Hoe haal je waardevolle metalen uit e-waste en afgedankte batterijen?

Geplaatst op 22 augustus 2019 om 11:25 uur
Hoe haal je waardevolle metalen uit e-waste en afgedankte batterijen?
De urban mining van batterijgrondstoffen als lithium en kobalt wordt steeds belangrijker. De Belgische materiaalrecycleraar Umicore haalt via een innovatieve techniek zo’n 20 waardevolle metalen uit e-waste en afgedankte lithium-ion batterijen.

Volgens de Electric Vehicle Outlook (EVO) van het Amerikaanse onderzoeksbureau BloombergNEF worden er in 2030 op jaarbasis wereldwijd 30 miljoen elektrische auto's verkocht. Ter vergelijking: in 2017 telde de wereld 1,1 miljoen elektrische auto's. Nog een opzienbarend getal: per jaar worden er wereldwijd 2 miljard mobieltjes geproduceerd. Naast vele miljoenen computers, tablets en andere elektrische apparatuur. Het Wereld Economisch Forum verwacht dan ook dat de jaarlijkse e-waste zal stijgen van 50 miljoen ton nu naar 120 miljoen ton in 2050.

 

Ecologisch kwetsbaar

Al die elektrische auto's, smartphones en computers samen vormen een enorme belasting op de grondstoffenvoorraden in de wereld. Als er al genoeg van het kostbare materiaal in de aardkorst voorkomt, dan is er vaak een energieslurpend, weinig efficiënt en vervuilend proces nodig om het nodige goud, zilver, kobalt of lithium te verkrijgen. Dat weet ook Thierry van Kerckhoven, Global Supply Manager bij materiaalrecycleraar Umicore: "De mijnbouwindustrie moet nu al dieper graven om gouderts te vinden. Wat ze vinden heeft een lagere koper- of goudconcentratie. Ook vindt steeds vaker mijnbouw plaats op locaties die ecologisch kwetsbaar zijn."

 

Urban mining

Het besef dat we waardevolle materialen als goud, platinum, zilver, koper, palladium, lood, nikkel, kobalt, tin en antimonium niet uit een kilometersdiepe put moeten halen is al geland in de industrie. De andere, aangewezen (goud)mijn is de stapel afgedankte mobieltjes, elektronische apparatuur en (EV)-batterijen. Het terugwinnen van schaarse materialen uit afgedankte consumptiegoederen heet dan ook treffend urban mining. Een ton aan mobieltjes is goed voor 250 gram goud. Dat is een veelvoud van wat je in de grond vindt. Daar haal je slechts twee tot drie gram goud uit een ton aarde. Urban mining heeft veel potentie. In de toekomst kan het - naar schatting - voorzien in 30 tot 40% van de wereldwijde vraag naar waardevolle grondstoffen.

 

battVan mijn naar stad

Umicore heeft zich urban mining al eigen gemaakt. Daarvoor heeft het ‘specialistische materialenbedrijf' zichzelf wel opnieuw moeten uitvinden. Umicore begaf zich de afgelopen twee eeuwen voornamelijk in zink- en kopermijnen verspreid over de wereld. Eind jaren 80 komen de diverse dochterbedrijven samen onder één naam, Union Minière. Het doet de mijnbouwactiviteiten van de hand en in 2001 krijgt de Brusselse multinational de naam Umicore, als definitief bewijs dat het smelten en ontginnen van materialen op de ouderwetse manier verleden tijd is. Umicore heeft zich omgevormd van een vervuilende, weinig winstgevende organisatie naar een innovatieve duizendpoot die veel materialen levert voor autokatalysatoren, lithium-ion batterijen en fotovoltaïsche technologieën.

 

Closed loop

Umicore zweert bij een closed-loop businessmodel. Het doel is om ruwe metalen terug te winnen en opnieuw te gebruiken. Inmiddels is het in staat om meer dan 20 elementen te verkrijgen uit het binnengekomen e-waste, waaronder waardevolle en schaarse metalen.

loop

Verzamelmetalen

Het e-waste dat bij Umicore komt - mobiele telefoons, computers en autokatalysatoren - gaat waar nodig de shredder in. Daarna gaat het meteen naar de smelter. Door het smelten ontstaan er twee fracties: eentje op loodbasis en eentje op koperbasis. Het zijn beide ‘verzamelmetalen', want ze trekken door hun chemische eigenschappen elk andere soorten metalen aan. Koper werkt als een ‘magneet' voor edelmetalen als zilver en goud terwijl lood graag samenklit met de basismetalen (lood, tin en antimonium en speciale metalen als indium, selenium en tellurium). Vervolgens scheiden ze de fracties verder. Aan het einde van de rit zijn er zo'n twintig metalen teruggewonnen. Daaronder 7 edelmetalen en 10 basismetalen.

 

Batterijrecycling

Umicore recyclet sinds 2006 naast e-waste onder meer lithium-Ionbatterijen, zoals uit elektrische auto's. Een business met toekomst. Uit de batterijen herwinnen ze waardevolle materialen die men gebruikt in kathode-materialen voor de productie van nieuwe herlaadbare batterijen. De faciliteit in Hoboken (Antwerpen) is met 7.000 ton capaciteit een van de grootste recyclinginstallaties voor li-ion en NiMH-batterijen in de wereld. 7.000 ton staat gelijk aan ongeveer 250 miljoen batterijen uit mobiele telefoons, 2 miljoen e-bike batterijen of 35.000 EV-batterijen.


De batterijrecyclingmethodes die Umicore gebruikt is door henzelf ontwikkeld. Het bedrijf combineert een pyro-metallurgische behandeling met een hydro-metallurgisch proces, waardoor alle soorten li-ion en NiMH batterijen milieuvriendelijk kunnen worden gerecycled. In de pyro-metallurgische fase worden de batterijen in 3 fracties gescheiden: in een legering, een slak en schone lucht. De legering bevat waardevolle metalen als kobalt, nikkel of koper die in het daaropvolgende hydro-metallurgische proces verder kunnen worden teruggewonnen. Er is ook een deel dat gebruikt kan worden in constructie-industrie of waaruit metaal kan worden herwonnen. De slak uit de li-on batterijen kunnen ze toevoegen aan de standaard lithium-stromen, waarbij externe partners de lithium herwinnen. De derde fractie is schone lucht, het resultaat van een gasbewerkingsproces. Het systeem produceert geen dioxines en Umicore vangt het fluor veilig op. Verder gebruikt het bedrijf de energie die de batterijcomponenten vrijgeven. Plastics, metalen en elektrolyt vervangen fossiele brandstoffen.


In het daaropvolgende hydro-metallurgisch proces volgt verdere raffinage van de legering, waarin Umicore de afzonderlijke metalen terugwint voor hergebruik in nieuwe herlaadbare batterijen.

 

Efficiënt proces

Charles Stuyck, Global Commercial Manager bij Umicore Battery Recycling: "Uit onderzoek blijkt dat ons proces de hoogste recovery yields behaalt. Hoger dan via een mechanische scheidingstechniek. Bovendien hoeven wij geen voorbewerking te doen, zoals shredding of ontlading, we kunnen batterijen rechtstreeks voeden in de oven. Alle mogelijke gevaarlijke reacties vinden plaats in een gecontroleerde omgeving." Stuyck noemt de methode veilig en milieuvriendelijk ‘by design'. "We halen de waardevolle onderdelen eruit. Alle andere materialen worden onschadelijk gemaakt, er blijven geen schadelijke en potentieel toxische stoffen over, die worden allemaal verwijderd. Het deel dat vooralsnog afval blijft in het proces is 3 tot 4% van het inputgewicht. Dat is voornamelijk fluor."

 

Schaalbaar

Umicore werkt nu op een schaal van 7.000 ton per jaar, maar gaat op termijn naar zo'n 100.000 ton per jaar. En eigenlijk hebben we dan alleen eenzelfde soort installatie nodig, maar dan groter. "Dat biedt heel veel schaalvoordelen. Als je naar de volumes kijkt die de auto-industrie voorspelt, heb je echt iets nodig dat schaalbaar is."


BMW en Audi hebben werken sinds het najaar van 2018 samen met Umicore aan een closed loop.

 

Bron: Greenlight

 
© Engineersonline.nl