Recovery of Rare Earth Elements from spent Nickel-Metal Hydride Batteries from Hybrid Electric Vehicles [Elektronisk resurs]

• Rare earth elements (REE) are a group of elements that are of critical importance in numerous technological applications, including “green technologies” such as wind turbines and hybrid car batteries. When the criticality of applications is considered, problems in supply has brought the option of effective secondary resource utilization into consideration. In this thesis, several methods have been developed and assessed to recover REE from spent hybrid electric vehicles batteries. Leaching of the NiMH active anode and cathode materials with sulfuric acid and hydrochloric acid has been carried out. Acid recovery using nanofiltration has been investigated. Further, precipitation of a mixed REE concentrate has been studied. The REE were separated as sodium double sulfate salts after sulfuric acid leaching by addition of a sodium salt. In addition, antisolvent precipitation of REE sulfates were studied by addition of alcohols. The REE sulfate salts can easily be dissolved for further processing and recovery of the individual elements by other techniques. As an alternative a process based on sulfation, selective roasting and water leaching was investigated. This allowed recovering an aqueous REE sulfate solution also suitable for further processing to recover the individual REE by e.g. solvent extraction or chromatographic separation. A complimentary LCA study was conducted in collaboration with IVL. Here certain selected recycling methods were scaled up on paper and the environmental burdens of the different processes were compared.  The results obtained have proven the effectiveness of different recycling methods. It is foreseen that Europe will be guiding the efforts on recycling whether it is supply problems or value creation and battery recycling will have key importance. The work proves the importance of sustainable and resource efficient technologies for closing the loop for critical raw materials. The sustainable development of these processes has substantial importance to have continuous and uninterrupted access to the critical raw materials as well as displaying a responsible method of recycling and consumption which are aligned with UN Global Goals for a sustainable society. 
• Sällsynta jordartsmetaller (REE) är en grupp grundämnen som är av avgörande betydelse i många tekniska tillämpningar, inklusive ”grön teknik” som vindkraftverk och nickelmetallhydrid-batterier (NiMH-batterier). När man tar hänsyn till tillgång och efterfrågan så blir det tydligt att det är viktigt att uppnå ett effektivt resursutnyttjande då det finns en brist på tillgång till REE på den europeiska marknaden. I denna avhandling har olika metoder utvecklats och utvärderats för att utvinna REE från förbrukade NiMH-batterier från elbilar. Lakning av aktiva anod- och katodmaterial från ett NiMH-batteri med svavelsyra och saltsyra har studerats. Syraåtervinning med nanofiltrering har undersökts. Vidare har utfällning för att erhålla koncentrat innehållande REE från lakvätska studerats. REE separerades i form av natriumsulfatsaltslater efter lakning med svavelsyra genom tillsats av ett natriumsalt. Vidare studerades förträngningskristallisation av sulfatsalter av REE genom tillsats av alkoholer. Sulfatsalterna kan lätt lösas upp i vattenlösningar för vidare separation och återvinning av de enskilda REE. Som ett alternativ till lakning med syra följt av utfällning undersöktes även en process baserad på sulfatering, selektiv rostning och vattenlakning. Detta möjliggjorde återvinning av REE i form av en sulfatlösning som också lämpar sig väl för vidare separation och återvinning av de enskilda REE. En livscykelanalys genomfördes i samarbete med IVL. Här har vissa utvalda metoder skalats upp på papper och jämförts med avseende på miljömässig hållbarhet.  De erhållna resultaten har påvisat effektiviteten hos olika återvinningsmetoder. Europa spås ha en ledande roll för återvinning i framtiden, vare sig det gäller tillgång och efterfrågan eller värdeskapande, och batteriåtervinning kommer att ha en central betydelse i detta hänseende. Arbetet visar på vikten av hållbar och resurseffektiv teknik för att återvinna kritiska råvaror. Den hållbara utvecklingen av dessa processer har stor betydelse för att erhålla en kontinuerlig tillgång till de kritiska råvarorna samt i utvecklingen av ansvarsfulla metoder för återvinning och konsumtion linje med FN: s globala mål för ett hållbart samhälle. 

Ämnesord

Natural Sciences  (hsv)

Chemical Sciences  (hsv)

Inorganic Chemistry  (hsv)

Naturvetenskap  (hsv)

Kemi  (hsv)

Oorganisk kemi  (hsv)

Engineering and Technology  (hsv)

Chemical Engineering  (hsv)

Other Chemical Engineering  (hsv)

Teknik och teknologier  (hsv)

Kemiteknik  (hsv)

Annan kemiteknik  (hsv)

Materials Chemistry  (hsv)

Materialkemi  (hsv)

Chemical Engineering  (kth)

Kemiteknik  (kth)

Genre

government publication  (marcgt)

Indexterm och SAB-rubrik

Rare earth elements

hybrid electric vehicles

recycle

nickel

cobalt

precipitation

anti-solvent crystallization

selective roasting

Sällsynta jordartsmetaller

hybridelektriska fordon

återvinning

nickel

kobolt

utfällning

förträngningskristallisation

selektiv rostning