Onderzoek naar waterstofvorming bij recyclage van onedele metalen uit batterijen

Abstract

Umicore recycleert herlaadbare batterijen. Dit proces verbruikt water tijdens het atomiseren van vloeibare metaallegeringen en tijdens het logen van legeringspoeders. Hierbij reageren onedele metalen met water tot een (hydr)oxide en waterstof (H2). Het ongewenst vrijkomen van H2 heeft twee veiligheidsrisico’s: explosie en brand. Deze masterproef bepaalt welke onedele metalen een rol spelen in de H2-vorming tijdens het logen en beperkt de H2-vorming door toevoeging van additieven en aanpassing van procesparameters. Eerst onderzoekt een poederscreening in milde omstandigheden (pH = 7, T = 55°C) de reactiviteit van kobalt, ijzer, mangaan, nikkel, silicium (Si) en zink (Zn) in zuivere vorm. Zn is het enige metaal dat beschikbaar is in twee poeders met een verschillend specifiek oppervlak. Vervolgens worden de additieven CuSO4 en Na2SiO3 gescreend op hun interactie met het Zn-poeder met het grootste oppervlak. Tot slot bepaalt een parameterstudie de invloed van variërende parameters op de H₂-vorming. De parameters zijn: pH (2 – 7), T (20 – 90°C), specifiek oppervlak van Zn (0,03 – 0,05 m2/g) en concentratie van CuSO4 (0 – 18 g/L) en Na2SiO3 (0 – 2,5 g/L). De poederscreening toont aan dat Si het meest reactieve metaal is. CuSO₄ bevordert H₂-vorming vermoedelijk door zuurvorming, terwijl Na₂SiO₃ de vorming beperkt door bescherming van het Zn-oppervlak. De optimale instellingen om minder H2 te vormen zijn: pH = 7, T = 20°C, 0,03 m2/g Zn en 2,5 g/L Na2SiO3. De concentratie Na2SiO3 is de meest significante parameter voor H2-vorming.