Advances in Recycling and Environmental Technologies

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. Separation Technique

   1. Frontmatter

   2. Effect of Hydrated Silica-Coir-Based Nanoparticles on the Remediation of Waste Cooking Oil Contaminated Soil for Maize (Zea mays) Cultivation

      J. O. Onaifo, E. U. Ikhuoria, G. O. Otabor, D. B. Ilegbinijie, H. I. Ifijen

      Diese Studie untersucht das Potenzial hydrierter Kieselsäure-Kokos-basierter Nanopartikel (SCNPs), Boden zu sanieren, der mit Altspeiseöl (WCO) kontaminiert ist, und den Maisanbau zu verbessern. Die Forschung konzentriert sich auf die Auswirkungen von SCNPs auf die Bodeneigenschaften, einschließlich Wasserrückhaltung, Durchlässigkeit und Nährstoffverfügbarkeit, sowie auf ihre Fähigkeit, organische Schadstoffe wie WCO abzubauen. Die Studie untersucht auch die Auswirkungen von SCNPs auf die mikrobielle Aktivität und die Wachstumsparameter von Mais, wie Keimrate, Pflanzenhöhe, Blattzahl und Biomasseertrag. Die Ergebnisse zeigen, dass SCNPs die Bodenfruchtbarkeit effektiv wiederherstellen und den Maisanbau fördern können, was eine nachhaltige Lösung für die Trockenlegung degradierten Bodens darstellt. Auch die optimale Konzentration von SCNPs für Bodensanierung und Maisanbau wird ermittelt, was den Fachleuten praktische Einsichten bietet.

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   3. Electrochemical-Based Techniques in Hydrometallurgical Processes Towards Sustainable Mining

      Amilton Barbosa Botelho Junior, Yet-Ming Chiang

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Anwendung elektrochemischer Verfahren in hydrometallurgischen Prozessen und zeigt deren Potenzial für einen nachhaltigen Bergbau auf. Der Text deckt drei Hauptbereiche ab: die Trennung von Lithium (Li) aus Salzlake mittels Elektrodialyse, die Verwendung von unterstützten Flüssigmembranen zur kritischen Mineraltrennung und das Recycling von Phosphogipsabfällen. Die Studie zeigt, dass die Elektrodialyse Li effizient von der Salzlake trennen kann, mit einem Gewinn von 0,2 USD pro produziertem kg Li2CO3. Unterstützte Flüssigkeitsmembranen bieten jedoch nur begrenzte Vorteile für die Li-Trennung, erweisen sich aber als wirksam bei der Entfernung von Verunreinigungen. Darüber hinaus wird das Recycling von Phosphogips-Abfällen erforscht, wobei die Elektrodialyse vielversprechende Ansätze für eine Trennung von Alkali und Säure aufweist. Das Kapitel kommt zu dem Schluss, dass diese elektrochemischen Techniken die nachhaltige Gewinnung von Bodenschätzen und die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette verbessern können und innovative Lösungen für die Bergbauindustrie bieten.

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   4. Innovative Electrowinning Process to Recover Silver from Ethaline-Based Electrolytes

      Gøril Jahrsengene, Siri Marie Skaftun, Thomas Park Simonsen, Karen Sende Osen, Ana Maria Martinez

      Dieses Kapitel befasst sich mit einem innovativen Elektrogewinnungsverfahren zur Gewinnung von Silber aus photovoltaischen (PV) Abfällen unter Verwendung von Tiefeneutektischen Lösungsmitteln (DES) auf Ethalinbasis. Die Studie konzentriert sich auf die Optimierung der Auslaugungs- und Elektrogewinnungsparameter, um eine hohe Effizienz und Reinheit bei der Silbergewinnung zu erreichen. Wichtige Themen sind das elektrochemische Verhalten der Sickerwässer, die Konzeption und Optimierung der Elektrogewinnungszelle und die Recyclingfähigkeit des abgebrannten Anolyts. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Silbergewinnung mit hoher Reinheit und einem aktuellen Wirkungsgrad von nahezu 100%, was das Potenzial dieser Methode für nachhaltiges Metallrecycling unterstreicht. Das Kapitel diskutiert auch die Grenzen und Bereiche für weitere Optimierungen und bietet einen umfassenden Überblick über das Verfahren und seine potenziellen Anwendungen in der Photovoltaik- und Recyclingindustrie.

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   5. Membrane Solvent Extraction of Zinc and Manganese from Geothermal Brine Waste to Valorize a Common Direct Lithium Extraction Waste Stream

      William M. Grumbles, Amanda D. Bradley, Looh Tchuin Simon Choong

      Diese Studie befasst sich mit der Extraktion von Zink und Mangan aus geothermischen Soleabfällen, einem Nebenprodukt der direkten Lithiumextraktion (DLE). Die Forschung konzentriert sich auf die Extraktion von Membran-Lösungsmitteln (MSX) als vielversprechende Methode zur Rückgewinnung dieser Metalle, die oft als Abfallprodukte betrachtet werden. Die Studie skizziert die experimentellen Verfahren, einschließlich Auslaugung, chemischer Fällung und MSX, um hohe Rückgewinnungsraten von Zink und Mangan zu erreichen. Zu den wichtigsten Ergebnissen gehört die erfolgreiche Extraktion von 99,9% Zink und 62% Mangan aus der Futterlösung mit hohen Kationenreinheiten von 98,9% für beide Metalle. Die Forschung kommt zu dem Schluss, dass MSX einen gangbaren Weg bietet, einen gemeinsamen Abfallstrom in einen wertvollen Produktstrom zu verwandeln, zusätzliche Metallquellen zu erschließen und dem DLE-Betrieb wirtschaftliche Vorteile zu bieten. Die Studie bietet detaillierte Einblicke in den Auslaugungsprozess, die Auswirkungen unterschiedlicher Feststoffbelastungen und Säurekonzentrationen sowie die selektive Entfernung von Verunreinigungen durch chemische Fällung. Der Einsatz der MSX-Technologie wird aufgrund ihrer Effizienz, Selektivität und ihres Skalierungspotenzials hervorgehoben, was sie zu einem bemerkenswerten Fortschritt im Bereich der Metallgewinnung aus geothermischen Soleabfällen macht.

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   6. Selective Leaching of Ni, Co, Mn, and Li from Mixed LiFePO4 and Ternary Cathode Battery Wastes via a Redox-Bipolar Synergistic System

      Tianyu Zhao, Yeonuk Choi, Farzaneh Sadri

      Dieses Kapitel geht den Herausforderungen und Chancen nach, die sich aus der zunehmenden Menge an Lithium-Ionen-Altbatterien (LIBs) ergeben. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Recycling von gemischtem Lithium-Eisenphosphat (LFP) und ternären Lithium-Nickel-Kobalt-Manganoxid-Kathodenabfällen (NCM). Die Studie stellt ein neuartiges redox-bipolares synergistisches System vor, das Ameisensäure als Auslaugungsmittel und Wasserstoffperoxid als Redoxregler verwendet. Dieses System ermöglicht die selektive Auslaugung von Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium aus gemischten Abfällen. Das Kapitel untersucht die doppelte Rolle von Wasserstoffperoxid, das sowohl als Oxidations- als auch als Reduktionsmittel wirkt, und die ökologischen Vorteile der Verwendung von Ameisensäure. Der Auslaugungsmechanismus wird durch die Analyse des Pourbaix-Diagramms geklärt, und die Studie zeigt eine hohe Effizienz und Selektivität der Auslaugung. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial dieser Methode zur Förderung der Ressourcenzirkularität und des wirtschaftlichen Nutzens in der Recyclingindustrie.

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   7. Closing the Loop: Enhanced Adsorption of Metals Using Zeolite X Synthesized from Spodumene Tailings

      Tseveenkhuu Darinchuluun, Hong Peng, John Vogrin, James Vaughan

      Dieses Kapitel untersucht den innovativen Ansatz, Ablagerungen von Spodumen in Zeolith X umzuwandeln, um die Adsorption von Metallen zu verbessern. Die Studie befasst sich mit dem Syntheseprozess, bei dem delithiertes Betapodumen (DBS) mit zusätzlichen Al (OH) 3- und NaOH-Pulvern bei hohen Temperaturen verschmolzen wird, gefolgt von der hydrothermalen Synthese. Das resultierende Zeolith X weist überlegene Sorptionseigenschaften auf, was es zu einem vielversprechenden Material für die Umweltsanierung und die Rückgewinnung wirtschaftlich lebensfähiger Metalle macht. In diesem Kapitel wird auch das Potenzial dieser Methode diskutiert, den ökologischen Fußabdruck und die Kosten für den Umgang mit Minenabfällen zu verringern und so zur Kreislaufwirtschaft beizutragen. Darüber hinaus hebt der Text die Wirksamkeit von Zeolith X bei der Entfernung verschiedener Metalle aus dem Abwasser hervor und zeigt sein Potenzial für industrielle Anwendungen auf.

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   8. Study on the Fluoride Ions Removal by Metal Salts Based on Experimental and Theoretical Calculations

      Hongfei Ma, Wenjuan Wang, Guihong Han, Yanfang Huang

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Untersuchung der Entfernung von Fluoridionen mithilfe von Metallsalzen und kombiniert experimentelle Daten mit theoretischen Berechnungen. Die Forschung konzentriert sich auf die Effizienz verschiedener Metallsalze bei der Entfernung von Fluoridionen, die Mechanismen hinter ihrer Wirksamkeit und die Auswirkungen auf Wasseraufbereitungsprozesse. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die Identifizierung der effektivsten Metallsalze und die Bedingungen, unter denen sie am besten funktionieren. Die Studie bietet auch Einblicke in die theoretischen Aspekte der Fluoridionenentfernung und bietet ein tieferes Verständnis der damit verbundenen chemischen Wechselwirkungen. Darüber hinaus werden in diesem Kapitel die praktischen Anwendungsmöglichkeiten dieser Erkenntnisse in realen Wasseraufbereitungsszenarien erörtert, was es zu einer entscheidenden Lektüre für Fachleute auf diesem Gebiet macht.

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   9. Separation of Lanthanum, Neodymium, and Yttrium by Electrodialysis with EDTA and Citric Acid as Complexing Agents

      Patrick O. Wecchi, Amilton B. Botelho Junior, Denise C. R. Espinosa

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Trennung von Lanthan, Neodym und Yttrium durch Elektrodialyse unter Verwendung von EDTA und Zitronensäure als Komplexbildner. Die Studie untersucht die Auswirkungen dieser Wirkstoffe auf Ionentransport und Selektivität und vergleicht ihre Leistung unter verschiedenen experimentellen Bedingungen. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen der verstärkte Fluss von Ionen in Gegenwart von EDTA und die veränderten Selektivitätsmuster mit Zitronensäure. Die Forschung liefert eine umfassende Analyse der Speziationsdiagramme, Ionenflüsse und Trennprozente und bietet wertvolle Einblicke in die Optimierung der Trennprozesse für Seltene Erden. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Elektrodialyse in Verbindung mit Komplexbildner für eine effiziente und selektive Trennung von Seltenerdmetallen, was sie zu einer entscheidenden Lektüre für Fachleute auf diesem Gebiet macht.

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3. E-Waste

   1. Frontmatter

   2. Solvent Extraction of Lithium from Battery Recycling Wastewater

      Kurniawan Kurniawan, Ana Belen Cueva Sola, Trevor Dzwiniel, Jessica Macholz

      Dieses Kapitel untersucht die Lösungsmittelextraktion (SX) von Lithium aus Anodenwaschwasser, das beim Recycling von Batterien entsteht, einem Prozess, der wertvolle Lithiumkonzentrationen enthält. Die Studie bewertet verschiedene kommerzielle Extraktionsmittel, wobei eine synergistische Mischung aus D2EHPA und TBP die höchste Lithiumextraktion liefert. Schlüsselparameter wie Extraktmittelkonzentration, Kontaktzeit, anfänglicher pH-Wert und wässriges / organisches Phasenverhältnis werden optimiert, um die Lithium-Rückgewinnung zu maximieren. Die Studie befasst sich auch mit den Herausforderungen des Druckanstiegs aufgrund der CO2-Bildung und bietet Lösungen für den Scale-up. Die Lithiumabscheidung aus der belasteten organischen Phase wird mit Schwefelsäure erreicht, wobei ein McCabe-Thiele-Diagramm die Effizienz des Abscheidungsprozesses veranschaulicht. Die Recyclingfähigkeit der Extraktionsmittel wird über vier Extraktions- und Strippzyklen nachgewiesen und zeigt eine stabile Leistung. Insgesamt unterstreicht die Studie die Durchführbarkeit der Rückgewinnung von Lithium aus batteriebetriebenen Abwässern unter Verwendung von SX und bietet praktische Erkenntnisse zur Prozessoptimierung und industriellen Anwendung.

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   3. Membrane-Based Electrochemical Separation of Li from Fe-Rich Acid Solution

      Angie Fiorella Mayta-Armas, Denise Crocce Romano Espinosa, Jorge Alberto Soares Tenório, Amilton Barbosa Botelho Junior

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Anwendung elektrochemischer Trenntechniken auf Membran-Basis, insbesondere der selektiven Elektrodialyse (SED), zur Gewinnung von Lithium aus eisenreichen Säurelösungen, die aus Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) gewonnen werden. Die Studie bewertet zwei unterschiedliche Konfigurationen von Elektrodialysezellen, Zelle 1 und Zelle 2, bei unterschiedlichen Stromdichten und Betriebszeiten, mit dem Ziel, die Effizienz der Lithiumabscheidung zu optimieren. Schlüsselergebnisse zeigen, dass Zelle 1 Zelle 2 in Bezug auf Lithiumseparation, Selektivität und Stromeffizienz übertrifft, insbesondere bei geringeren Stromdichten. Die Forschung unterstreicht auch die entscheidende Rolle der pH-Kontrolle und der Ionenspeziation bei der Verbesserung des Lithiumtransports und der Verringerung des Wettbewerbs durch andere Ionen. Der Langzeitbetrieb von Zelle 1 zeigt eine signifikante Lithium-Rückgewinnung, die über 66 Stunden bis zu 64% erreicht. Darüber hinaus untersucht die Studie die Auswirkungen koexistierender Ionen wie Eisen und Aluminium auf die Lithium-Migration und betont die Bedeutung von Vorbehandlungsstrategien zur Verbesserung der Prozesseffizienz. Das Kapitel schließt mit einer umfassenden Analyse des Energieverbrauchs und der aktuellen Effizienz verschiedener Lösungszusammensetzungen, die wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung von Lithium-Rückgewinnungsprozessen in Recyclinganwendungen liefert.

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   4. Overcoming Black Mass Variability: A Statistical Approach to Representative Sampling

      Jake B. Harrison, Looh Tchuin Choong

      Dieses Kapitel untersucht die Herausforderungen und Lösungen im Zusammenhang mit der Variabilität der Zusammensetzung der schwarzen Masse, die von geschredderten Lithium-Ionen-Batterien ausgeht. Die Studie untersucht die Wirksamkeit verschiedener Stichprobenmethoden, einschließlich horizontaler und vertikaler Gruppierung, um repräsentative und präzise Analysen zu erhalten. Die Mikrowellenverdauung wird als eine entscheidende Technik zum Abbau von Proben schwarzer Masse hervorgehoben, die eine hohe Metallausbeute und genaue Zusammensetzungsanalyse gewährleistet. Statistische Methoden wie ANOVA- und T-Tests werden eingesetzt, um die optimale Anzahl der Proben zu bestimmen, die für zuverlässige Ergebnisse erforderlich ist. Die Ergebnisse zeigen, dass vertikale Probenahmen und mindestens 12 Proben aus mindestens vier verschiedenen Tiefen die genaueste und repräsentativste Analyse der Zusammensetzung der schwarzen Masse liefern. Diese Forschung bietet wertvolle Erkenntnisse für Fachleute in der Batterierecyclingindustrie, die darauf abzielen, Probenahme- und Analyseprotokolle zu standardisieren, um die Effizienz und Rückgewinnung kritischer Metalle aus Schwarzmasse zu verbessern.

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   5. Acid-Free Leaching Studies of Spent HDD Magnets for Recovery of Rare Earth Values

      Rohit Gahlot

      Dieses Kapitel befasst sich mit dem innovativen Ansatz der säurefreien Laugung zur Gewinnung von Seltenen Erden (REEs) aus verbrauchten Festplattenmagneten. Die Studie hebt die entscheidende Rolle der Seltenen Erden in modernen grünen Energietechnologien und die wachsende Nachfrage nach sekundären Seltenen Erden hervor. Es werden verschiedene Auslaugungsmethoden untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Verwendung von Kupfernitrat als selektives Lixivium zur Auflösung seltener Erden liegt, während die Kopräzipitation von Eisen minimiert wird. Die Forschung optimiert Auslaugungsparameter wie Temperatur, Fest-Flüssig-Verhältnis und Zeit zur Maximierung der REE-Auflösung. Außerdem wird die Wirksamkeit verschiedener Salze auf Kupferbasis, einschließlich Chlorid, Sulfat und Nitrat, in selektiver REE-Auflösung verglichen. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Kupfernitrat mit einer Reinheit von 98-99% das effizienteste Lixivierungsmittel ist und etwa 92,6% Seltene Erden extrahiert. Diese Methode macht nicht nur starke anorganische Säuren überflüssig, sondern verringert auch die Umweltbelastung durch den Verzicht auf Ammoniumhydroxid. Das Kapitel bietet einen umfassenden Überblick über die zugrundeliegende Thermodynamik und Phasenbewertung und bietet wertvolle Erkenntnisse zur Förderung des Recyclings von Seltenerdmetallen aus Elektroschrott.

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   6. Preliminary Assessment of Pathways to Lithium-Ion Battery Manufacturing and Recycling Buildout in the United States

      Renee T. Rios, Kavitha Menon, Alinson Santos Xavier, Chukwunwike Iloeje

      Dieses Kapitel untersucht die entscheidende Rolle von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) beim Antrieb von Elektrofahrzeugen und die Bedeutung des Recyclings dieser Batterien zur Rückgewinnung wertvoller kritischer Materialien. Die Studie untersucht die wirtschaftlichen und nationalen Auswirkungen der Schaffung sicherer innerstaatlicher Lieferketten für diese Materialien, die sowohl für die Elektrofahrzeugherstellung als auch für andere Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind. Die Autoren verwenden ein Open-Source-Paket zur Optimierung der Lieferkette, um die Kosten der inländischen Produktion und des Recyclings von LIBs unter verschiedenen Recyclingraten zu modellieren. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass höhere Recyclingquoten allein nicht ausreichen, um die inländische Produktion gegenüber Importen wettbewerbsfähig zu machen, und unterstreicht die Notwendigkeit zusätzlicher politischer Interventionen. Die Forschung bietet auch Einblicke in die optimalen Standorte für Recyclinganlagen und das Potenzial, die Produktion im Inland in Zukunft kosteneffizienter zu gestalten. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion der Beschränkungen der Studie und zukünftiger Forschungsbereiche und betont die Notwendigkeit eines umfassenderen Verständnisses der wirtschaftlichen und politischen Faktoren, die die Zukunft der LIB-Produktion und des Recyclings in den Vereinigten Staaten prägen werden.

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   7. Sustainable Recovery of Valuable Metals from NMC 811 Batteries: A Hydrometallurgical Approach with Life Cycle Assessment

      Lucas Fonseca Guimarães, Mentore Vaccari, Amilton Barbosa Botelho Junior, Denise Crocce Romano Espinosa

      Diese Studie untersucht die nachhaltige Rückgewinnung wertvoller Metalle aus NMC 811-Batterien durch ein hydrometallurgisches Verfahren und betont deren ökologischen und wirtschaftlichen Nutzen. Die Forschung beginnt mit einem Vergleich der Auslaugungseffizienzen zwischen Schwefelsäure (H2SO4) und Phosphorsäure (H3PO4), um optimale Bedingungen für eine maximierte Metallausbeute zu ermitteln. Die Studie vertieft dann die Reinigungsschritte, einschließlich der Ozonisierung für Manganausscheidungen und selektiver Ausscheidungen für Aluminium, Nickel und Kobalt. Die Kristallisation von Lithiumhydroxid (LiOH) ist ebenfalls detailliert, was die Effizienz des Verfahrens unterstreicht. Eine Ökobilanz (Ökobilanz) wird durchgeführt, um die Umweltauswirkungen zu quantifizieren, wobei der Schwerpunkt auf dem Potenzial der globalen Erwärmung, der Knappheit an Bodenschätzen und dem Primärenergiebedarf liegt. Die Ergebnisse zeigen die Lebensfähigkeit der hydrometallurgischen Route, die hohe Ausbeutungsraten für Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan erzielt. Die Studie schließt mit der Betonung der Bedeutung einer Optimierung des Prozesses zur Verringerung der Umweltauswirkungen, insbesondere beim Einsatz von Oxalsäure, und schlägt weitere Forschungen vor, um diesen Recyclingweg mit der Produktion von LiOH aus Neuware zu vergleichen.

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   8. Toward Closed-Loop Hydrometallurgy for Under-Recycled Wastes: Strategies for Wastewater Reuse

      Jong-Won Choi, Mooki Bae, Sookyung Kim, Hyunji Jo, Hyunju Lee

      In diesem Kapitel werden die Herausforderungen und Chancen des Recyclings nicht recycelter Abfälle untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) liegt. Es untersucht die Grenzen konventioneller hydrometallurgischer Prozesse, die große Mengen Abwasser erzeugen und einen übermäßigen Einsatz von Reagenzien erfordern. Der Text unterstreicht das Potenzial der Hydrometallurgie im geschlossenen Kreislauf, bei der Sickerwässer und Abwässer regeneriert und wiederverwendet werden, wodurch der Chemikalienverbrauch und die Umweltauswirkungen erheblich reduziert werden. Verschiedene Lixivierungssysteme, darunter Schwefelsäure, Phosphorsäure, Natriumpersulfat, Natriumhydroxid und tiefe eutektische Lösungsmittel (DES), werden auf ihre Kompatibilität mit dem Kreislaufbetrieb überprüft. Das Kapitel diskutiert auch die wirtschaftliche Tragfähigkeit dieser Strategien und zeigt, dass selbst Abfälle mit geringem Wert wie LFP-Batterien durch effektive Abwasserwiederverwendung sowohl ökologische Nachhaltigkeit als auch wirtschaftliche Machbarkeit erreichen können. Durch die Integration chemischer Innovationen mit Bewertungen auf Systemebene bietet diese Überprüfung eine Roadmap zur Förderung der Hydrometallurgie im geschlossenen Kreislauf als skalierbare und nachhaltige Lösung für nicht recycelte Abfälle.

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