ASSESSMENT OF SUSTAINABLE RECOVERY AND RECYCLING POSSIBILITIES OF MATERIALS FROM END-OF-LIFE LI-ION BATTERIES

Urban mining of electronic waste, particularly lithium-ion batteries (LiBs), is crucial for addressing critical raw material demands and reducing environmental impact. This research explores sustainable LiB recycling through a comprehensive approach encompassing literature review, process optimization, life cycle assessment (LCA), and life cycle costing (LCC) to maximize resource recovery while minimizing the environmental footprint. The first phase systematically reviews LiB recycling technologies, focusing on developing a decentralized pretreatment line for diverse battery chemistries. Key steps, including crushing, density separation, heating with CaO, and flotation-based separation, enhance material recovery and compatibility with various LiB types. The second phase investigates hydrometallurgical techniques for recovering cathode materials, achieving over 83% cobalt oxide, 77% nickel oxide, and 74% manganese oxide recovery. Optimization of leaching, purification, and calcination reduced energy demand and environmental impact by fourfold, demonstrating the feasibility of sustainable recovery methods. A comparative analysis of graphite recovery methods in the third phase highlights the cold process as the most sustainable and cost-effective, with a recovery cost of $-40/kg and a single score impact (SSI) of -432 μpt. The hot process achieved high-quality graphite with the lowest interlayer spacing (0.345 nm), while the wet process produced high-carbon graphite but with significant environmental trade-offs (SSI of 695 μpt). The final phase explores the reuse of residual graphite in wastewater treatment. Graphene oxide (GrO) synthesized from residual graphite demonstrated superior adsorption capacities, achieving 97% dye removal and 94% metal removal, outperforming commercial alternatives. This study highlights the potential of sustainable LiB recycling to support a circular economy. By integrating environmental and economic considerations, the developed methods provide scalable solutions for urban mining, emphasizing LiB recycling's pivotal role in sustainable resource management.

Il recupero urbano dei rifiuti elettronici, in particolare delle batterie al litio (LiB), è fondamentale per soddisfare la domanda di materie prime critiche e ridurre l’impatto ambientale. Questa ricerca esplora il riciclo sostenibile delle LiB attraverso un approccio completo che comprende revisione della letteratura, ottimizzazione dei processi, valutazione del ciclo di vita (LCA) e analisi dei costi del ciclo di vita (LCC) per massimizzare il recupero delle risorse riducendo al minimo l’impronta ambientale. La prima fase esamina sistematicamente le tecnologie di riciclo delle LiB, concentrandosi sullo sviluppo di una linea di pretrattamento decentralizzata per diverse chimiche di batterie. Passaggi chiave, tra cui frantumazione, separazione per densità, riscaldamento con CaO e separazione per flottazione, migliorano il recupero dei materiali e la compatibilità con vari tipi di LiB. La seconda fase indaga tecniche idrometallurgiche per il recupero dei materiali catodici, raggiungendo un recupero superiore all’83% per l’ossido di cobalto, 77% per l’ossido di nichel e 74% per l’ossido di manganese. L’ottimizzazione di processi come lisciviazione, purificazione e calcinazione ha ridotto la domanda energetica e l’impatto ambientale di quattro volte, dimostrando la fattibilità di metodi di recupero sostenibili. Un'analisi comparativa dei metodi di recupero della grafite nella terza fase evidenzia il processo a freddo come il più sostenibile ed economico, con un costo di recupero di -40 $/kg e un impatto complessivo (SSI) di -432 μpt. Il processo a caldo ha prodotto grafite di alta qualità con il minor spaziamento interstrato (0,345 nm), mentre il processo a umido ha generato grafite ad alto contenuto di carbonio ma con significativi compromessi ambientali (SSI di 695 μpt). L’ultima fase esplora il riutilizzo della grafite residua nel trattamento delle acque reflue. L’ossido di grafene (GrO) sintetizzato ha dimostrato capacità di adsorbimento superiori, con il 97% di rimozione dei coloranti e il 94% dei metalli, superando le alternative commerciali. Questo studio evidenzia il potenziale del riciclo sostenibile delle LiB per supportare un’economia circolare. Integrando considerazioni ambientali ed economiche, i metodi sviluppati offrono soluzioni scalabili per il recupero urbano, sottolineando il ruolo cruciale del riciclo delle LiB nella gestione sostenibile delle risorse.