С точностью до микрометра
Лабораторный участок лаборатории физики плазменных процессов по исследованию и разработке технологий переработки литийионных ячеек ФТИ НАН Беларуси официально открылся немногим более недели назад. Но по большому счету можно сказать, что работа в этом направлении ведется уже год. Именно в течение этого времени ученые создавали участок, думали о технологии, занимались подбором и приобретением необходимого оборудования. Сегодня объект укомплектован практически всем необходимым, отмечает заместитель директора по научной работе Физико-технического института НАН Беларуси Игорь Смягликов.— Мы работаем согласно Государственной программе «Наукоемкие технологии» на 2021—2025 годы, подпрограмме «Развитие электротранспорта». У нас есть задание на разработку базовой технологии переработки литийионных ячеек с применением методов гидрометаллургии.
После подготовительной работы в нынешнем году открыт участок по исследованию и разработке технологий переработки. Мы тесно сотрудничаем с ОАО «БелВТИ», которое занимается сбором отходов электронного оборудования, в том числе электромобильных батарей, но не имеет технологий по их утилизации. Суть не просто в обезвреживании, но и в получении полезных вторичных материальных ресурсов.
Игорь Смягликов.Игорь Смягликов демонстрирует нам ряд батарей, переработка которых ведется на участке, — литийионные ячейки 18650 и автомобильные. И поясняет, что процесс переработки непростой и многогранный.
— Сначала батареи сортируются, разбираются на ячейки. Каждая из них проверяется на остаточный заряд. Если зарядная емкость высока, такую ячейку можно в последующем использовать в других целях. Например, в составе стационарных накопителей, — поясняет он. — Те, где заряд остался в небольшом количестве, обязательно нужно разрядить. Для этого есть много способов. В основном мы используем такие методики, как замачивание в электролите, закорачивание через блок сопротивлений.
Далее, по его словам, поскольку процесс достаточно опасный, происходит аккуратное вскрытие ячейки.
— В частности, институтом создан уникальный стенд для автоматического вскрытия ячеек 18650. В последующем для промышленного применения систему можно масштабировать, — отмечает разработчик устройства — научный сотрудник лаборатории физики плазменных процессов ФТИ Андрей Дробов.
У нас на глазах он закладывает ячейку 18650 в устройство и запускает стенд. И мы наблюдаем, как механизм с точностью до микрона разрезает ячейку и отделяет электродные компоненты от корпуса, не повреждая их. На все это уходит до одной минуты.
Базовая технология переработки батарей появится до конца года.Отработка процесса
Но на этом процесс переработки не заканчивается. Далее батарейка разбирается на составные части — катод и анод в виде электродных веществ, нанесенных на алюминиевую и медную фольгу, сепаратор. Затем, после специальной термообработки, эти материалы снимаются с фольги. По такому же принципу вскрываются и разделяются ячейки от электромобилей, демонстрирует Игорь Смягликов.— Для промышленной реализации технологии, конечно, проще брать части батареи и размалывать их в порошок, который затем методами газодинамической и магнитной сепарации разделяется на металлы и электродный материал, — уточняет собеседник. — После этого металлы можно сдать в ОАО «Белвторчермет». Мы же работаем с электродным веществом, где содержатся самые ценные элементы батареек.
После термообработки в специальных печах в зависимости от типа аккумуляторов у специалистов оказывается несколько видов растворов, которые затем анализируют, переводят в сухую фазу и получают литий, кобальт, никель и марганец — металлы, представляющие ценность с точки зрения вторичных ресурсов.
Процесс переработки аккумуляторов непростой и многогранный.— Карбонат лития, который получается в итоге многофазной переработки, — готовый коммерческий продукт. Его можно использовать в дальнейшем, — акцентирует Игорь Смягликов.
Тем не менее говорить о том, будет ли выгодна технология с экономической точки зрения, по его словам, пока сложно. Потому что нужно учесть не только стоимость самого процесса переработки, но и затраты на логистику, организацию производства, мощности будущего предприятия по переработке.
— Для начала мы должны предложить готовую методику по переработке батарей, — убежден заместитель директора по научной работе Физико-технического института.
Также, по его словам, экономический эффект будет зависеть от типа литийионных батарей, которые перерабатываются. А их много — марганцевые, кобальт-никелевые, литий-железо-фосфатные. Оказывается, чем выше содержание кобальта, тем эффективнее будет переработка.
Кстати, уже сейчас ученые могут определить ценность продуктов на разных стадиях переработки, контролируя состав с помощью имеющегося на участке аналитического оборудования. А в ближайшее время здесь появится плазменный спектрофотометр, который позволит определять также концентрацию лития в растворах.
Уникальная методика
На участке будут работать шесть человек, проинформировал заведующий лабораторией физики плазменных процессов ФТИ Александр Паршуто. По его словам, на каждую стадию нужен свой специалист.В целом технология переработки батарей уже ясна, но нужно доработать нюансы, считает старший научный сотрудник лаборатории Сергей Багаев:
— Базовая технология появится до конца года. Нужно понимать: речь пока не идет о промышленных масштабах. На промышленную технологию выйдем в течение двух-трех лет. Интерес к нашей работе уже есть. От Национальной академии наук, ОАО «БелВТИ», экологов, Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды.
Есть еще ряд вопросов, требующих доработки, отмечает заместитель директора по научной работе ФТИ, включая вопросы юридические. Так, требуется совершенствование законодательства в части сбора, транспортировки и хранения отработанных литийионных аккумуляторов.
— Пока с переработкой такого типа отходов в стране дела не имели, — поясняет он. Мы пользуемся ГОСТами и СанПиНами, которые применяются для тех же щелочных батареек и других типов отходов. Но все же это вещества другого типа. В этом направлении мы тоже работаем.
В мире подобные технологии по переработке, без сомнения, есть. Но каждое государство старается найти решение с уклоном на свой продукт, своего потребителя. И белорусская технология — своя, уникальная, подчеркивает Александр Паршуто.
— Нам была поставлена задача найти наиболее оптимальное решение для Беларуси. В то время как некоторые страны ориентированы на получение гидроксидов, различных солей, мы больше заинтересованы в получении металлов, — комментирует он. — Это готовый продукт, который в последующем может использоваться как катализатор, добавки в сплавы, для порошковой металлургии, производства красок, композитов, стекол, даже пищевых добавок. Для Беларуси это актуально.
arteaga@sb.by
