Miljøprojekt, 909 – Behandlingsteknologier for batterier - Fase 2. Afprøvning af metode til behandling af alkali- og brunstensbatterier

Behandlingsteknologier for batterier - Fase 2

Sammendrag og konklusion

Sammendrag

Formålet har været at afprøve en metode til behandling af brugte alkali- og brunstensbatterier samt undersøge indholdet af kviksølv i brugte alkali- og brunstensbatterier indsamlet i Danmark.

Afprøvning af metode til oparbejdning af batterier

I pilotskala er udviklet og konstrueret et pyrolyseanlæg til batterier.

Efter en indkøringsfase, hvor der er gennemført 7 indledende forsøg (forsøg nr. 1–7) og hvor anlægget løbende er blevet tilrettet, er den egentlige forsøgsserie påbegyndt (forsøg nr. 8–14).

Til forsøgene har været anvendt i alt 518 kg brugte alkali- og brunstensbatterier, der er modtaget på Kommunekemi i 2002. Batterierne er tilfældigt udtaget fra fire forskellige tromler, og det er sikret, at der ikke har været knapceller blandt de anvendte batterier.

Forsøgene er gennemført ved pyrolyse af batterierne i en reaktor. Pyrolyse er en opvarmning uden tilførsel af ilt, og opvarmningen er sket ved at føre varm, iltfattig (ca. 2% O₂) røggas fra en gasoliebrænder igennem pyrolysatoren. Batterierne er herved blevet opvarmet til 550-600 °C.

Ved opvarmningen omsættes plastic og andet organisk materiale fra batterierne, ligesom kviksølv fordamper. Det er fundet, at omkring 98% af kviksølvindholdet fjernes fra batterierne ved pyrolysen.

Efter at batterierne er pyrolyseret, er der to muligheder i forbindelse med den videre oparbejdning:

De pyrolyserede batterier sendes uden videre bearbejdning til oparbejdning på zink- eller stålværk
De pyrolyserede batterier adskilles i fraktioner, der kan sendes til forskellige oparbejdere

Ved oparbejdning af ufraktionerede batterier er genanvendelsesgraden ikke så høj, som hvis batterierne deles op i fraktioner, da det på zink- eller stålværker ikke er muligt at genanvende både zink, jern og mangan.

For at undersøge muligheden for fraktionering er batterierne efter pyrolysen neddelt i en pulverfraktion og en metalfraktion. Metalfraktionen er yderligere delt i en jernfraktion og en ikke-jernfraktion. Ved det anvendte udstyr var fraktioneringen ikke så god, som det var ønskeligt, men dette kan umiddelbart forbedres ved et fuldskalaanlæg.

Alle fraktionerne er analyseret for indholdsstoffer, og på baggrund heraf ses, at pulverfraktionen og ikke-jernfraktionen primært består af zink og mangan. Kviksølvindholdet er i gennemsnit under 5 mg/kg, og disse fraktioner kan således sendes til oparbejdning hos virksomheder, der er specialiserede i oparbejdning af zink og mangan.

Zink og mangan udgør til sammen omkring 40% af den oprindelige batterivægt før pyrolyse.

Kulstofindholdet, der er ca. 3% af den oprindelige batterivægt, kan nyttiggøres som energitilskud ved en termisk oparbejdning af zink og mangan.

Jernfraktionen udgør ca. 20% af den oprindelige batterivægt før pyrolyse, og jernet kan umiddelbart genanvendes i stålindustrien, da jernet kun i meget begrænset omfang er oxideret (rustent) på grund af det lave iltindhold ved pyrolysen.

Genanvendelsesgraden er således på omkring 60% af den oprindelige batterivægt, hvortil kommer, at yderligere 3% af vægten kan nyttiggøres som energi.

Figur 1 Genanvendelsesgrad for alkali- og brunstensbatterier. Figuren angiver hvor mange vægtprocent af batterivægten der kan genanvendes og nyttiggøres. Øvrige stoffer er bl.a. salte, vand, plastic og oxygen

Kviksølvindhold i de anvendte batterier

De anvendte batteriers gennemsnitlige kviksølvindhold er fa stlagt ved at bestemme kviksølvindholdet i pyrolysegassen og sætte dette i forhold til mængden af batterier. Hertil er lagt kviksølvindholdet i restfraktionerne efter pyrolysen.

Det gennemsnitlige kviksølvindhold i de 518 kg anvendte batterier er i de 7 forsøg bestemt til 117 ± 11 mg Hg pr. kg batterier.

Sammenlignes med fire virksomheder i Europa, der oparbejder brugte alkali- og brunstensbatterier, opgiver de tre alle et gennemsnitligt indhold på omkring 200 mg Hg pr kg batterier, mens den fjerde opgiver et indhold på ikke mindre end 1.500 mg Hg pr kg batterier.

Den meget høje værdi hos den sidstnævnte virksomhed skyldes givetvis at knapceller ikke sorteres fra inden behandlingen.

Hos de øvrige tre virksomheder er værdierne noget højere end værdien fundet i den aktuelle undersøgelse, og det kan ikke udelukkes, at den højere værdi skyldes forekomst af knapceller i de behandlede batterier.

Konklusion

Ved den afprøvede metode, er det ved pyrolyse og efterfølgende fraktionering muligt at forbehandle batterierne i Danmark, således at jern, zink og mangan, der udgør omkring 60% af batterivægten, kan genanvendes.
Plastic og andet organisk materiale, der er problematisk i forbindelse med genanvendelse af batterierne, kan fjernes ved pyrolysen.
Ligeledes kan omkring 98% af kviksølvmængden i batterierne fjernes ved pyrolysen.
De anvendte batterier i undersøgelsen havde et kviksølvindhold på 117± 11 mg/kg. Dette er lavere end Batterioparbejdningsvirksomheder i Europa opgiver.