Por Mathieu Bauer
Las baterías de iones de litio se han vuelto cada vez más populares debido a su alta densidad energética y larga vida útil. Sin embargo, la eliminación de estas baterías plantea desafíos medioambientales. A continuación, se explica cómo el uso del análisis de fluorescencia de rayos X (XRF) portátil puede ayudar en el reciclaje de baterías de iones de litio de manera eficiente y precisa.
Las baterías de iones de litio están hechas de múltiples componentes, siendo el más valioso el cátodo que contiene entre el 40 y el 70 %* del valor total de la batería, dependiendo de su composición química exacta. A partir de 2023, los óxidos de litio, níquel, cobalto y manganeso (NCM) representarán el 66 % de los materiales activos del cátodo de las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos, seguidos de los fosfatos de litio y hierro (LFP), que representarán el 24 %, y el óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA), que representará el 10 % restante.
¿Cómo se reciclan las baterías de iones de litio?
El reciclaje de las baterías de iones de litio implica varios métodos, como tratamientos térmicos y mecánicos, así como procesos pirometalúrgicos o hidrometalúrgicos. El proceso típico de reciclaje de chatarra incluye la descarga de las baterías y su desmantelamiento para obtener las celdas de la batería. A continuación, las celdas de la batería se trituran y se someten a procesos para separar los colectores de corriente de la masa negra, que contiene materiales activos del cátodo y el ánodo. La masa negra puede tratarse posteriormente mediante procesos hidrometalúrgicos para recuperar sales puras de litio, níquel, cobalto y manganeso.
Alternativamente, puede fundirse directamente mediante pirometalurgia para recuperar cobalto, níquel y cobre en forma de aleación metálica, transfiriendo el litio a la fase de escoria. La aleación obtenida puede refinarse en sales puras de metales básicos mediante procesos hidrometalúrgicos simplificados.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que no todos los métodos de reciclaje son económicamente viables para cada tipo de material de cátodo.
Con la alta variabilidad del material de entrada y el uso de múltiples pasos de proceso para la recuperación de varios productos valiosos, el reciclaje de baterías de iones de litio es complejo. En su mayoría, los materiales recuperados deben analizarse después de cada paso importante, ya sea para verificar la pureza o para garantizar una composición adecuada de la materia prima para el siguiente paso. Además, las empresas que se encuentran en la fase inicial del flujo de trabajo de reciclaje, donde se recupera la masa negra, deben estimar el valor de mercado del material de la batería gastada enviado a los recicladores posteriores.
El análisis de laboratorio de estos materiales puede llevar mucho tiempo y ser caro, con costes que a veces superan el valor del propio material analizado; esto crea la necesidad de un análisis rentable in situ de los materiales reciclados para permitir decisiones rápidas y en tiempo real durante el proceso de reciclaje. Existen analizadores XRF portátiles que pueden identificar elementos metálicos directamente en el depósito de chatarra y que se utilizan desde hace décadas.
Análisis de los elementos de las baterías recicladas
El análisis portátil de fluorescencia de rayos X (XRF) es una técnica de análisis elemental que ha demostrado ser rentable en áreas de reciclaje como la chatarra de metal y los convertidores catalíticos de automóviles. La tecnología ayuda a los operadores de chatarra a medir elementos desde el magnesio (Mg) hasta el uranio (U) en diversos tipos de materiales como metales y aleaciones. Aunque el XRF portátil no detecta el litio, puede medir la mayoría de los elementos de la tabla periódica, incluidos el níquel o el cobalto.
La XRF portátil se utiliza principalmente en las primeras etapas del proceso de reciclaje de baterías. Puede identificar el tipo de películas de chatarra de cátodos, que constituyen una parte importante de la materia prima. Esta información es crucial para seleccionar la ruta de reciclaje adecuada. Aunque la pirometalurgia es eficaz para recuperar níquel y cobalto de las películas de cátodos de NCM, no es adecuada para las películas de cátodos de LFP debido a la dificultad de recuperar el litio.
El XRF portátil también se utiliza para clasificar las carcasas de las baterías y analizar los productos resultantes tras la trituración y separación. Proporciona información para la evaluación de riesgos, el tratamiento de materiales y la eficiencia de los procesos. La valiosa masa negra puede analizarse para detectar níquel, cobalto, manganeso, cobre y otros elementos con una preparación mínima de la muestra. Además, como se ha señalado, el XRF portátil puede medir con precisión esos elementos en la aleación recuperada de la fundición.
¿Vale la pena el esfuerzo?
Debido a la variedad de tecnologías y materiales utilizados, el reciclaje de baterías de iones de litio es un proceso complejo con múltiples caminos posibles. El XRF portátil ayuda a los recicladores al generar datos de calidad de laboratorio en tiempo real, lo que les permite optimizar sus procesos y tomar decisiones rápidas que generan beneficios significativos. Mediante el uso de esta tecnología, se puede evitar que los materiales no deseados que contienen metales pesados, como el plomo o el cadmio, entren en los pasos posteriores del flujo de trabajo de reciclaje. Además, los materiales se pueden clasificar con precisión y se pueden seleccionar procesos adecuados para la recuperación en función del tipo de material (por ejemplo, LFP frente a NCM).
Dado que el XRF portátil puede ayudar a identificar los materiales no deseados para que puedan ser eliminados, así como a encontrar los metales valiosos, el valor económico del material entrante y saliente puede estimarse con mayor precisión, lo que ayuda a los recicladores a agilizar sus operaciones y a tomar mejores decisiones con mayor rapidez.
Puede encontrar más detalles en la nota de aplicación: Optimización de las operaciones de reciclaje de baterías de iones de litio mediante análisis XRF portátil.
Notas y referencias
- Nota de aplicación: Optimización de las operaciones de reciclaje de baterías de iones de litio mediante análisis XRF portátil.
- Soluciones portátiles de reciclaje de chatarra
- Libro electrónico: Una guía práctica para mejorar la clasificación de metales y aleaciones para los recicladores de chatarra.
*Heiner Heimes et al., Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, 2. Edición, diciembre de 2023, PEM RWTH Universidad de Aquisgrán y VDMA, ISBN: 978-3-947920-43-3 y Julia Harty, Seis tendencias clave en el mercado del reciclaje de baterías, junio de 2023, Fastmarkets https://www.fastmarkets.com/insights/six-key-trends-battery-recycling-market/
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