Tin thị trường và sản phẩm

Bảo Hiền tổng hợp

Việc thu hồi niken, coban, mangan và lithium từ pin lithium-ion đã qua sử dụng từ trước đến nay chủ yếu dựa vào hai cách: nung ở nhiệt độ cao hoặc ngâm trong axit vô cơ đậm đặc. Cả hai đều hiệu quả về mặt thu hồi kim loại, nhưng đi kèm chi phí năng lượng lớn, rủi ro an toàn lao động và phát sinh chất thải ăn mòn khó xử lý. Một nhóm nghiên cứu tại Úc vừa công bố một quy trình thay thế, sử dụng dung môi “êm dịu” hơn nhưng vẫn đạt tỷ lệ thu hồi kim loại trên 95%.

“Khối đen” - điểm khởi đầu của mọi quy trình tái chế

Khi pin lithium-ion đã qua sử dụng được đưa vào tái chế công nghiệp, bước đầu tiên thường là nghiền nát toàn bộ pin - bao gồm cả cực dương, cực âm, chất điện phân và vỏ pin - thành một hỗn hợp bột mịn gọi là “khối đen” (black mass). Đây là hỗn hợp phức tạp chứa than chì, nhôm, đồng lẫn với các kim loại quý cần thu hồi như niken, coban, mangan và lithium, đòi hỏi công đoạn tách chiết hóa học tiếp theo để phân loại và tinh chế từng kim loại riêng biệt.

Các phương pháp tách chiết truyền thống thường chỉ thu hồi được một phần trong số các kim loại này, đồng thời việc dùng axit vô cơ mạnh mang lại rủi ro ăn mòn thiết bị, phát sinh khí độc và nước thải có tính axit cao cần xử lý tốn kém.

Giải pháp: kết hợp dung môi eutectic sâu với tách chiết điện hóa

Nhóm nghiên cứu phát triển một quy trình tích hợp, kết hợp dung môi eutectic sâu (deep eutectic solvent - DES) với các bước tách chiết hóa học và điện hóa. Dung môi eutectic sâu là một loại dung môi được tạo thành từ hỗn hợp hai hoặc nhiều hợp chất, có điểm nóng chảy thấp hơn đáng kể so với từng thành phần riêng lẻ - đặc tính này cho phép chúng hòa tan chọn lọc một số kim loại nhất định trong điều kiện ôn hòa hơn nhiều so với axit vô cơ đậm đặc.

Theo nhóm phát triển, cách tiếp cận tích hợp giữa dung môi và điện hóa cho phép đạt độ chọn lọc cao ngay cả với “khối đen” có thành phần phức tạp - tức có thể tách riêng từng kim loại mục tiêu thay vì thu được hỗn hợp lẫn tạp chất như một số phương pháp trước đây.

Kết quả: tỷ lệ thu hồi trên 95%, mở rộng ứng dụng sang rác điện tử

Kết quả thử nghiệm trên “khối đen” ở quy mô công nghiệp cho thấy quy trình mới đạt tỷ lệ thu hồi kim loại vượt 95%, tách được niken, coban, mangan và lithium với độ tinh khiết cao. So với các phương pháp hiện có - vốn theo nhóm nghiên cứu thường “giới hạn về phạm vi và hiệu suất, chỉ tách được một số vật liệu nhất định” - quy trình tích hợp này được đánh giá là toàn diện hơn.

Một điểm đáng chú ý là nhóm nghiên cứu cho rằng cách tiếp cận này không chỉ giới hạn ở pin lithium-ion, mà còn có tiềm năng áp dụng để thu hồi kim loại quý từ các nguồn rác thải điện tử khác và cả bãi thải khai khoáng - những nguồn tài nguyên thứ cấp đang ngày càng được quan tâm khi nhu cầu kim loại cho pin và thiết bị điện tử tiếp tục tăng.

Vẫn còn ở quy mô phòng thí nghiệm

Dù kết quả ban đầu khả quan, nhóm nghiên cứu xác nhận công nghệ hiện mới dừng ở quy mô phòng thí nghiệm và cần thêm các bước phát triển, đánh giá trước khi có thể triển khai ở quy mô thương mại. Đây cũng là thách thức chung của nhiều công nghệ dung môi eutectic sâu trong tái chế pin: dù có ưu thế về mặt an toàn và giảm phát thải so với axit truyền thống, việc mở rộng quy mô sản xuất dung môi, khả năng tái sử dụng dung môi qua nhiều chu kỳ xử lý, và chi phí vận hành so với quy trình axit đã được tối ưu hóa trong công nghiệp vẫn là những bài toán cần lời giải trước khi công nghệ này có thể cạnh tranh ở quy mô lớn.