Numerical Simulations of Metal Recovery for Battery Recycling

Abstract: Den pågående elektrifieringen av transport och samhälle kräver utveckling av nya metoder för återvinning av batterier. Hydrometallurgi som fokuserar på selektiv kristallisation av metaller är ett intressant alternativ för dessa ändamål. Dessa system kan studeras genom modellering och simulering. Många matematiska modeller finns tillgängliga för att beskriva de olika involverade processerna i kristallisationen av metaller. Dessa processer inkluderar övermättnad, nukleation, kristalltillväxt och aggregation. Denna rapport sammanställer ett antal av de tillgängliga matematiska modellerna och presenterar ett numeriskt tillvägagångssätt för modellering av den tidsberoende nummerdensiteten av partiklar genom en populationsbalansekvation. Populationsbalansen kan lösas med olika metoder såsom momentmetoden och metoden av viktade residualer. Här löses ekvationen genom diskretisering. Diskretisering av den inre koordinaten i ett flertal längdintervall möjliggör simulering av partikel-storleksfördelningen som en funktion av tid. Det numeriska tillvägagångssättet applicerades på bariumsulfatutfällning i en perfekt blandad satsreaktor och två- och tre-dimensionella T-mixer-system, såväl som en perfekt blandad satsreaktor för förträngningskristallisation av nickelsulfat med groddning. Den simulerade storleksfördelningens placering visade sig ha bra överenstämmelse med experimentell data vid låga Reynolds-tal. Här undersöktes även påverkan av en mängd parametrar såsom diskretisering, aggregation och magnituden av diffusion. Aggregation hade en märkbar inverkan på välblandade system. Inverkan av aggregation i diffusions-kontrollerade system med kort retentionstid var låg. Diffusionsmagnituden hade liten påverkan på den normaliserade distributionen men större på det totala antalet partiklar.