Zwarte massa afkomstig van lithium-ionbatterijen – close-up – verwerking bij batterijrecycling

Batterijrecycling – Overzicht van de zwarte massa na versnippering – Materiaalverwerking van lithium-ionbatterijen

Verwerking van zwarte massa: selectieve scheiding en terugwinning van waardevolle materialen uit lithium-ionbatterijen

Flotatie en magnetische flotatie voor de scheiding van grafiet en kathode-actieve materialen ten behoeve van recycling, analyse en procesontwikkeling.

Zwarte massa, ook wel slak genoemd, is een complexe materiaalstroom die vrijkomt bij de recycling van lithium-ionbatterijen. Deze bestaat voornamelijk uit grafiet, kathode-actieve materialen en restmaterialen zoals bindmiddelen, sporen van elektrolyten en fijne metaaldeeltjes. Gerichte verwerking is cruciaal voor het terugwinnen van kritieke grondstoffen zoals nikkel, mangaan, kobalt en grafiet. Het doel is niet alleen scheiding op basis van deeltjesgrootte, maar vooral de selectieve scheiding van de afzonderlijke materiaalfasen op basis van hun fysische en chemische eigenschappen. Afhankelijk van het uitgangsmateriaal worden flotatieprocessen, magnetisch ondersteunde flotatie (MAGFLO), suspensietechnieken en monsterscheiding toegepast. Dit resulteert in reproduceerbare fracties voor recycling, laboratoriumanalyse, procesontwikkeling en kwaliteitsborging.

MAGFLO-methode volgens: Efendi, R., Parian, M. & Chehreh Chelgani, S. (2026). Magnetische flotatie: een duurzame oplossing voor het recyclen van de zwarte massa van batterijen door middel van flotatie. Cleaner Engineering and Technology, 30, 101146, Luleå University of Technology, Zweden. DOI: 10.1016/j.clet.2026.101146

Test mijn materiaal

LITech AI

Het doel van de verwerking van zwarte mis

De verwerking van de zwarte massa dient om grafiet en kathode-actieve materialen selectief te scheiden, zodat beide fracties verder verwerkt, geanalyseerd of naar latere recyclingprocessen kunnen worden overgebracht. Cruciale factoren zijn onder andere een reproduceerbare monsterbereiding, stabiele suspensieomstandigheden en een scheidingsmethode die geschikt is voor ultrafijne deeltjes, bindmiddelresten en deeltjesadhesie. Magnetische flotatie is een uitbreiding van conventionele flotatie door een extra fysiek selectiemechanisme toe te voegen, waardoor het CAM-rendement wordt verbeterd.

Materiële gegevens van de zwarte massa

Zwarte massa is een fijn gerecycled mengsel van mechanisch voorbehandelde lithium-ionbatterijen. Voor flotatie zijn de volgende eigenschappen met name belangrijk: de verhouding tussen grafiet en kathode-actieve materialen, resterende bindmiddelen zoals PVDF, fijne metaalhechting, deeltjesgrootte, oppervlakte-eigenschappen en de mate van deeltjeshechting tussen grafiet en CAM. Deze eigenschappen bepalen hoe selectief de fracties in de flotatiecel kunnen worden gescheiden.

eigenschap	Waarde
Materiaalaanduiding	Zwarte Mis
Oorsprong	mechanisch voorbehandelde lithium-ionbatterijen
Belangrijkste facties	Grafiet uit de anode- en kathode-actieve materialen (CAM)
Typische CAM in focus	NMC-gebaseerde kathodematerialen
Andere ingrediënten	Bindmiddelresten zoals PVDF, elektrolytresten, fijne Al- en Cu-deeltjes
Deeltjeskarakter	fijn, heterogeen, deels ultrafijn
Scheidingsrelevante eigenschap grafiet	hydrofoob en niet-magnetisch
Scheidingsrelevante eigenschap CAM	relatief hydrofiel en magnetisch gevoelig
Typische uitdaging	Hechting van fijne CAM-deeltjes aan grafiet
Procesrelevante storingsvariabele	PVDF-coating en andere organische resten
Voordelen van de verwerking	Scheiding in grafiet- en CAM-rijke fracties voor recycling en analyse.

Procesbeschrijving van de bereiding van de zwarte mis

Voor de verwerking wordt eerst een zwart materiaal als een gedefinieerd monster aangeleverd en in een waterige suspensie gebracht. Bij conventionele flotatie stijgen hydrofobe grafietdeeltjes bij voorkeur naar het schuim, terwijl meer hydrofiele CAM-deeltjes de neiging hebben in de suspensie te blijven. Magnetisch ondersteunde flotatie vult dit proces aan met een magnetisch veld dat gebruikmaakt van de magnetische susceptibiliteit van de kathode-actieve materialen. Dit verbetert de scheiding van CAM van grafiet. Het is belangrijk op te merken dat bindmiddelresten en ultrafijne CAM-deeltjes kunnen leiden tot hechting en meesleping. Gepulseerde magnetische werking kan deze ongewenste grafietinsluiting verminderen.

Processtap	Doel	Typische machine/methode	Typisch resultaat
Steekproefverdeling	Neem een representatief laboratoriummonster.	Roterende monsterverdeler	homogene substeekproef
Bereid de ophanging voor	Stel gedefinieerde drijfcondities in.	Meng met water	stabiele pulp
Conventionele flotatie	Grafiet scheiden op basis van oppervlakte-eigenschappen	Flotatiecel	grafietrijk schuim spoor fractie
Magnetisch ondersteunde flotatie	Verbeter de CAM-scheiding door middel van een magnetisch veld.	Vlottercel met elektromagneet	CAM-rijke zinkfractie
Optimaliseer de bedrijfsmodus	Verminder de hoeveelheid afval en de verstrengeling.	continue of gepulseerde magnetische werking	hogere selectiviteit
Productscheiding	Verwerk breuken afzonderlijk.	Aftrek van schuim en restpulp	afzonderlijke productstromen
Analytische controle	Evalueer de scheidingsefficiëntie	SEM, herstelberekening, materiaalkarakterisering	Beoordeelbare productkwaliteit

Procesbeschrijving (magnetisch ondersteunde flotatie, gepulseerde bedrijfsmodus) gebaseerd op: Efendi, R., Parian, M. & Chehreh Chelgani, S. (2026). Magnetische flotatie: een duurzame oplossing voor het recyclen van de zwarte massa van batterijen door middel van flotatie. Cleaner Engineering and Technology, 30, 101146. https://doi.org/10.1016/j.clet.2026.101146

Typische parameters voor flotatie en MAGFLO

De cruciale parameters zijn niet alleen de celgeometrie en het magnetische veld, maar ook het celmateriaal, de magnetische modus, de deeltjesadhesie, de oppervlaktechemie en de kwaliteit van de voorbehandeling. In het aangehaalde onderzoek werden elektromagnetische instellingen van 10, 20 en 30 volt, stalen en roestvrijstalen cellen, en continue en gepulseerde magnetische werking onderzocht. Voor reproduceerbare resultaten moeten ook de deeltjesgrootteverdeling, het vaste-stofgehalte, de waterchemie en de homogeniteit van het beginmonster worden gedocumenteerd.

Parameter	Typische waarde / noot
procedureel principe	Flotatie of magnetisch ondersteunde flotatie (MAGFLO)
Onderzocht materiaal	NMC zwarte mis
Spanning Elektromagneet	10 V, 20 V of 30 V
Celmateriaal	Stalen cel of roestvrijstalen cel
Magnetische modus	continu of aan/uit-interval
Scheidingsdoel	Het scheiden van grafiet van kathode-actieve materialen
Belangrijke beïnvloedende factor	Deeltjeshechting van CAM aan grafiet
Belangrijke beïnvloedende factor	PVDF-bindmiddel op de deeltjesoppervlakken
Analytische ondersteuning	SEM- en herstelbeoordeling
Observatie van de studie	De stalen cel vertoonde een hogere scheidingsefficiëntie.
Observatie van de studie	Meer dan 90% CAM-terugwinning in de staalcel.
Belangrijke documentatie	Deeltjesgrootte, homogeniteit, waterchemie, werkingsmodus

Bron van het geciteerde onderzoek: Efendi, R., Parian, M. & Chehreh Chelgani, S. (2026). Magnetische flotatie: een duurzame oplossing voor het recyclen van de zwarte massa van batterijen door middel van flotatie. Cleaner Engineering and Technology, 30, 101146, Luleå University of Technology, Zweden. https://doi.org/10.1016/j.clet.2026.101146

Varianten, vergelijkings- en selectiecriteria

Conventionele flotatie versus MAGFLO

Bij conventionele flotatie worden deeltjes voornamelijk gescheiden op basis van hydrofobiciteit en hydrofiliciteit. MAGFLO vult deze aanpak aan met een magnetisch veld, waardoor een meer gerichte manipulatie van magnetisch gevoelige CAM-deeltjes mogelijk is.

Continu versus gepulseerd

Een continu magnetisch veld is vanuit procestechnisch oogpunt eenvoudig. Een gepulseerde "aan/uit"-werking kan echter de hechting van deeltjes beter verwijderen en de ongewenste meevoering van grafiet verminderen.

Stalen cel versus roestvrijstalen cel

Uit het onderzoek bleek dat de stalen cel een hogere algehele scheidingsefficiëntie had. De keuze van het celmateriaal beïnvloedt dus niet alleen het ontwerp van de cel, maar ook de scheidingsprestaties.

Machineaanbeveling voor zwarte massa

Voor zwarte massa wordt een gecoördineerde machinelogica aanbevolen: een monsterverdeler voor het representatieve deelmonster, een laboratoriumflotatiecel voor de scheiding van grafiet en CAM, en een magnetische module of elektromagneet voor MAGFLO-testen. Afhankelijk van de monstereigenschappen kunnen aanvullende zeef-, suspensie- of voorbehandelingsstappen nuttig zijn. Doorslaggevende factoren zijn de deeltjesgrootte, het bindmiddelgehalte, de materiaalhechting en de gewenste scheiding tussen het schuimpad en de zinkfractie.

Flotatiemachine

Scheiding door drijf- en zinkgedrag

Machine:
Meer over Flotatiemachine

Kosten:
Prijs van een flotatiemachine

Machine:
Meer over roterende monsterverdelers

Kosten:
Prijs van een roterende monsterverdeler

Machine:
naar de zaagmolens

Kosten:
Prijsverlagende molen

Rotormolen

Het losmaken van klonten in bulkmaterialen

Machine:
Meer over Rotormolens

Kosten:
Prijs rotormolen

Technische vragen met betrekking tot de verwerking van zwarte mis

Gebruik LITech AI voor vragen over zwarte massa, flotatie, magnetisch ondersteunde flotatie, grafiet-CAM-scheiding, invloed van bindmiddelen, celmaterialen en geschikte machines voor laboratorium- en pilotinstallaties.

Veelgestelde vragen over de zwarte mis

Zwarte massa is het fijne, waardevolle gerecyclede mengsel van voorbehandelde lithium-ionbatterijen. Het bevat voornamelijk grafiet en kathode-actieve materialen, en, afhankelijk van de voorbehandeling, restanten van bindmiddelen, sporen van elektrolyt en fijne metaaldeeltjes.

De gebruikelijke procedures omvatten het verdelen van het monster, het suspenderen in water en de daaropvolgende flotatie. MAGFLO maakt bovendien gebruik van een magnetisch veld om de scheiding van CAM en grafiet te verbeteren.

Voor laboratoriumtoepassingen zijn monsterverdelers, flotatiecellen en – in het geval van MAGFLO – een magnetische module of elektromagneet geschikt. Afhankelijk van de toevoer zijn zeef- en voorbehandelingsstappen ook aan te raden.

Het doel is doorgaans om het materiaal te scheiden in een grafietrijke fractie en een CAM-rijke fractie, zodat beide stromen gericht verder verwerkt of geanalyseerd kunnen worden.

Zwarte materie is zeer heterogeen. Alleen een representatief en gehomogeniseerd monster levert betrouwbare informatie op over het scheidingsgedrag, de opbrengst en de productkwaliteit.

PVDF kan het deeltjesoppervlak veranderen en de selectiviteit van de flotatie verminderen. Hierdoor wordt de scheiding van grafiet en CAM lastiger.

De "aan/uit-interval"-werking kan de hechting van deeltjes beter verwijderen en de ongewenste overdracht van grafiet verminderen. Dit verbetert de selectiviteit van de scheiding.

MAGFLO combineert flotatie met magnetische selectie, waardoor een duurzame en schaalbare manier ontstaat om grafiet en kathode-actieve materialen terug te winnen uit NMC-zwarte massa.

Ing. Klaus Ebenauer