulaatio
- kiertotalous
- grafiitti
- röntgentomografia
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Innovaatioita Li-ioniakkujen kierrätyksen saralla: uuden sukupolven karakterisointi- ja erotusmenetelmät, sekä näkökulmia teolliseen prosessi-integraatioon'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
Raaka-aineiden tutkimusinfrastruktuuri
Karppinen, M. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility