Instalacja do frakcjonowania baterii oraz sposób frakcjonowania baterii Przedmiotem wynalazku jest instalacja do frakcjonowania bater ii oraz sposób frakcjonowania baterii. Pod pojeciem baterii w tym opisie patentowym nalezy rozumiec wszelkiego rodzaju powszechnie uzywane baterie i ogniwa o wysokich gestosciach energii, w szczególnosci ogniwa litowo-jonowe stanowiace odpady, po ich wykorzystaniu. Po pojeciem frakcjonowania rozumie sie w tym opisie patentowym rozdzielenie calego materialu zuzytych baterii na frakcje rozdrobnione do stopnia pozwalajacego na poddanie tych frakcji procesom chemicznym, fizykochemicznym lub hydrometalurgicznym. Niektóre zuzyte baterie, takie jak na przyklad baterie LPF - lithium iron phosphate poddaje sie regeneracji, nie naruszajacej struktury poszczególnych ogniw. Recykling materialowy, polega jednak na rozdrobnieniu i odzyskaniu na drodze fizykomechanicznej i chemicznej surowców skladowych, dla wykorzystania ich do wytwarzania nowych baterii. Podczas procesu regeneracji przywracana jest czesciowo pierwotna pojemnosc baterii. Baterie jednak po jednym lub kilku cyklach regeneracji równiez nadaja sie do utylizacji poprzez rozdrobnienie, frakcjonowanie i odzyskanie komponentów, podobnie jak zuzy t e baterie, których nie poddano procesowi regeneracji. Do produkcji baterii o wysokich gestosciach energii wykorzystuje sie deficytowe surowce takie jak. lit, kobalt, nikiel i mangan, stosujac szereg znanych technologii odzysku tych materialów z ogniw nie nadajacych sie do eksploatacji. Przykladowy proces recyklingu akumulatorów litowo-jonowych rozpoczyna sie od ich demontazu na pojedyncze ogniwa, a nastepnie ich rozdrobnieniu. Kolejnym stosowanym rozwiazaniem w technologiach odzysku materialów jest separacja PL 440038 A1 2/22materialów zelaznych. Kolejnym etapem jest oddzielanie roztworu elektrolitu l innych surowców, w tym z wykorzystaniem obróbki chemicznej. W roli elektrolitu cieklego zastosowanie znajduja przykladowo roztwory siarczanu litu Li2SO4, heksafluorofosforanu litu LiPFa lub nadchloranu litu LiCIQ4 które sa przykladowo rozpuszczone w róznych proporcjach w mieszaninie weglanów etylenu. dietylu. dimetylu czy propylenu. Jednak te kolejne procesy musza byc poprzedzone frakcjonowaniem baterii na drobiny, które moga byc poddane dalszym procesom chemicznym lub metalurgicznym. Przedmiotem wynalazku jest instalacja i sposób frakcjonowania baterii w ramach procedury recyklingu. Wynalazek dotyczy instalacji i sposobu frakcjonowania zuzytych baterii i koncentruje sie na pozyskaniu frakcji nadajacych sie do dalszych procesów chemicznych lub fizykochemicznych. Pod pojeciem baterii w tym opisie patentowym rozumie sie podstawowe urzadzenie przeznaczone do magazynowania energii, skladajace sie z elektrod, separatora i elektrolitu, W przypadku ogniw ze stalym elektrolitem, sam elektrolit oddziela anode i katode, eliminujac potrzebe stosowania separatora. Podstawowe baterie laczone sa najczesciej w zespoly, czesto jednak przedmiotowe baterie wystepuja w obrocie pojedynczo i maja ksztalt cylindryczny, plaski lub maja postac pastylek. Przedmiotowe baterie stosowane sa do zasilania aparatury i instrumentów m.in. medycznych, silników elektrycznych w pojazdach, statkach, lub laptopów, srnartfonów, elektronarzedzi, pilotów, i innych urzadzen powszechnego uzytku. Maja one czesto postac akumulatorów wielokrotnego ladowania, Termin ich przydatnosci do uzycia jest bardzo dlugi i liczony w latach. Po okresie uz.ywalnosci staja sie one niebezpiecznym dla srodowiska odpadem, Przykladowe ogniwo litowo-jonowe moze przybierac rózne ksztalty, najczesciej stanowi forme ogniwa cylindrycznego o wymiarach o srednicy 18 mm i o dlugosci 65 mm znane jako ogniwo 18650, lub o srednicy 21 mm i o dlugosci 70 mm, znane jako ogniwo 2170). Ogniwa tego rodzaju osiagaja pojemnosc ok. 3000 mAh do 6000 mAh, jednak natezenie pradu jaki moga oddawac moze sie róznic w zaleznosci od ich budowy. Najpopularniejsze sa ogniwa z chemizmem litowo kobaltowym, jednakze obok kobaltu stosowany moze byc mangan lub nikiel PL 440038 A1 3/22w róznych skladach jakosciowych oraz ilosciowych. W tym odniesieniu wyzwaniem technologicznym staje sie utylizacja baterii o wysokich gestosciach energii. Znanych jest szereg rozwiazan prowadzenia procesu utylizacji dla odzyskiwania materialów do ponownego uzycia w tym samym proc esie technologicznym wytwarzania ogniw, lub w innych procesach technologicznych. Etapem wstepnym jest mechaniczne frakcjonowanie baterii w rozdzialem na podstawowe komponenty ogniw. Zwykle pierwszym etapem frakcjonowania jest rozkr uszenie ogniw w mlynac h. Do urzadzeni a kruszacego podaje sie ogniwa o obnizonej temperaturze, przy czym do procesu chlodzenia w znanych rozwiazaniach stosuje sie ciekly azot lub dwutlenek wegla w postaci suchego lodu. Dostateczne ozieb ienie baterii przed rozkruszeniem powoduje zestalenie materialu elektrodowego ogniw. Z uwagi na strukture i sklad chemiczny ogniw o wysokich gestosciach energii musza one zostac poddane obróbce wstepnej przed odzyskiwaniem wartosciowych skladnikó w surowcowych do ponownego przetwarzania. Obróbka wstepna zazwycz aj obejmuje rozladowywanie baterii, sortowanie, segregacje, demontaz i oddzielanie od opakowania i poprzedza frakcjonowanie elementów skladowych ogniwa, jak anoda, katoda, separator, elektrolit, czy lepiszcze. Podstawowymi czynnosciami jednostkowymi sa: rozdrabnianie baterii poprze z ciecie i kruszenie oraz przesiewanie rozkruszonego materialu. Z uwagi na zawartosc toksycznych komponentów istnieje szereg zagrozen zwiazanych z prowadzaniem tego typu procesów na bateriach o wysokiej gestosci energii. Zagrozenia te wynikaja z toksycznosci skladników baterii, z gwaltownosci mozliwych reakcji chemicznych i elektra-chemicznych, z latwopalnosci, a zarazem z podatnosci niektórych skladników na samozaplon. W procesie recyklingu znanym z opisu patentowego nr US 7169296 zaproponowano technologie utylizacji oparta na procesie pirolizy. Zaproponowano w tym znanym rozwiazaniu etap wytapiania, podczas którego uzyskuje sie metale w postaci stopu kobaltu, miedzi, niklu i zelaza. Pozostale wartosciowe metale takie jak lit, mangan i aluminium nie sa odzyskiwane. Proces wedlug tego znanego PL 440038 A1 4/22rozwiazania wymaga znacznej energii cieplnej i zaawansowanego systemu oczyszczania toksycznych gazów odlotowych. W rozwiazaniu znanym z chinskiego dokumentu patentowego CN 108525817 na. etapie frakcjonowania ujawniono urzadzenie do kruszenia w obnizonej temperaturze zuzytych akumulatorów litowo-jonowych. Urzadze ni e zawiera ni skotemperaturowa jednostke zamrazajaca, jednostke kruszaca i jednostke rozladunkowa; niskotemperaturowa jednostka zamrazajaca zawiera zbiornik cieklego azotu, zawór elektro magnetyczny, pojemnik zamrazajacy i plytke uszczelniajaca. Zuzyte baterie litowo-jonowe sa zamrazane w zamrazalniku w niskiej temperaturze. Urzadzenie pozwala zamrozic zuzyte baterie litowo-jonowe przed kruszenie m w celli dezaktywacji, i rozkruszyc baterie pod ochrona cieklego azotu. Azot sprzyja równiez ugaszeniu materialów, jesli w proce sie rozladowania wystapi samozaplon. Nastepnie frakcjonuje sie W kolejnym rozwiazaniu znanym z dokumentu patentowego CN 108777332 ujawniono obróbke zuzytych baterii litowo-jonowych z wykorzystaniem suchego lodu. Sposób obejmuje nastepujace etapy: chlodzenie i zamrazanie akumu latora litowo jonowego z wykorzystaniem sublimacji suchego lodu; nastepn ie przeprowadzanie zabiegu kruszen ia i fizycznego sortowania rozkruszonych materialów. Suchy lód, który nie jest zuzyty w trakcie chlodzenia, jest poddawany recyklingowi i wykorzys tywany ponownie, a gazowy dwutlenek wegla, który absorbu je cieplo przeznaczone do sublimacji, jest równiez poddawany recyklingowi. Gazowy dwutlenek wegla jest ponownie sprezany do cieklego C02 a nastepnie do suchego lodu w celu ponownego v,,,ykorzystania. Wedlug tego znanego rozwiazania na poczatkowym etapie prowadzi sie chlodzenie ogniw z wykorzystaniem suchego lodu, a nastepnie ochlodzone ogniwa przekazuje sie do komory urzad zenia krusz acego. Kolejne znane rozwiazanie przedstawiono w opisie patentowym CH 681401. Wedlug tego rozwiazania, w pierwszym etapie ogniwa sa rozdzielane wedlug ich wielkosci. Ogniwa chlodzi sie do temperatury od -100 ° C do -190 ° C za pomoca ciekle go azotu lub innych skroplonych gazów. W tych tempera turach sa one kruche I moga byc latwiej rozdrobnione. Po rozdrobnieniu wstepnym ogniwa sa dalej rozdrabnia ne i rozdzielan e na frakcje. Jedna frakcja zawiera powloki lub oslonki, PL 440038 A1 /22druga fraktj a zawiera zawartosc wnetrza ogniw. Frakcja oslonek jest rozdzielana magnetycznie na zlom magnetyczny i na frakcje niemagnetyczna, w tym tworzywa sztuczne. Pozostala czesc stanowi niemagnetyc zny zlom zawierajacy cynk, molibden, miedz i olów. Nastepnie przechodzi sie do nastepnego etapu roztwa rzania w kwasie siarkowym. Do roztworu przechodza substancje rozpuszczalne w kwa sie siarkowym, zas substancje nierozpuszczalne stanowia pozostalosc. Do roztwo ru kwasu siarkowego przechodza mangan (Mn 2+ ), nikiel (Ni 2+ ), cynk (Zn 2+ ), kadm {Cd 2 + ), rte c (Hg 2+ ), lit (Li + ), potas (K + ) i sód (Na + } w postaci jonowej. Pozostalosc zawiera wegiel, czesciowo w postaci grafitu , dwutlenek manganu (MnO2), dwutlenek krzemu (SiO2), trójtlenek aluminium (Al2O3) oraz zwiazki kadmu, rteci, miedzi i olowiu. Z roztworu kwasu siarkowego za pomoca wymieniaczy jonowych, dzialajacych selektywnie, wydziela sie poszczególne pierwiastki. Uzyskany eluat poddaje sie elektrolizie. Mangan wydziela sie na anodzie, zas reszta metali na katodzie. Kwas siark.owy jest regenerowany. Pozostalosc nierozpuszczalna w kwasie siarkowym roztwarza sie kwasem azotowym , ponownie oddziela jac grawitacyjnie pozostalosc, z której wyod rebnia sie trzy frakcj e. Pierw sza frakcja zawiera dwutlenek manganu, druga frakcja zawiera wegiel, czesciowo w postaci grafitu, a trz ecia frakcja zawiera dwutlenek krzemu (SiO2) : trójtlenek aluminium (Al2O3). Kwas azotowy jest regenerowany. W kolejnym rozwiazaniu znanym ze zgloszenia miedzynaro dowego V,JO 2020/145829 przedstawiono sposób rozd rabniania ogniw galwanicznych o wysokich gestosciach energii polegajacy na tym, ze mieszanine zuzytych ogniw umieszcza sie w izolowanym pojemniku i do tej mieszaniny dodaje sie dwutlenek wegla w postaci suchego lodu jako czynnika chlodzac ego. Suchy lód dodaje sie do mieszaniny zuzytych ogniw galwanicznych w stosunku objetosciowym od 0,5 : 1 do 2 : 1, r doprowadza sie mieszanine zuzytych ogniw z suchym lodem do temperatury od - ° c do -50 ° C1 po czym mieszanine zuzytych ogniw z suchym lodem przekazuje sie do urz adzenia rozdrabniajacego i poddaje sie operacji rozdrabniania. Suchy lód korzystnie stanowi granulat o rozmiarz e granu l od 14mm do 18mm. Do izolowanego pojemnik a urz adzenia rozdrabniajacego korzys tnie wprowadza sie jednoczesnie strumien zuzytych ogniw galwanicznych oraz strumien granul suchego lodu i te PL 440038 A1 6/22mieszan ine pod aje sie do zespolu roboczego urzadzenia rozdrabniajacego . Po ope racj i rozd rabnia nia ogniw galwa nicznych mieszan ine powietrza z gazo wym dwutlenkiem wegla zawraca sie do izolowanego pojemnika urzadzenia rozd rabnia jacego. W tym rozwiazaniu zapropon owano wprowadzenie do komory urzad zenia kruszaceg o mieszan iny ochlodzo nych ogn iw wraz z granu lami suchego lodu. Celem wynalazku jest rozwia zanie problemu uzyskania materialu elekt rodowego bez utraty komponentów masy elektrodowej, a takze frakcji ferro magnetycznej, fra kcji metali niezela znych oraz frakcji polimerowej, w sposób przyjazny dla srodowiska, tak aby w kolejnym kroku mozliwa byla pelna recyrkulacja wszystkich skladników baterii. VVed lug wyn alazku in stalacja do frakcjonow ania baterii zawiera zasobnik baterii z pomiarem tempe ratury oraz skladu fazy gazowej, z lejem doprowadzenia baterii i lejem doprowad zenia granul suchego lod u do tego zaso bnika, gdzie wylot ochlodzonych baterii z zaso bnika znajd uje sie komorze roboczej urzadzenia tnace go , zas wylot rozkruszonych baterii z urz adzenia tnacego jest polaczony z wlotem do mlyna impaktowego , zawi erajacego zespól separa tora pneum atycznego . Lej wylotowy przemialu z mlyna impa ktoweg o polaczony jest z komora sit wibracyjnych wyposazona w zespól sepa ratora pneuma tycznego do oddziela nia frakcji tworzyw sztucznych zawartych w obudowach baterii. Komora sit wibracyj nych zawiera sito górne i sito dolne, pod którym znajd uje sie ta r..a przesiewu, gdzie sito górne wyposazone jest dodatkowo w separat or magnetyczny I, zas sito doln e wyp osazone jest w separator magnetyczny li i oba separatory magnetyczne oddziel aja na sitach czesci magnetyczne z odsiewu . Instalacja wedlug wynalazku charakteryz uje sie tym, ze zasobnik baterii zawiera komore ciepla wstepnego chlodze nia baterii w atmosferze gazowego C02 oraz komore zimna dozowania gra nul suchego lodu do oziebionych wstepnie baterii, przy czym zas obnik zawiera lej dozowa nia miesza niny suchego lodu z bateriami do urzadzenia tnacego, gdzie wylot le ja odbio ru rozkruszo nych baterii z suchym lod em z PL 440038 A1 7/22urzad zenia tnacego zn ajduje sie w komorze mly na impaktoweg o, zas wylot leja przemialu z mlyna impaktowego znajduje sie w komorze zespolu sit wibracyjn ych . Komora sita górnego zawiera wbudowany przewód nawiewu i wywiewu se paratora pneumatycznego, natomiast sito dolne zaw iera zespól separatora magnetyczneg o I, zas taca przesiewu zawiera zespól separatora magnety cznego IL Wylot odbioru ma terialu z sita dolnego polaczony jest z zasobnikiem metali niezelaznych , zas wylot materialu z tacy przesiewu polaczony jest z wlotem materialu elektrodowego do zbiorni ka magazynowe go, przy czym lej materialu magnetycznego jest polaczony z lejem wlotowym do zbiornika magazynowego materialu fer ro mag netyczn ego. W korzystnej wersji rozwiaz ania wedlug wyn alazku , urzadzenie tnace zawiera dwa rzedy zna nych zazebiajacych sie nozy tnacych o szero kosci od 7mm do 12mm. Wedlug wyn alazku spo sób frakcjonowania bateri i o wysokich gestosciach energ ii, polega na tym, ze baterie segreguje sie ze wzgledu na wlasciwosci fiz ykochemiczne, a nastepn ie przekazu je sie do zasobnika baterii , gdzie w komorze cieple j zasobn ika prowadzi sie chlodzenie baterii gazowym C02, zas w komorze zimne j prowadzi sie chlodzenie suchym lodem i po os iagni eciu przez baterie temperatury ponizej - 34 ° C rozdrabnia sie je, po czym prowadzi sie sepa racje czastek pneumatyc zna fra kcji polim erowej i magnetyczna frag mentów obudowy baterii przesiewa sie przemial w komorze sit wibracyjnych i odzyskuje sie proszek ele ktrodowy do dalszej obróbki. Wedlug wynalazku sposób frakcjo nowania baterii cha rakteryzuje sie tym , z.e bateri e w zasobniku chlodzi sie w atmosferze C02 w komorze ciep lej zasobnika, do której zawraca sie gazowy C0 2 z obiegu, a nastepnie wstepnie ochlo dzone baterie prz ekazuje sie do komory zimnej zas obnika do której równo legle dopr owadza sie lejem granule suchego lodu , przy czym czas skladowania ogniw w komorze zimnej wraz z granul ami suchego lodu wynos i co naj mniej 1 O minut, przy czym do komory zimnej doprowad za sie granule suchego lodu o srednicy od 3mm do 16mm , zas w pierwszym etapie rozdra bniania, tnie sie bater ie z dodatkie m granul sucheg o lodu na plastry o grubosci od 7 do 12 mm. Schlodzony material z pierwszego etapu rozd rabnia nia pociety na plastry , w mieszaninie z suchym lodem, rozdrabnia sie w drugim etapie rozd rabniania w mlyn ie impaktowym, przy czym w mly nie impaktowym PL 440038 A1 8/22pro wadzi sie separacje pneumatyczna czastek tworzyw sztucznych , gdzie rozdrabnianie w mlynie impaktowym odbywa sie z dro binami suchego lodu gdzie jako przemial uzyskuje sie mieszanine drobin materialu elekt rodowego i folii zawartych w bateriach, zas gazowy C02 zawraca sie do komory cieplej zasobnika baterii. Material uzys kany podczas rozdrabniania w mlynie impaktowym z separacja pneu maty czna two rzyw sztuczn ych , podaje sie do komory sit wibracyjnych gdzie odsiew z górnego sita o rozmia rze 5mm o temperaturze korzystnie " 35 ° C poddaje sle separacji pne umatycznej oddziel ajac fra gmenty tworzyw poli merowych, a nastepnie kieruje sie pozosta losc na separator magn etyczny i, gdzie oddziela sie czesci metalowe magnetycz ne , przy czym do separatora magnetycznego ! przekazuje sie równie z odsiew o rozmiarze 1 mm z sita dolneg o, gdz ie nastepnie ponownie oddziela sie dro biny magnetyczne od pozostalosci stanowiace j material ele ktrodowy, zawierajacy prosze k katodowy i anodowy wraz z zestalon ym w tej temperatu rze elektrolit em. W rozwiazan iu wedlug wynalazku , do komory zimnej doprowadza sie korzystnie równoczesnie baterie oraz granule suc hego l odu o sredn[cy od 3 mm do 16 mm, przy czym w urzadzeniu tnacy m tnie sie mieszanine baterii z dodatkiem granul suchego lod u na plastry o grubosci od 7 do 12 mm. Predkosc obrot ów walów urzadzenia tnacego z zazebiajacymi sie nozami w tym urz adzeniu stosuje sie korzystnie od 7 do 13 obrotów/minute. Natomiast pre dkosc obrotów wirnika mlyna impaktowego stosuje sie korzyst ni e od 1 OOO do 2000 obrotów/min ute . W rozwiaza niu wedlug wyna lazku zaproponowano zastosowanie technolog icznie przyjaznego czynnika chlodzace go w postaci dwutlen ku wegla pod posta cia suchego lodu. Zaproponowa no przebieg rozd rabniania materialu w kierunku uwalniania frakcji komponentów, które dzieki temu przygot owane sa w jednym procesie do separacji mechaniczne j i fiz ykoch emicznej . Proces prowad zony jest korzyst nie w temperaturze ponizej - 35st. C , co pozwa la na uzyskanie od powiedniego zestalenia i kruchosci materialu ele ktrodo weg o, a zarazem zapobi ega stratom rozpuszczalnika i ich emisji do srodowiska . Prowadzenie procesu rozd rabniani a w mlyn ach : tnacym i PL 440038 A1 9/22impaktowym w obnizonej temperaturze ponizej - 35st. C, przy obecnosci suchego lod u obniza zuzycie ostrzy roboczyc h, zas na urzadze niach rozd rabniaja cych, przesiewajacych i separujacych zapobieg a od kladaniu sie depozytów. Reduk cja kosztów procesowych w tym zakresie wynos i o ok. 20%. W przec1wienstwie do rozwiazan znanych ze stanu techniki zmie rza jacych do recyklingu surowcoweg o, w tym rozwia za n w zakresie pirom etalurgii i hydrometalurgii, techn ologia wedlug wynal azku stanowi bezposredni recykling materialowy. Wykorzy stan ie materialów bateryjnych wedlug wynalazku w recykl ingu bezposrednim pozwala obnizyc koszt produkcj i baterii o 15% do 25%. Rozwiazanie pozwolilo obnizyc zuzycie ener gii o ok. 30% . Obnizono slad weglowy 2,5 krotnie liczac wg/kg baterii , niz w metodzie pirometalurgiczn ej oraz 1,4 krotnie niz w metodzie hydro metal urgiczn ej. Rozwiazanie stanowi innowa cyjna technolog ie odzysku defi cytowych w Polsce i EU materialó w. Pols ka importuje blisko 100% pierw iastków skladowych materialu katodowego do prod ukcji baterii, wedlug Polity ka Surowcowa Panstwa , Ministerstwo Srodowiska, Warsza wa 2018, ISBN 978-83-7863-7 78-3). Tlenek litu i wodorotlenek litu pochodza w 100% z importu , a zuzycie ic h sza cuje sie na okolo 100 ton. Weglan litu równiez po chodzi w 10 0% z importu, zuzycie ok . 150 ton. Kobait import 100% .) , zuzycie ok. 30 ton. Aluminium import 94 ,2% zuzy cie ok. 140 tys. ton. Materialy te sa gleboko deficytowe w EU jako calosci wedlug Rapo rtu Komisji Europejsk iej, Bruksela, 22.1 1.2018 SWD (20 18) 245/2. Proces wedlug wynalaz ku moze byc reali zowa ny w mobilnej instalac ji, która moze byc zainsta lowana na platf ormie , badz przewoz ona i ustawiana w miejscach gromadzenia odpadów, na przyklad w Punktach Selektywnej Zbiórki Odpadów Komunalnych (PSZOK). Rozwiazanie pozwala na budowe kompaktowej instalacj i modulowej . Gabaryty pojedynczego mod ulu wynio sa 3.5m x 2m x 2m (D x W x Sz) i modul moze byc zainstalowany wewnatrz typowego kontene ra. Proces prowadzony jest przy optymalnym schlodzeniu obrabi aneg o materialu i efek tywnych energetycznie metodach separacji, co skutecznie za pobiega emisjom zanieczy szcze n. Zastosowa nie dwutlenku wegla w postaci suchego lodu sublimujacego do posta ci gazowej w obiegu zamknie tym , elim inuje zagrozenie PL 440038 A1 /22sam ozapl onu . Otrzymano wskazane frakcj e produ któw przejsciowych dla ich pózniejszej rafina cji w kierunku pelnego odz ysku materialów o jakosci zblizonej do materialów stosowa nych w produ kcji nowych baterii. Przed miot wyn alazku prz estawiono w przy klad zie wyko nani a na rysun ku, na którym pos.zczególne fig ury rysunku prze dstawiaja: Fig. 1 - schemat instalacji do fra kcjo nowania baterii , Fig. 2 - schemat procesu technologicznego frakcjonowania baterii. Na rysunku fig . 1 przedstawiono w przykladzie wykona nia schemat instalacji do frakc jonowania baterii. Instalacja zawiera zasobnik 1 baterii ze znanym pomiare m temperatury, oraz sch ematycznie pokazany lej 2 dopr owadzenia baterii do komo ry cieple j 1 . ·i zasob nika 1 . Do komory cieplej 1.1 zasobn ika 1 doprowadzony jest przew odem CO2 gazowy dwutle nek wegla powstaly po sublimac ji gran ul suchego lod u w trakcie frakcjonowa nia baterii. Baterie w komorze cie plej sa ochladza ne wstepnie do temperatury okolo 0 ° C. Komora ciepla 1. 1 zasobni ka 1 polaczona jest z komorq zimna 1.2 tego zasobnika 1, co schem atycznie pokaza no na rys unku fig. 4. Pokazano na tym rysunku, ze komora 1.2 zawiera lej 3 doprowadzenia granul suchego lod u do zasobnika 1. Wylot leja 8 mieszanin y ochlodzonych baterii z zasobnika 1 wraz z gran ulami suchego lodu znajd uje sie komorze robo czej urzadzenia tnacego 4. W znanym urzadze niu tnacym 4, okreslany m w techn ice jako rozd rabniacz wielowa lowy, nastepuje pociec ie miesza niny baterii z granulami such ego iodu SL na pl astry . W korzystnej wersji rozwiazania wedlug wynala zku , urzadzenie tnace 4 zawiera dwa rzedy znanych zazebiaj acych sie nozy tnacych o szerok osci 10mm. Wylot rozkru szon ych baterii z urzadzenia tnaceg o 4 jest polaczony z wlotem 9 do mlyna impaktowego 5. Mlyn impa ktowy 5 stanowi znany mlyn mlotkowy pozwalajacy na dro dze regulacji obro tów regu lowac stopien rozdrobnienia materialu. Na rysunku fig. 1 pokazano, ze mlyn impaktowy 5 zawiera zespól separa tora pneumatycznego . 1, który stanow i znane urzadzen ie nawiewu i odbio ru dwutlenku wegla z odbiorem PL 440038 A1 11/22na sicie materialów lekkich takich jak papi er lub two rzywa sztu czne zawarte w bateriach. Lej wylotowy ·1 O przemi alu z mlyna impaktowego 5 polaczony jest z komora 6 sit wibracyj nych wyposazona w zesp ól kole jnego separatora pneu matycz nego 7, oddzielania pozostalych frakcji tworzyw sztucznych zawartych w obudowach baterii. Komora 6 sit wibracyjnych zawiera sito górne 6.1 i sito dolne 6.2, pod którym znajduje sie taca 6.3 odsiewu. Sito górne 6.1 wyposazone jest dodatkowo w separ ato r magnetyczny I oznaczony jako 6.4, zas sito dolne 6.2 wyposazone jest w separator magnetyczny !I oznac zony jako 6.5. Oba znane separatory magnetyczne 6.4,6.5 oddzielaj a na sitach 6. 1 ,6.2 czesci mag netyczne z przes iewu. Wylot leja 1 O przen1 ialu z mlyna impa ktowego 5 znajduje sie w komorze 6 zespolu sit wibracyjnych. Komora sita górnego 6. 1 zawiera wbudowany przewód nawiewu i wywiewu kolejnego znanego separatora pneu matycz nego 7. Wylot 11 odbioru materialu z sita dolnego 6.2 polaczony jest z zasobnikiem frakcji metali nie ze laznych 15, zas wylot materialu z tacy 6.3 przesiewu polaczony jest z. wlote m 13 materialu elektrodowego do zbio rnika magazynowego 12, przy czym lej 14 materialu magnetycznego jest polaczony z lejem wlotowym do zbio rnika magazynowego 16 na material fer romagnetycz ny. Na rysunku fig. 1 pokazano zbiornik 15 odbioru frakcji metali niezela znych , zbiornik 16 odbioru frakcji materialu ferr omagnetycznego oraz zbiornik 12 odbioru frakcj i materialu elektrod owego . W korzystnej wersji rozwiazania wedlug wyn alazku, urzadzenie tnace 4 za wiera dwa rzedy znanych zazebiaj acych sie nozy tnacych o szerokosci od 7mm do 12mm , Poszczegó lne moduly: chlodzenia baterii, rozdrabniania , separacji i wzbogacania sitoweg o, sepa racji i wzbogacania magnetyczn ego, wspólpracuja ze soba i stanowia integ ralna czesc insta lacj i. Moduly przymocowane sa na stale do platform y i zinteg rowane, polaczo ne miedzy soba znanymi przenosnikami tasmowym oraz srubowym . Na rysunku ponizej prze dstawiono cztery frakcje materi alowe uzyskane w tym przykla dzie wykonania rozwiazania wedlug wynalazku. PL 440038 A1 12/22Frakcja 1 Frakcja 2 Frakcja 3 Frakcja 1 - proszek ele ktro dowy z tacy odsrewu 6.3. ?·•- --- I I i I I I Frakcja 4 .,.., -?tl!' .•• , -?"-' .. ?. ? ? ?a. ·•· . ·• •· fi, ? 9.:#llf c..- Jt.ij.Jl ¾ •' ' "' -· '•::r : , ,1, * ? Frakcja 2 - foli a Cu oraz Al w rozmiarze od 0,5mm do 5mm ze zbiornika 15 metali niezelazn ych. Frakcja 3 - tworzywa sztuczne w rozmiarze 5mm z obudowy baterii i membrany z separatora pneumatyczneg o 7. Frakcja 4 - material fer romagnetyczny w rozmiarze od 0,5mm do 5 mm ze zbiornika 16. Najbardzie j cenny material stanowi proszek elektrodowy zaw ierajacy zwiazki Co, l': i, Li, C, Mn stanowiacy frakcje 1. Na rysunku fig . 2 pokazano w przykladzie wykonania sposób frakcjono wania baterii o wysokich gestosciach energi i. Rozwiazan ie w tym przy kladz ie wykonania polega na tym, ze baterie sortuje sie ze wzgledu na sklad fiz ykochemi czny , nastepnie przekazuje sie kolejne wysegregowane rodzaje baterii do zaso bnika 1 baterii gdzie w komorze cieplej 1 .1 zasobnika prowadzi sie chlodzenie baterii gazowym CO2, z obiegu procesowego, do temperatury 0 ° C zas w komorze zimnej 1.2 prowadzi sie chlodzenie baterii su chym lodem. Po osiagniec iu przez. miesza nine baterii z suchym lodem temperatury -35"C rozd rabnia sie baterie z suchym lodem, prowadzi sie sep arac je czastek pneum aty czna i magnetyczna oraz przesiewa sie material w komorze sit wibracyjnych i odzyskuje sie roz twór elektrolitu i material katodowy oraz material anod owy. W tym przyklad zie wykonania baterie w zasob niku 1 chlodzi sie w atmo sferze CO2 w komorze cie plej 1.1 zasobn ika 1, do której zawraca sie gazowy CO2 z obiegu, PL 440038 A1 13/22a naste pnie wstepnie ochlodzone baterie prze kazuje sie do komory zimnej 1.2 zasobnika 1 do której równolegle doprowadza sie lejem 3 granule suchego lodu. Czas skladowania ogniw w komorze zimnej 1.2 wraz z granulami suchego lodu SL wynosi co najmniej 10 min, przy czym do komory zimnej 1.2 doprowadza sie granule suchego lodu o srednicy od 3 mm do 16 mm. W pierw szym etapie rozdrabniania , tnie sie baterie z dodatkiem granul suchego lodu na plastry o grubosci od 7 do 12 mm w urz adzeniu tnacym 4. Schlodzony material z pierw szego eta pu rozd rabniania pociety na plastry, w mieszaninie z suchym lodem SL, rozd rabnia sie w drugim etapie rozdr abnian ia w mly nie impa ktowym 5, przy czym w mly nie impaktowy m 5 prowadzi sie równolegle sepa racje pneumatyczna czaste k two rzyw sztu cznych. Rozd rabnianie w mlynie impaktowym 5 odbywa sie z czastkami sucheg o lodu . Jako przemial w tego eta pu procesu uzyskuje sie mieszanine ziaren mate rialu elektrodowego i folii sepa rujacej z ogniw, zas gazowy C0 2 zawraca sie do komory cieplej 1.1 za sobnika ogniw 1. Uzyskany z procesu rozd rabniania w mlynie impaktowym 5 z separacja pneumatyc zna tworzyw sztucznych material, podaje sie do komory sit wibracyj nych 6 gdzie na górnym sicie 6.1 zatrzymuje sie ·w temperatu rze nie przekraczajacej 0 ° C frakcje ziaren w rozmiari:e przekraczajacym 5mm i poddaje sie ja separacj i pneu matycznej 7 oddzielajac drobiny two rzyw sztuczn ych. Pozostalosc nastepnie kieruje sie na separator magnetyczny I oznaczony na rysu nku fig . 1 jako 6.4 gdzie oddzieia sie czesci metalowe magnetyc zne . Do se paratora magnetycznego I oznaczo nego jako 6.4 przekazuj e sie równiez odsiew z sita dolnego 6.2 gdzie zatrzymana fra kcja zawiera material o rozm iarze od 1 mm do 5mm. Tu takze oddziela sie drobiny magnetyczne od pozostalosci, zawierajacej drobiny materialu katodowego niemag netycznego wraz z roztwo rem elektrolitu. Do komory zimnej 1.2 zasobnika baterii 1 dopro wadza sie korzystnie równoczesnie baterie oraz granule suchego lodu o sredn icy od 3 mm do 16 mm, przy czym w urzadzeniu tnacym 4 o konstrukcji rozd rabniacza wielowaloweg o tnie sie mieszanine baterii z dodatkiem granul suchego lodu na plastry o grubosci od 7 do 12 mm. Liczba obrotów walów urzadze nia tnacego 4 z zazebiajacymi sie nozam i w tym urz adzeniu wynosi korzyst nie 1 O obrotów/minute. Dalej podaje sie rozd robnione baterie zmieszane z PL 440038 A1 14/22rozdrobni onymi granulami suchego lodu do mlyna impaktowego 5. W tym przykladzie wykonania mlyn impaktowy 5 stanowi znany mlyn mlotkowy. Predkosc obrotów nozy mlyn a impaktowego 5 wynosi w tym przykladzie wykonania 1500 obrotów/m inute. Przebieg pro cesów technologicznych w prz ykladowym wykona niu pokazano w ukladzie blokowym na rys unku fig . 2. Po operacji 20 magazynowania baterii w zasobniku 1 nastepuje dozowanie 21 baterii wraz z dozowaniem 22 suchego lodu SL do operacji rozdrabniania l oznaczonego na rysu nku fig. 2 jako 23 w urzadzeniu tnacym 4. Rozdrabnianie I prowadzi sie w temperaturze ponizej -4 5 "' C. Uzyskana mieszanine prze kazuje sie do rozdrabniania li oznaczonego jako 24, gdzie prowadzi sie drugi etap rozdrabiania w temperaturze ponizej -45 ° C. Rozdrobniony material poddaje sie separacji pneumatyc znej oznaczonej jako 25 dla odbior u polimerów lekkich A1. Pozostalosc poddaje sie prz esiewaniu I oznaczonemu jako 26 na fig . 2, a nastepnie przesiewaniu H oznaczonemu na rysu nku fig . 2 jako poz. 27. W trakcie prze siewania li oznaczonego jako 27 prow adzi sie separacje magnetyczna 28 dla odzyskania frakcji materialów zelaznych C. Na tacy odbiorczej 6.3 odbierana jest frakcja materialów niezelaznych D. Odprowadzane sa równolegle polimery ciezkie A2. Jed noczesnie odbiera sie do magazynowania 30 przesiew z sita I, stanowiacy proszek elektrodowy do dalszej obróbki. PL 440038 A1 /22Wykaz oznaczen na rys unku. 1 . Zasobnik baterii 1.1. Komora ciepla 1.2. Komora zimna 2. Lej dopro wadzenia baterii 3. Lej doprowadzenia suchego lodu 4. Urzadzenie tnace . Mlyn impaktowy .1 . Separator pneumatyczny 6. Komora sit wibracyjnych 6.1 . Sito górne 6.2 . Sito dolne 6.3. Taca odsiewu 6.4. Separator magnetyczny I 6.5. Separator magnetyc zny li 7. Separator pneumatyczny 8. Lej mieszaniny baterii z suchym lodem 9. Lej odbioru z urzadzenia tnacego 1 O. Lej przemialu 1 ·1. Wylot odbioru materialu z sita dolnego 12. Zbiornik flotacyj ny materialu anodowego 13. Wylo t odsiewu materialu anodowego 14. Lej elektrolitu i materialu katodowego . Zbiornik metali niezelaznych Cu, Ai 16. Zbiornik elektrolitu i materialów katodowych . Magazynowanie baterii. 21 . Dozowanie baterii 22. Dozowanie suchego lodu 23. Rozdrabnianie I ( < -45 ° C) 24. Rozdrabnianie li (< - 40 ° C) . Separacja pneumatyczna 26. Przesiewanie I ( < -35 ° C) 27. Przesiewanie li ( ° C) 28. Separacja magnetyczna 29. Sedymentacja pradami wiro wymi . Magazynowanie (< -40 ° C) A1. Polimery lekkie A2 . Polimery ciezkie B. Pr o szek elektrodowy C. Materialy zelazne D. Materialy niezelazne SL. Suchy lód C02. Dwutlenekwegla gazowy PL 440038 A1 16/22Zastrz ezenia pate ntowe 1. Instalacja do frakcjono wania baterii zawie rajaca zasobnik (1) baterii z pomiarem temperatury i skladu fazy gaz.owe j, oraz z lejem (2) doprowadzenia baterii i lejem (3)doprowadzenia granul suchego lodu do tego zasobnika (1 ), gdzie wylot ochlodzonych baterii z zasobnika (1) znajduje sie komorze roboc zej urzadzenia tnacego (4 ), zas wylot rozkruszonych baterii z urzadzenia tnacego (4) jest polaczony z wlotem do mlyna impaktowego (5) zawierajacego zespól separatora pneumatycznego (5.1 ), gdzie lej wylotowy przemialu z mlyna impaktowego (5) polaczony jest z komora (6) sit wibracyjnych , wypo sazona w zespól separatora pneu matycznego (7) oddzielania fra kcji tworzyw sztucznych zawartych w obudowach baterii, zas komora (6) sit wibracyjn ych zawiera sito górne (6 .1) i sito dolne (6 .2) , pod którym znajduje sie taca (6 .3) odsiewu, oraz czujniki temperatury i skladu fazy ga zowej, znamien na tym , ze zasobnik (1) baterii zawiera komore ciepla (1.1) wstepnego chlodzenia baterii w atmosfe rze gazowego C02, oraz komore zimna (1.2) dozowania granul suche go lodu do oziebionych wstepnie baterii, przy czym zasobnik (1) zawiera lej (8) dozowania mieszan iny suchego lodu z bateriami do urzadzeni a tnacego (4 ), gdzie wylot leja (9) odbioru rozkruszonych baterii z suchym lodem z urzadzenia tnacego (4) znajduje sie w komorze mlyna impaktowego (5), zas wylot leja (10) pr zemialu z mlyna impaktowego (5) znajd uje sie w komorz e (6) zespolu sitw fbracy J nych, prz y czym komora sita górnego (6.1) zawiera wbudowany przewód nawiewu i wywi ewu sepa rat ora pneumatycznego (7) , natomiast sito dolne {6.2} zawiera zespól separatora magnetyczn ego I (6 .. 4}, zasJaca (6 .3) przesiewu zawie ra zespól separator a magnetycznego li (6.5), przy czym wylot(11) odbioru materialu z sita PL 440038 A1 17/22dolnego (6.2) polaczony jest z zasobnikiem metali niezelaznych (15), zas wylot materialu z tacy (6.3) przesiewu polaczony jest z wlotem (13) materialu do zbiornik a magazynowego materialu elek trodowego do dalszej obróbki (12), zas lej (14) materialu magnetycznego jest polaczony z leJem wlotowym do zbiornika magazynowego ( 16) materialu ferr omagnetyczny. 2. instalacja frakcjono wania baterii wedlug zastrz. 1, znamienna tym , :ze urza,dzenie tnace (4) zawiera dwa rzedy zazebiajacych sie nozy tnacych o s.zerok osci od 7mm do 12mm. 3. Sposób frakcj onowania baterii o wysokich gestosciac h energii, polegajacy na tym, ze baterie segreguje sie ze wzgledu na wlasciwosci fizykochemic zne, nastepnie przekazuje sie kolejne wysegregowane rodzaje baterii do zasobnika (1 ) baterii gdzie w komorze cieplej (1.1) zasobnika prowadzi sie chlodzenie baterii gazowym C02, zas w komorze zimnej (1 .2) prowadzi sie chlodzenie baterii suchym lodem, i po osiagnieciu przez baterie temperatury ponizej -34 ° C rozdrabnia sie baterie, prowadzi sie separacje pneumatyczna folii polimerowej i separacje magnetyczna fragmentów obudo wy baterii oraz przesiewanie przemialu w komorze sit wibracyjnych i odzyskuje sie pro szek elek trod owy do dalszej obróbki, znam ienny tym, ze w zasobniku (1 ) baterii chlodzi sie ogniwa w atmosferze CO2 w komor ze cieplej (1.1) zasobnika (1) do której zawraca sie gazowy CO2 z obiegu, a nastepnie wstepnie ochlodzone baterie przekazuje sie do komory zimne j (1 .2) zasobnika (1) do której doprowadza sie lejem (3) granule suchego lodu, przy czym czas skladowania ogniw w komorze zimne j wraz z granulami suchego lodu wynosi co najmniej 10 min, gdzie do komory zimnej (1.2) doprowadza sie granule suchego lodu o srednicy od 3 mm do 16 mm, przy czym w piervv szym etapie rozdrabniania, w urzadzeniu tnacym (4), tnie sie baterie z dodatkiem granul suchego lodu na plastry o grubosci od 7 do 12 mm, i schlodzony material z pierw szego etapu ro.zdr abniania pociety na plastry, w mieszaninie z suchym lodem, rozdrabnia sie w drugim etapie r o zdrabniania w mly nie impaktowym (5), przy czym w mly nie impaktowym (5) prowadzi sie separacje pneuma t yc zna czastek tworzyw sztucznych, zas ro,zdrabnianie w mlynie impaktowym odbywa sie z drobi nami suchego lodu, gdzie jako przemial uzyskuje sie mieszanine drobin PL 440038 A1 18/22materialu elektrodowego i folii zawa rtych w bateriach, natomiast gazowy CO.2 zawra ca sie do komory cieplej ( 1 .1) zasobnika ogniw ( 1), a uzyskany z procesu rozdrabniania w mlynie impa ktowym (5) z sepa racja pneumatyczna tworzyw sztucznych material, podaje sie do komory sit wibracyjnych (6) gdzie na górnym sicie (6 .1) zatrzymuje sie w temperaturze nie przekraczajacej 0 ° C frakcje drobin w rozmiarze prz ekraczajacym 5mm i poddaje sie ja sepa racji pneumatycznej (7) oddzielajac drobiny rvvo rzyw polimerowych, i kieruje sie pozostalosc na sepa rator magnetyczny (6 .4) gdzie oddziela sie czesci meta!owe magnetyczne , a nastepnie do sepa ratora magnetycznego (6.4) przekazuje sie pozostalosc zatrzymana na sicie dolnym (6.2) gdzie zatrzymana frakcja zawiera drobiny o rozm iarze od 1 mm do 5 mm , gdzle nastepnie ponownie oddziela sie drobiny magnetyczne od pozostal osci, zawierajacej drobiny materialu katodowego i anodowego wraz z zesta lonym roztworem elektrolitu , 4. Sposób frakcj onowania baterii, wedlug zastrz ... 3, znamienn y tym, ze do komory zimnej (1 .2) doprowadza sie równoczesnie baterie oraz granule suchego lodu o sred nicy od 3 mm do 16 mm, przy czym w urzadze niu tnacym (4) tnie sie mieszanine baterii z dodatkiem granul suchego lodu na plastry o grubosci od 7 do 12 mm. . Sposób frakcjonowania baterii, wedlug zastrz. 3, znam ienny tym, ze predkosc obrotów walów urzadze nia tnacego (4) z zazebiajacymi sie nozami w tym urzadzen iu wynosi od 7 do 13 obrotów/minute . 6. Sposób frakcjonowania baterii, wedlug zastrz. 3, znamienn y tym, ze pr edkosc obrotów nozy mlyna impaktowego (5) wynosi od 1 OOO do 2000 obrotów/minute. PL 440038 A1 19/22? I 7 3 I ?? - , ___, . 8 I f, J Fig. 1 •- ·- {4 1? PL 440038 A1 /22PL 440038 A1 21/22PL 440038 A1 22/22 al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 05 55 I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www.uprp.gov.pl Departament Elektroniki i Mechaniki SPRAWOZDANIE O STANIE TECHNIKI ZGLOSZENIA NR P.440038 Klasyfikacja zgloszenia: H01M6/52 (2006.01); B09B3/00 (2006.01); H0lMl0/54 (2006.01); Poszukiwania µro wadzone w klasach: 1!01M6/32 (2006,01); B09B3/00 (2 006,01); I!OlMl0/54 (2006,01); Bazy komputerowe, w których prowadzono poszukiwania: UPRP, ESPACENET, IC1tegori3 Dokumenty - z podana identyfikacja Odniesienie dokumentu do rnstrz. A BG3080 U1: EVRO ST!YL TREYD OOO rBGl: 2018-12-31 1-6 A US2003180604 A1; BATREC IND AG rcHl; 2003-09-2S 1-6 A BG112746 A; EVRO ST!YL TREYD OOO rBGl: 2019-12-31 1-6 A - dokument okreslajacy ogólny stan techniki, który nie jest uwazany za posiadajacy szczególne znaczenie, E - dokument stanowiacy wczesniejsze zgloszenie lub patent, ale opublikowany w lub po dacie zgloszenia, L - dokument, który moze poddawac w watpliwosc zastrzegane pierwszenstwo(-wa], lub przytoczony w celu ustalenia daty publikacji innego cytowanego dokumentu lub z innego szczególnego powodu, O Joku1nent oJnoszacy si4 Jo ujawnienia ustnego przez zastosowanie, wystawienie lub ujawnienie w inny sposób, P - dokument opublikowany przccl data zgluszenia, ale pózniej niz zastrzegana clata pierwszc1\stwa, T- dokument pllZniejszy, opublikowany pu clacie zgloszenia lub w dacie picrwszcJ\stwa i 11ichQclacy w konflikcie ze zgluszeniem, c1lc cytmvany \V celu zrozumienia z?1sad lub teorii lczQcyd1 u pl)(lstaw \\'ynah1zku, X - dokument o szczególnym znaczeniu; zastrzegany v.ynalazek nic moze byc uwazany za nmq luh nic moze byc uwazany za posiadajacy poziom wynalazczy, jezeli ten dokument brany jest pod uwage samodzielnie, Y - dokument o szczególnym znaczeniu; zastrzegany v.ynalazek nie moze hyc uwazany za posiadajacy poziom ,cyna la zezy, jezeli ten dokument zostanie polaczony z jednym lub kilkoma tego typu dokumentarni, a takie polaczenie bedzie oczywiste dla znawcy, & - dokument nalezacy do tej samej rodziny patentowej. Sprawozdanie vvykonal: mgr inz. Mikolaj Aptacy data: 09.06.2022 r. /-podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznym-/ Uwagi do zgloszenia Mikolaj Aptacy aplikant ekspercki tel. 22 579 06 97 lub 789 026 942 Mikolaj.Aptacy@uprp.gov.pl Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego Urzad Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej I al. Niepodleglosci 188/192 I 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203 tel.: (+48) 22 579 OS 55 I fax: (+48) 22 579 00 Ol I www.uprp.gov.pl I e-mail: kontakt@uprp.gov.pl PL