Mekaaninen kierrätys

1. Severi Ojanen
Metallifoorumi I, 14.6.2016
Porin yliopistokeskus
Mekaaninen kierrätys

2. Akut ja paristot jätteenä
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016
http://www.batteryrecyclingusa.com/recycling-information/materials-
we-accept/
http://www.hub-4.com/news/s3/4719/another-first-for-g-p-with-automated-waste-battery-
sorting-system

3. Lyijyakut
• Kiertävät hyvin
• Akku koostuu yksinkertaistettuna kolmesta
komponentista
–Lyijyelektrodit, elektrolyytti ja ulkokuori
• Helppo ja tunnettu prosessi
• Mekaaninen prosessointi todella
yksinkertainen
http://klamathcarcare.com/auto-service/car-battery-replacement/
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

4. Lyijyakkujen kierrätys
Purku + tyhjennys
60 %
lyijyä
Rikkihappo Tyhjennetyt akut
Jätteenkäsittely Panoksen valmistelu
Kuilu-uuni
Akut
Lyijyromu
Koksi
Kuonan-
muodostajat
Lähde: Mårtenson, 2013
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

5. Eri akku- ja paristotyypit
Tyyppi Koostumus
Alkaliparisto MnO2, Fe, Zn, KOH, grafiitti
Litiumioniakku Al, Cu, LiCoO2, LiPF6, grafiitti, orgaanisia liuottimia
Nikkelimetalli-
hydridiakku
Ni, Fe, Co, KOH, Mn, Zn, harvinaisia maametalleja
Nikkelikadmium-
akku
Fe, Ni, Cd, KOH, orgaanisia yhdisteitä
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

6. Teoreettinen optimoitu prosessi
NiMH- ja Li-
ion-akut
Varauksen
purku
Murskaus Luokitus Seulonta
Painovoima-
erotus
Magneetti-
erotus
Jatko-
prosessointi
Hienonnus Seulonta
Li-suola,
metallirikkaat
jauheet
Painovoima-
erotus
Luokitus
Luokitus
Al-Thyabat et al. 2013
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

7. Yksikköprosessit
• Murskaus
–Arvokas sisus vapautetaan kuoren alta
• Seulonta
–Yhdenmukaistetaan saatua jaetta jatkokäsittelyn
helpottamiseksi
• Painovoimaerotus
–Kevyemmät osat, kuten muovi saadaan eroteltua
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

8. Yksikköprosessit
• Magneettierotus
–Poistaa magneettiset osat eli lähinnä raudan
• Pyörrevirtaerotin (Eddy current separator)
–Poistaa ei-magneettiset metallit, kuten alumiinin
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

9. Eksoottisemmat prosessit
• Vesileikkuri
–Leikkaa aiheuttamatta kipinöitä
• Ilmasuihkuerotus
–Erottelee foliot aktiivimateriaaleista
• Ultraäänipesu
• Vaahdotus
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

10. Litiumioniakkujen kierrätysprosessi
Kaksi-
vaiheinen
murskaus
Seulonta
Magneetti-
erotus
Magneettiset
Ei-
magneettiset
Muovi +
paperi
Kupari
Hiili +
metalli-
oksideja
Rauta
Painovoima-
erotus
Koboltti
Seulonta
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

11. Paristojen ja akkujen kierrätysprosessi
Suomessa
• Lajittelu tehdään osittain käsin
• Kolme jaetta omaan jatkoprosessointiin
–Alkaliparistot, nikkelimetallihydridiakut ja litiumioniakut
käsitellään paikan päällä
–Muut akku- ja paristotyypit lähetetään muualle
prosessoitavaksi
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

12. Paristojen ja akkujen kierrätysprosessi
Suomessa
Alkaliparistot
Litium-
ioniakut
NiMH-akut
Magneetti-
erotus
Murskaus
Kaksivaiheinen
murskaus
Magneetti-
erotus
Murskaus
Seulonta
Zn + Mn
Co + Li
Cu
Ni + Fe +
REE + Co
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

13. Haasteet
• Integroidut akut
–Vaikea sijoittaa oikeaan prosessiin
• Lajittelu
–Väärin merkittyjä paristoja ja akkuja
–Haitallisia aineita prosessiin
• Energiasisältö
–Palo- tai räjähdysvaara
www.youtube.com
www.youtube.com
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

14. Varauksen purku
• Yleinen ongelma kaikille akkutyypeille
• Kirjallisuudesta ei löydy yksityiskohtia
–”Akut tyhjennettiin”, ”suolaliuos”, ”tehtiin inerteiksi”
• Kirjallisuudesta löytyy kuitenkin varauksen purkamisesta
saatavia hyötyjä
–Turvallisuus, prosessin kannattavuus, automaation mahdollisuudet,
litiumin talteenoton parantaminen
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

15. Alustava koesuunnitelma
• Tutkitaan mahdollisuuksia
systemaattiseen akkujen ja
paristojen varauksen
purkamiseen
–Eri akku- ja paristotyypit
–Eri suolaliuokset
–Purkautumiskinetiikat
www.mpoweruk.com
Jännite(V)
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

16. Liiketoimintamahdollisuudet
• Akkujen ja paristojen varauksen purku parantaa yleisesti
prosessin tehokkuutta
–Poistaa muiden kalliimpien esikäsittelyiden tarpeen
–Helpottaa myös jatkoprosessointia
Akku
• Purkamisesta vapautuvan
energian hyötykäyttö
–Syntyvien kaasujen talteenotto
–Lämmön talteenotto
e- H2
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

17. Liiketoimintamahdollisuudet
• Tehokkaammat erottelumenetelmät
–Sensoripohjainen automaattinen erottelu
• Akkujen ja paristojen merkitseminen
–Koneellisesti luettavat tiedot akun tai pariston sisällöstä
Severi Ojanen Metallifoorumi I 14.6.2016

18. Kiitos!
severi.ojanen@aalto.fi
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Materiaalitekniikan laitos