Système de recyclage des batteries lithium-ion
Système de recyclage des batteries lithium-ion - ToronLi-ion™
Le système de recyclage de batteries lithium-ion ToronLi-ion™ récupère la matière noire, les granulés de cuivre et d'aluminium, le film séparateur et le matériau de boîtier issus des cellules usagées, des modules et des déchets de production d'électrodes. Le broyage physique, le traitement thermique, le criblage multi-étapes, le tri pneumatique et le tri gravimétrique fonctionnent comme un processus intégré et centralisé. Le débit varie de 500 à 2 000 kg/h, pour une capacité annuelle de production de 500 à 20 000 tonnes. Chaque flux de sortie est valorisé en tant que matériau commercialisable.
La manipulation des cellules chargées constitue la principale difficulté qui distingue le recyclage des batteries de la récupération classique des métaux. L'étape de broyage grossier se déroule dans une chambre étanche à quatre arbres remplie d'azote, de sorte que l'atmosphère autour de la zone de coupe est trop pauvre en oxygène pour permettre l'inflammation. Des mesures de protection à plusieurs niveaux encadrent le broyage des batteries chargées, et le moteur fonctionne à basse vitesse et à couple élevé afin de limiter la déformation des cellules. Les opérateurs peuvent ainsi traiter les matériaux sans étape de décharge préalable.
La construction modulaire permet à chaque étape de fonctionner indépendamment tout en restant intégrée à la séquence. Une installation peut commencer par la section de concassage et de tri, puis ajouter la pyrolyse, le raffinage des granulés d'aluminium, la carbonisation de la poudre noire ou le lavage des séparateurs à mesure que les volumes augmentent. Un système de contrôle central basé sur un automate programmable coordonne les modules et réserve des ports de communication pour l'intégration au système de contrôle-commande distribué (DCS) de l'usine. La maintenance est simplifiée car chaque module est accessible indépendamment.
Système de recyclage des batteries lithium-ion - Applications ToronLi-ion™
Le système ToronLi-ion™ s'adresse aux recycleurs produisant de la matière noire pour les raffineurs ainsi qu'aux fabricants traitant leurs propres déchets de production.
- Recyclage des batteries de véhicules électriques: transforme les packs de traction, modules et cellules en fin de vie en fractions de métal et de masse noire séparées, prêtes pour le raffinage en aval
- Production de masse noire pour les raffineurs: fournit aux industries hydrométallurgiques et pyrométallurgiques des poudres de cathode et d'anode tamisées à granulométrie constante.
- Récupération de batteries d'appareils électroniques grand public: traite les piles au lithium pour téléphones portables, ordinateurs portables et appareils portables arrivant dans des flux de collecte mixtes
- Déchets de fabrication de batteries: récupère les matériaux des feuilles d'électrodes positives et négatives, des stratifiés et des produits de production non conformes aux spécifications dans les opérations de la gigafactory
- Traitement des pièces polaires d'électrodes: enlève le revêtement des feuilles de cuivre et d'aluminium afin que les deux métaux soient remis sur le marché sous forme de granulés propres
- Recyclage des batteries LFP: traite les piles au lithium-fer-phosphate où la poudre séparée et les feuilles collectrices de courant ont chacune une valeur de récupération
- Mise hors service des systèmes de stockage d'énergie: traite les batteries de stockage d'énergie mises hors service et les batteries commerciales arrivant en fin de vie
- Récupération du cuivre et de l'aluminium: produit des granulés métalliques séparés par classification pneumatique et tri par densité.
- Récupération du film séparateur: récupère le matériau du diaphragme intact lorsque la phase de séchage se déroule en dessous du seuil d'endommagement du film
- Opérations de démantèlement automobile: ajoute une capacité de traitement des batteries aux activités de récupération des véhicules et des composants
- Entreprises de gestion des déchets dangereux et industriels: internalise le traitement des batteries au lithium au lieu de faire appel à des sous-traitants.
- Producteurs de matériaux cathodiques: boucle la boucle concernant les déchets internes et réintègre la poudre récupérée dans la chaîne d'approvisionnement en matériaux
Système de recyclage des batteries lithium-ion - Caractéristiques principales de ToronLi-ion™
Le système ToronLi-ion™ combine le concassage sous atmosphère inerte avec un traitement thermique par étapes et trois principes de tri physique distincts, et chaque module peut être spécifié ou omis en fonction de la matière première.
- Concasseur à quatre arbres protégé à l'azoteLa chambre de coupe étanche accepte le remplissage à l'azote, ce qui permet aux cellules chargées de se déchiqueter dans une atmosphère pauvre en oxygène, réduisant ainsi les risques d'incendie.
- Traitement sans sortie préalableLes cellules arrivent chargées dans la ligne, ce qui supprime l'étape de décharge et le temps de traitement associé du flux de travail.
- Entraînement de broyeur à basse vitesse et couple élevé: la rotation lente de l'arbre avec un couple élevé permet de découper les modules et les cellules silencieusement et sans la génération de chaleur que produisent les outils de coupe plus rapides.
- Protection automatique contre l'inversion de polarité et les surcharges: Le démarrage, l'arrêt, l'inversion et la réponse aux surcharges, gérés par automate programmable, permettent de dégager les bourrages sans intervention de l'opérateur dans la chambre de coupe.
- Condensation et récupération des électrolytes: le séchage entre 100 et 150 degrés Celsius permet de récupérer l'électrolyte au lieu de le rejeter dans les gaz d'échappement.
- Film séparateur préservé: la fenêtre de séchage reste en dessous du seuil de dommage du film, de sorte que le matériau du diaphragme reste triable et vendable
- Four de craquage à basse température: le traitement thermique entre 450 et 600 degrés Celsius décompose le liant et les matières organiques résiduelles, augmentant ainsi la pureté de la poudre noire récupérée
- Traitement des gaz d'échappement en trois étapesLa combustion catalytique, le lavage et la pulvérisation alcalins, ainsi que le polissage au charbon actif permettent de réduire les émissions du flux gazeux.
- Décapage de revêtement Concasseur fin: un séjour prolongé dans la cavité de broyage permet de détacher la poudre noire de la feuille et de transformer le cuivre et l'aluminium en granulés pour une séparation propre des métaux
- Criblage statique et dynamique combinéLes cribles linéaires, les cribles vibrants circulaires, les cribles oscillants et les cribles de tri à flux d'air fonctionnent de concert pour améliorer la récupération de la poudre noire.
- Tri par air à 99 %: la classification par flux d'air sépare les films légers des fractions de métaux lourds avec un taux de séparation de 99 % selon le fournisseur
- Tri par gravité à 99 %: tamisage par densité des pièces de cuivre et des granulés d'aluminium avec un taux de tri de 99 % indiqué par le fournisseur
- Convoyage entièrement étancheLe transfert en circuit fermé entre les étapes permet de contenir la poussière et de contrôler la quantité de matière tout au long de la ligne.
- Extraction de poussière par pression négativeLe système central d'aspiration des poussières maintient le processus sous pression négative, empêchant ainsi la poussière de s'accumuler à l'intérieur du système et préservant la propreté de l'espace de travail.
- Automate programmable Siemens - Contrôle centralUn seul programme gère l'ensemble du processus, les interfaces Ethernet, MODBUS TCP/IP, OPC, PROFINET et DP étant réservées à l'intégration DCS.
- Composants électriques de marqueLes armoires de commande sont construites avec des composants ABB, Schneider et Siemens pour garantir la disponibilité des pièces et faciliter la maintenance.
- Architecture modulaireLes modules individuels fonctionnent indépendamment, ce qui permet à une usine d'échelonner l'installation et d'étendre ses capacités sans reconstruire la ligne de production.
Théorie et méthode
Les cellules lithium-ion se séparent efficacement par traitement mécanique car leurs composants réagissent différemment au broyage. Les revêtements de la cathode et de l'anode sont des couches particulaires fragiles liées à une feuille métallique ductile. Ainsi, le broyage qui déchire la feuille en granules fragmente simultanément le revêtement en fines particules. Cette différence produit deux populations présentant un large écart granulométrique, ce qui rend le tamisage efficace comme méthode de séparation. Les boîtiers et les cosses de pôle restent grossiers et lourds, et sont éliminés rapidement par séparation granulométrique et de densité.
Le traitement thermique permet d'atteindre des zones inaccessibles par la mécanique. L'électrolyte est une solution organique carbonatée volatile. Le chauffage du matériau broyé entre 100 et 150 °C provoque son évaporation, qui se condense ensuite pour être récupérée. Cette plage de températures reste inférieure à celle de la dégradation du film séparateur, préservant ainsi l'intégrité du diaphragme pour le tri ultérieur. L'élévation de la température entre 450 et 600 °C dans le four de craquage décompose alors le liant polymère fixant le revêtement à la feuille, ainsi que les composés organiques résiduels susceptibles de contaminer la poudre.
La séparation finale repose sur la densité et l'aérodynamisme. Le tri par air exploite la vitesse limite : le film séparateur léger et le plastique remontent avec le flux d'air tandis que les granules métalliques denses retombent. Le fournisseur annonce un taux de séparation de 99 %. Le cuivre et l'aluminium sont ensuite séparés selon leur densité : le cuivre avoisine 8.96 g/cm³ contre environ 2.70 g/cm³ pour l'aluminium. Un tamiseur gravitaire fluidise le lit de granules, ce qui permet au cuivre, plus dense, de migrer vers le bas et de se séparer de l'aluminium. Le taux de tri annoncé est de 99 %.
Système de recyclage des batteries lithium-ion - Spécifications techniques de ToronLi-ion™
Présentation du système
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Type de système | Ligne de broyage physique, de traitement thermique et de tri pour batteries lithium-ion |
| Débit horaire | 500 à 2,000 kg / h |
| Capacité de traitement annuelle | 10 000 à 20 000 tonnes par an |
| Alimentation branchée | 150 à 1,280 kW |
| Matières premières transformables | Blocs et modules de batteries de puissance, cellules au lithium pour appareils électroniques grand public, feuilles d'électrodes positives et négatives, stratifiés, déchets de production de batteries |
| Matériaux de sortie | Poudre de masse noire, granulés de cuivre, granulés d'aluminium, film séparateur, matériau du boîtier et de l'enveloppe de la batterie, électrolyte récupéré |
| Atmosphère de broyage grossier | Chambre étanche avec possibilité de remplissage à l'azote |
| Température de séchage | 100 à 150 ° C |
| Température du four de fissuration | 450 à 600 ° C |
| Rapport de séparation de l'air | 99 pour cent (déclaration du fournisseur) |
| Rapport de tri par gravité | 99 pour cent (déclaration du fournisseur) |
| Système de contrôle | Automate programmable Siemens avec armoire de commande centrale |
| Interfaces de communication | Ethernet avec adresse IP indépendante, MODBUS TCP/IP, OPC, PROFINET, DP |
| Composant électrique | ABB, Schneider, Siemens |
| Contrôle de la poussière | Convoyage entièrement étanche avec dépoussiérage centralisé par pression négative |
| Mise En Page | Surface modulaire et personnalisée en fonction du site |
| Installations de référence | Lignes de production de 1 000 kg/h, 1 500 kg/h et 2 000 kg/h en service |
Gamme de machines
Le système est composé des modules ci-dessous. Chaque étape est décrite avec sa fonction, son mode de fonctionnement et ses paramètres disponibles.
1. Système de convoyage étanche
 | Les matériaux circulent entre les différentes étapes à l'intérieur de convoyeurs entièrement fermés. L'étanchéité empêche la poudre et les vapeurs de se répandre dans le bâtiment et, associée à un système de dépoussiérage par pression négative, contribue à maintenir la propreté de la zone de travail. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Transfert de matière en circuit fermé entre les étapes de traitement |
| Construction | enceinte de transport entièrement étanche |
| Avantage du processus | Contient la poussière et les vapeurs, réduit les pertes de matière entre les étapes |
| Intégration : | Fonctionne sous la pression négative du système central de dépoussiérage |
| Configuration | Le tracé et la longueur sont définis par l'agencement de l'usine. |
2. Système de concassage grossier
 | Le broyeur à gros grains est un broyeur à quatre arbres conçu pour les batteries au lithium. Son caisson est doté d'une quadruple étanchéité permettant le remplissage de la chambre à l'azote, ce qui réduit la concentration d'oxygène dans la zone de coupe et limite les risques d'inflammation lors du broyage des cellules chargées. Les cellules et les modules sont rapidement réduits en particules. La commande par micro-ordinateur gère automatiquement le démarrage, l'arrêt, l'inversion de sens et la protection contre les surcharges. Le moteur fonctionne à basse vitesse avec un couple élevé et un faible niveau sonore. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Réduction de taille primaire des cellules et modules de batteries au lithium en matériau en flocons |
| Configuration du rotor | Broyeur à quatre arbres |
| Étanchéité de la chambre | Étanchéité quadruple, compatible avec le remplissage à l'azote |
| Contrôle de l'atmosphère | Conception de protection contre les gaz pour l'écrasement des batteries chargées |
| Disposition de sécurité | Mesures de protection à plusieurs niveaux contre le risque d'incendie |
| Caractéristiques de la transmission | Faible vitesse, couple élevé, faible bruit |
| Fonctions de contrôle | Démarrage, arrêt, marche arrière et marche arrière en cas de surcharge automatiques |
| Contrôle électrique | Conçu pour être conforme aux exigences CE européennes (numéro de certificat non fourni) |
| Formulaire de sortie | Matériau en flocons destiné au traitement thermique en aval |
3. Système de séchage
 | Le matériau broyé passe par une étape de séchage maintenue entre 100 et 150 degrés Celsius. L'électrolyte et les autres matières organiques se volatilisent à cette température et sont condensés pour être récupérés. Cette plage de températures étant inférieure au point de dégradation du film séparateur, le diaphragme reste intact et peut être trié ultérieurement comme fraction récupérable. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Volatilisation et récupération des électrolytes et de la matière organique |
| Température de fonctionnement | 100 à 150 ° C |
| Manipulation des électrolytes | Condensé et récupéré sous forme de flux de produit |
| Condition de séparation | Le diaphragme reste intact à cette température |
| Objectif du processus | Prépare les matériaux pour le tri et réduit la charge sur le système d'échappement |
4. Système de craquage et de pyrolyse
 | Le four de craquage effectue une pyrolyse à basse température entre 450 et 600 degrés Celsius. À cette température, les matières organiques et les impuretés présentes dans les déchets de batterie broyés se décomposent, y compris le liant polymère qui fixe le revêtement à la feuille collectrice de courant. L'élimination de ce liant améliore la pureté de la poudre noire récupérée en aval. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Décomposition thermique de la matière organique et des impuretés résiduelles |
| Température du four | 450 à 600 ° C |
| Type de processus | Fissuration à basse température |
| Matériel cible | Liants et impuretés organiques dans les matériaux de batterie broyés |
| Avantage du processus | Améliore la qualité de la poudre noire récupérée |
5. Système de traitement des gaz d'échappement
Les gaz issus du séchage et du craquage sont traités en trois étapes. La combustion catalytique détruit les composés organiques combustibles, le lavage et la pulvérisation alcalins neutralisent les composants acides et nocifs, et le charbon actif affine le flux restant avant son rejet.
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Élimination des substances nocives des gaz d'échappement industriels |
| La Phase 1 | Combustion catalytique |
| La Phase 2 | Lavage et pulvérisation alcalins |
| La Phase 3 | purification au charbon actif |
| Condition de sortie | Traité pour répondre aux exigences d'émission applicables |
6. Concasseur secondaire
 | Un concasseur à marteaux mono-arbre à grande vitesse assure la réduction de taille intermédiaire. L'action des marteaux brise les matériaux en vrac restants après le traitement thermique, préparant ainsi le flux à la séparation des composants lourds tels que les enveloppes d'acier et les cosses de poteaux par densité. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Réduction de taille intermédiaire après traitement thermique |
| Type de broyeur | Concasseur à marteaux mono-arbre à grande vitesse |
| Matériel cible | Matières en vrac restant dans le flux de traitement |
| Objectif du processus | Prépare les fractions lourdes telles que les coquilles d'acier et les cosses de poteaux pour le tri par gravité. |
7. Broyeur fin
 | Le broyeur fin achève le décollement du revêtement de la feuille. Le matériau est retenu dans la cavité de broyage pendant une durée prolongée au lieu de la traverser directement. Le broyage répété permet de détacher la poudre noire de la pièce polaire tout en transformant les feuilles de cuivre et d'aluminium en granulés. La granulation des feuilles permet de séparer proprement le cuivre et l'aluminium lors du tri. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Décapage de la poudre noire de la feuille d'électrode et granulation des collecteurs de courant |
| Comportement résidentiel | Rétention prolongée dans la cavité de broyage |
| Formulaire de sortie | Granulés de cuivre, granulés d'aluminium, poudre noire libérée |
| Objectif du processus | Permet une séparation propre du cuivre et de l'aluminium en aval |
8. Système de dépistage
 | Le criblage s'effectue sur plusieurs types de machines sélectionnées en fonction du procédé. Les cribles linéaires, les cribles vibrants circulaires, les cribles oscillants et les cribles à flux d'air combinent action statique et dynamique afin d'extraire la poudre noire du matériau de manière homogène, et non en un seul passage. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Séparation de la poudre noire des fractions granulaires et grossières |
| Types d'écran | Crible linéaire, crible vibrant circulaire, crible oscillant, crible de tri à flux d'air |
| Méthode de dépistage | Écran statique et dynamique combiné |
| Base de sélection | Type d'écran choisi en fonction du processus |
| Avantage du processus | Augmente le taux de récupération de la poudre noire |
9. Système de séparation d'air
 | Le système de séparation par air dirige un flux d'air contrôlé à travers le matériau. Les matériaux légers sont entraînés par le flux tandis que les matériaux lourds y résistent et retombent, ce qui permet de séparer les films et les plastiques des granulés métalliques et des fragments de boîtier. |
.
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Séparation des matériaux légers et des matériaux lourds |
| Principe de fonctionnement | différence entre la direction du flux d'air et la vitesse terminale |
| Rapport de séparation | 99 pour cent (déclaration du fournisseur) |
| Fraction légère | Film séparateur, plastique, résidu léger |
| Fraction lourde | Granulés métalliques, fragments de boîtier et d'obus |
10. Système de tri par gravité
 | Le tri par gravité achève la séparation des métaux. La poudre noire résiduelle est d'abord tamisée pour séparer les granulés de cuivre et d'aluminium, puis une machine de tamisage par gravité sépare les deux métaux en exploitant la différence de densité entre eux. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Séparation des granules de cuivre et des granules d'aluminium |
| Principe de fonctionnement | Différence de densité sous l'effet du tamisage |
| Étape préliminaire | Tamisage de la poudre noire résiduelle du flux de granulés |
| Rapport de tri | 99 pour cent (déclaration du fournisseur) |
| Fractions de sortie | Granulés de cuivre, granulés d'aluminium, poudre noire récupérée |
11. Système de transport de poudre
La poudre noire récupérée est acheminée par un système de convoyage dédié et non par le circuit de traitement des matériaux courants. Ce traitement séparé protège le produit de toute contamination et empêche la formation de particules fines.
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Transport dédié de poudre noire récupérée |
| Construction | Circuit de manutention des poudres fermé |
| Objectif du processus | Préserve la pureté du produit et contient des matériaux fins |
| Décharge | Pour la collecte, l'emballage ou un traitement ultérieur |
12. Système central d'élimination des poussières
 | Un système centralisé d'aspiration des poussières maintient le procédé en dépression. L'aspiration d'air à chaque point de transfert empêche la poudre de s'échapper dans l'espace de travail et réintègre les fines particules capturées dans le flux de produit. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Capture des poussières et contrôle de la qualité de l'air des espaces de travail |
| Principe de fonctionnement | Pression négative le long de la ligne de processus |
| Territoire desservi | Points de transfert, étapes de concassage, de criblage et de tri |
| Avantage du processus | Réduit les émissions de poussière et récupère les fines particules capturées. |
13. Système de contrôle central
 | La conception électrique de l'ensemble du processus est pilotée par un automate programmable Siemens. Le contrôleur dispose d'un port Ethernet avec une adresse IP indépendante prenant en charge les protocoles MODBUS TCP/IP, OPC et PROFINET, ainsi que d'une interface de communication DP. La ligne s'intègre ainsi au système de contrôle-commande de l'usine et fournit la table des variables correspondante. Les armoires électriques sont construites avec des composants ABB, Schneider et Siemens. |
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Fonction | Contrôle, surveillance et intégration des séquences de processus dans l'usine |
| Contrôleur | PLC de Siemens |
| Interfaces réseau | Port Ethernet avec adresse IP indépendante |
| Protocoles pris en charge | MODBUS TCP/IP, OPC, PROFINET, DP |
| Intégration d'usine | Communication DCS avec table de variables fournie |
| Marques de composants | ABB, Schneider, Siemens |
| Gestion des câbles | Chemins de câbles posés conformément aux exigences du site |
| Opération | Contrôle automatique centralisé de tous les modules |