Екологія та екологічна безпека
ЛУЖНІ І СОЛЬОВІ ХІМІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТА ЇХ РЕЦИКЛІНГ
Ключові слова
лужні і сольові манган-цинкові джерела струму
технології переробки
гідрометалургія
мангановий електрод
піроліз
технології захисту довкілля
Анотація
Проведено системний аналіз виробництва, використання та переробки відпрацьованих лужних і сольових джерел струму, який включає ключові економічні, екологічні, технічні/технологічні і соціальні питання цієї важливої проблеми. Показано, що сучасні технології переробки відпрацьованих хімічних джерел струму включають механічне розділення, піро- та гідрометалургійні технології, а також біотехнологічний метод. Механічне розділення, яке зазвичай включає попереднє подрібнення з метою відокремлення металевих компонентів від неметалевих, слугує першою стадією їх рециклінгу. Комбіноване їх застосування дозволяє виділяти/регенерувати значну частину основних металів, використаних для роботи хімічних джерел струму. Проте при цьому утворюються вторинні газові викиди, велика кількість промивних вод і твердих залишків, які також потребують перероблення або знешкодження. Обговорюються переваги та недоліки існуючих технологій, а також можливі шляхи їх удосконалення. Показано, що уніфікація переробки відпрацьованих лужних та сольових хімічних джерел струму може забезпечити ефективну їх утилізацію з використанням автоматизованих, роботизованих ліній, що суттєво підвищить ефективність та безпеку такої технології. В низці наукових робіт досліджено термодеструкцію виділеної пластико-паперової фракції з використанням низькотемпературного піролізу. Показано, що в результаті термічного розкладання означеної суміші утворюється піролізна рідина (68,2 % мас.), пірокарбон (23,1 % мас.) та газова суміш (8,1 % мас.). Системно проаналізовано ефективність використання гідрометалургійної технології під час перероблення відпрацьованих манган-цинкових хімічних джерел струму для відновлення манганового катоду, або для утворення хімічних сполук задовільної якості. Огляд значною міроюі вказує на можливі перспективні напрямки дослідження сумісної переробки сольових та лужних хімічних джерел струму.
Як цитувати
[1]
«ЛУЖНІ І СОЛЬОВІ ХІМІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТА ЇХ РЕЦИКЛІНГ», Вісник ВПІ, вип. 2, с. 53–61, Квіт 2025, doi: 10.31649/1997-9266-2025-179-2-53-61.
Посилання
Z. Šimić, D. Topić, G. Knežević, and D. Pelin, “Battery energy storage technologies overview,” International Journal of Electrical and Computer Engineering Systems, vol. 12, no. 1, pp. 53-65, 2021. https://doi.org/10.32985/ijeces.12.1.6 .
M. Morris, and S. Tosunoglu, “Comparison of rechargeable battery technologies,” ASME Early Career Technical Journal, vol. 11, pp. 148-155, 2012.
X. Ma, L. Azhari, and Y. Wang, “Li-ion battery recycling challenges,” Chem, vol. 7, no. 11, pp. 2843-2847, 2021. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.09.013 .
W. Mrozik, M. A. Rajaeifar, O. Heidrich, and P. Christensen, “Environmental impacts, pollution sources and pathways of spent lithium-ion batteries,” Energy & Environmental Science, no. 14, pp. 6099-6121, 2021. https://doi.org/10.1039/D1EE00691F .
O. Velázquez-Martínez, J. Valio, A. Santasalo-Aarnio, M. Reuter, and R. Serna-Guerrero, “A critical review of lithium-ion battery recycling processes from a circular economy perspective,” Batteries, vol. 5, no. 4, 2019. https://doi.org/10.3390/batteries5040068 .
J. Neumann, et al., “Recycling of lithium-ion batteries – Current state of the art, circular economy, and next generation recycling,” Advanced Energy Materials, vol. 12, no. 17, pp. 2102917, 2022. https://doi.org/10.1002/aenm.202102917 .
О. М. Шуміло, Г. П. Виговська, О. М. Цигульова, Л. І. Повякель та С. В. Сноз, Вирішення проблеми електронних відходів: європейські підходи до української проблеми. Київ, Україна: ФОП «Клименко», 2013.
Державна митна служба України. Статистичний експорт та імпорт товарів. Сумарний обсяг імпорту та експорту у розрізі товарних позицій за кодами УКТЗЕД. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://customs.gov.ua/statistika-ta-reiestri .
Закон України «Про хімічні джерела струму» (Відомості Верховної Ради України (ВВР), 2006, № 33, ст. 279). [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/3503-15#Text .
В. М. Кропівний, О. В. Медведева, А. В. Кропівна, та О. В. Кузик, Утилізація та рекуперація відходів, навч. посіб. Кропивницький, Україна: ЦНТУ, Електронне видання, 2020.
І. П. Мерцало, Р. Л. Буклів, та Г. В. Кондзьола, «Вилучення іонів цинку та мангану з відпрацьованих джерел електричного струму» на Актуальні задачі сучасних технологій, ІІІ Міжнародна науково-технічна конференція молодих учених та студентів, Тернопіль, 2014, с. 333.
В. Т. Яворський, Г. І. Зозуля, та Р. Л. Буклів, «Утилізація цінних компонентів із відпрацьованих малих джерел електричного струму,» Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Хімія, технологія речовин та їх застосування, № 787, с. 117-121, 2014.
А. Л. Симонов, та В. А. Діамант, «Технологія рециклізації активних матеріалів цинк-марганцевих джерел струму,» Український хімічний журнал, т. 87, № 4, с. 128-136, 2021. https://doi.org/10.33609/2708-129X.87.04.2021.128-136.
R. G. Silva, C. N. Silva, and J. C. Afonso, “Recovery of manganese and zinc from spent Zn – C and alkaline batteries in acidic medium,” Quim. Nova, vol. 33, no. 9, pp. 1957-1961, 2010. https://doi.org/10.1590/S0100-40422010000900024 .
E. S. Sverdel, A. I. Mihajlichenko, and G. A. Jagodin, “Kompleksnaja pererabotka othodov suhih gal’vanicheskih jelementov,” Uspehi v himii i himicheskoj tehnologii, vol. 21, no. 9, pp. 13-16, 2007.
F. Ferella, et al., “Recovery of zinc and manganese from spent batteries by different leaching systems,” Acta Metallurgica Slovaca, no. 12, pp. 95-104, 2006.
F. Ferella, I. Michelis, and F. Vegliò, “Process for the recycling of alkaline and zinc–carbon spent batteries,” Journal of Power Sources, vol. 183, no. 2, pp. 805-811, 2008. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.05.043 .
F. Ferella, I. Michelis, F. Beolchini, V. Innocenzi, and F. Vegliò, “Extraction of Zinc and Manganese from Alkaline and Zinc-Carbon Spent Batteries by Citric-Sulphuric Acid Solution,” International Journal of Chemical Engineering, no. 8, pp. 1-13, 2008. https://doi.org/10.1155/2010/659434 .
W. Chen, C. Liao, and K. Lin, “Recovery Zinc and Manganese from Spent Battery Powder by Hydrometallurgical Route,” Energy Procedia, vol. 107, pp. 167-174, 2017. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.12.162 .
A. Ranskiy, et al., “Pyrolysis Processing of Polymer Waste Components of Electronic Products,” Chemistry and Chemical Technology, vol. 18, no. 1, pp. 103-108, 2024. https://doi.org/10.23939/chcht18.01.108 .
A. Ranskiy, O. Gordienko, and V. Ishchenko, “Waste Zinc-Carbon Battery Recycling: Focus on Total Material Recovery,” Recycling, vol. 9, no. 5, pp. 83-93, 2024. https://doi.org/10.3390/recycling9050083 .
А. Ранський, В. Іщенко, О. Гордієнко, В. Петрук, Т. Тітов Т., i О. Міщук, «Спосіб утилізації відпрацьованих сольових хімічних джерел струму метан-цинкової системи,» Патент України № 157771, 20.11.2024.
I. Kay, S. Farhad, A. Mahajan, R. Esmaeeli, and S. R. Hashemi, “Robotic disassembly of electric vehicles’ battery modules for recycling,” Energies, vol. 15, no. 13, pp. 4856, 2022. https://doi.org/10.3390/en15134856 .
L. Toro, et al., “A systematic review of battery recycling technologies: Advances, challenges, and future prospects,” Energies, vol. 16, no. 18, pp. 6571, 2023. https://doi.org/10.3390/en16186571 .
E. Sayilgan, et al., “A review of technologies for the recovery of metals from spent alkaline and zinc–carbon batteries,” Hydrometallurgy, vol. 97, no. 3-4, pp. 158-166, 2009. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2009.02.008 .
P. Gasper, et al., “Economic feasibility of a mechanical separation process for recycling alkaline batteries,” Journal of New Materials for Electrochemical Systems, vol. 16, no. 4, pp. 297-304, 2013.
F. Diaz, D. Latacz, and B. Friedrich, “Enabling the recycling of metals from the shredder light fraction derived from waste of electrical and electronic equipment via continuous pyrolysis process,” Waste Management, vol. 172, pp. 335-346, 2023. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2023.11.001 .
A. Hodžić, et al. “A metalloprotease secreted by an environmentally acquired gut bacterium hinders Borrelia afzelii colonization in Ixodes Ricinus,” Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, vol. 14, pp. 1476266, 2024. https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1476266 .
X. Hu, A. Robles, T. Vikström, P. Väänänen, M. Zackrisson, and G. Ye, “A novel process on the recovery of zinc and manganese from spent alkaline and zinc-carbon batteries,” Journal of Hazardous Materials, vol. 411, pp. 124928, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124928.
S. M. Sadeghi, J. Jesus, and H. M. V. M. Soares, “A critical updated review of the hydrometallurgical routes for recycling zinc and manganese from spent zinc-based batteries,” Waste Management, vol. 113, pp. 342-350, 2020. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.05.049 .
D. da S. Leite, P. L. G. Carvalho, L. R. de Lemos, A. B. Mageste, and G. D. Rodrigues, “Hydrometallurgical recovery of Zn(II) and Mn(II) from alkaline batteries waste employing aqueous two-phase system,” Separation and Purification Technology, vol. 210, pp. 327-334, 2019. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.07.038 .
L.-H. Tran, K. Tanong, A. D. Jabir, G. Mercier, and J.-F. Blais, “Hydrometallurgical process and economic evaluation for recovery of zinc and manganese from spent alkaline batteries,” Metals, vol. 10, no. 9, pp. 1175, 2020. https://doi.org/10.3390/met10091175.
W.-Sh. Chen, Ch.-T. Liao, and K.-Y. Lin, “Recovery Zinc and Manganese from Spent Battery Powder by Hydrometallurgical Route,” Energy Procedia, vol. 107, pp. 167-174, 2017. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.12.162 .
M. B. J. G. Freitas, V. C. Pegoretti, and M. K. Pietre, “Recycling manganese from spent Zn–MnO2 primary batteries,” Journal of Power Sources, vol. 164, no. 2, pp. 947-952, 2007. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.10.050 .
N. M. García, B. D. Cano, J. L. Valverde, M. Heitz, and A. A. Ramirez, “Extraction and separation of potassium, zinc and manganese issued from spent alkaline batteries by a three-unit hydrometallurgical process,” Journal of Chemical Technology and Biotechnology, vol. 99, no. 7, pp. 1553-1563, 2024. https://doi.org/10.1002/jctb.7649 .
F. Moosakazemi, S. Ghassa, M. Jafari, and s. C. Chelgani, “Bioleaching for recovery of metals from spent batteries – A review,” Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, vol. 44, no. 7, pp. 511-521, 2023. https://doi.org/10.1080/08827508.2022.2095376 .
B. K. Biswal, and R. Balasubramanian, “Recovery of valuable metals from spent lithium-ion batteries using microbial for bioleaching: a review,” Frontiers in Microbiology, vol. 14, pp. 1197081, 2023. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1197081 .
