Vraag 22Lithium-ion-accu’s recyclen
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- In de tekst staat hoe de vaste stoffen en de vloeibare legering zich in de oven gedragen.
- Bedenk welke eigenschappen van stoffen je nodig hebt om zo'n gedrag te verklaren.
- Schrijf op welke eigenschap tussen de twee stoffen verschilt.
Hier verliezen leerlingen punten
- Schrijf op tussen welke stoffen het verschil bestaat, niet alleen één stof.
- Beschrijf niet hoe de scheiding verloopt, want de vraag gaat over de reden ervan.
- Noem de eigenschap volledig, zodat duidelijk is wat er verschilt.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
In steeds meer elektrische voertuigen zitten lithium-ion-accu’s (LIA’s). Daardoor neemt ook het afval van afgedankte LIA’s toe. Afgedankte LIA’s moeten apart ingezameld worden. De elektrolytvloeistof bevat namelijk de stof LiPF , die 6 gemakkelijk reageert met water. Bij deze reactie ontstaan lithiumfluoride en de giftige stoffen waterstoffluoride ( HF ) en fosforylfluoride ( POF ). 3
De ingezamelde LIA’s kunnen worden gerecycled, om zo min mogelijk metalen verloren te laten gaan. Figuur 1 toont de samenstelling van een bepaald type LIA met aluminium behuizing. figuur 1 19% grafiet (negatieve elektrode) 33% actieve stof (positieve elektrode) 11% koper 18% aluminium 15% elektrolytvloeistof (inclusief behuizing) 4% plastics De positieve elektrode van dit type LIA bevat een actieve stof met lithium-ionen, nikkel-ionen, mangaan-ionen en kobalt-ionen. De verhoudingsformule kan als volgt worden genoteerd: LiNi Mn Co O . 0,80 0,10 0,10 2
Afgedankte LIA’s zijn vaak nog deels opgeladen. Voordat de LIA’s worden gerecycled, worden ze ontladen. Dit kan door ze in een oplossing van natriumchloride in water te leggen. Beide elektroden moeten contact maken met de oplossing.
Het Belgische bedrijf Umicore heeft een proces ontwikkeld om nikkel en kobalt terug te winnen uit LIA’s. Dit proces maakt gebruik van een oven met drie temperatuurzones (vereenvoudigd weergegeven in figuur 2). De LIA’s worden samen met zand, aluminiumoxide en ongebluste kalk van bovenaf in de oven gebracht. In elke zone vindt een ander onderdeel van het recyclingproces plaats. De gassen die in zone 1, 2 en 3 ontstaan, stijgen op en worden verzameld voor verdere reiniging. Gedurende het verblijf in de oven zakken vaste stoffen en vloeistoffen naar beneden en komen ze in een steeds hetere omgeving. figuur 2 30-50% LIA’s toevoer lucht afvoer zand met extra O gassen 2 aluminiumoxide ongebluste kalk zone 1 T < 300 °C { (elektrolyt verdampt) zone 2 T ≈ 700 °C { (plastics ontleden) zone 3 { T = 1200 -1400 °C (behuizing reageert) afvoer vaste stoffen en gesmolten metalen Op de uitwerkbijlage staat een tabel over aluminium.
De hoge temperatuur in zone 3 wordt bereikt door de exotherme reactie tussen aluminium en zuurstof (reactie 1). 4 Al + 3 O → 2 Al O (reactie 1) 2 2 3 Op de uitwerkbijlage is het energiediagram van reactie 1 onvolledig weergegeven. In dit energiediagram ontbreekt het niveau van het reactieproduct.
Aan de onderkant van de oven stroomt een mengsel van vaste stoffen ( Li CO en Al O ) en een vloeibare legering van koper, kobalt en nikkel naar 2 3 2 3 buiten. De vaste stoffen drijven op de vloeibare legering en kunnen gescheiden worden van de legering. Dit kan worden opgevat als bezinken.
Geef aan op welk verschil in stofeigenschap de scheidingsmethode bezinken berust.