ETD

• batterie LFP
• carbonato di litio
• Life Cycle Assessment
• materie prime critiche
• riciclo idrometallurgico
• valutazione integrata

Within the framework of the energy transition and the growing demand for critical raw materials, the REMALIT project (developed by Safimet S.p.A., Weco S.r.l., and the University of Pisa) addresses end-of-life battery management in compliance with European directives. This master's thesis focuses on the modeling and engineering design of an innovative hydrometallurgical process for the recovery of battery-grade lithium carbonate from the black mass of spent lithium iron phosphate (LFP) batteries.
Adopting an integrated approach where environmental criteria guide process engineering, the baseline model, implemented in Python and dedicated spreadsheets, was expanded to include anhydrous sodium sulfate production. A comparative evaluation of three evaporative concentration configurations identified Mechanical Vapor Recompression (MVR) as the optimal route to minimize operating costs and environmental burdens. Plant sizing was then conducted alongside a Techno-Economic Analysis (TEA) and a cradle-to-gate Life Cycle Assessment (LCA) in SimaPro, incorporating the upstream pretreatment stages required to obtain the black mass.
The TEA results indicate the economic unfeasibility of the baseline scenario under current market conditions. Furthermore, the LCA reveals that the carbon footprint of this hydrometallurgical recycling route exceeds that of primary extraction, demonstrating that its current deployment is primarily justified by strategic supply security and natural resource conservation rather than direct emission savings.
Preliminary alternative scenarios, evaluating the Minimum Selling Price (MSP), battery disposal tipping fees, environmental allocation schemes, and the co-recovery of copper, aluminum, graphite, and iron phosphate, demonstrate that industrial bankability will rely on targeted economic incentives and full circular valorization of all by-products. Finally, the significant impact of the pretreatment steps underscores the necessity of targeted engineering optimization upstream.

Nel quadro della transizione energetica e della crescente domanda di materie prime critiche, il progetto REMALIT (sviluppato da Safimet S.p.A., Weco S.r.l. e Università di Pisa) affronta la gestione delle batterie a fine vita in conformità con le direttive europee. Il presente lavoro di tesi si focalizza sulla modellazione e progettazione di un processo idrometallurgico per il recupero di carbonato di litio battery-grade da black mass di batterie LFP (litio-ferro-fosfato) esauste.
Adottando un approccio metodologico in cui la sostenibilità ambientale guida la progettazione tecnica, il modello di processo, sviluppato in Python e fogli di calcolo, è stato integrato con la produzione di solfato di sodio anidro. Il confronto tra tre configurazioni di concentrazione evaporativa ha individuato nella ricompressione meccanica del vapore (MVR) la tecnologia ottimale per ridurre consumi operativi e impatti. È stato quindi eseguito il dimensionamento dell'impianto, combinato con un'Analisi Tecno-Economica (TEA) e un'Analisi del Ciclo di Vita (LCA) cradle-to-gate tramite SimaPro, considerando anche i pretrattamenti della black mass.
I risultati della TEA evidenziano l'insostenibilità economica dello scenario base alle attuali condizioni di mercato. L'LCA mostra inoltre che i carichi emissivi del riciclo superano quelli dell'estrazione primaria, rendendo la filiera giustificabile prioritariamente per ragioni strategiche di sicurezza dell'approvvigionamento e salvaguardia delle risorse.
L'esplorazione di scenari alternativi, stima del Minimum Selling Price, tariffazione di smaltimento, riallocazione degli impatti e co-recupero di rame, alluminio, grafite e fosfato ferrico, indica che la futura fattibilità industriale dipenderà da meccanismi di supporto economico e da una valorizzazione integrale di tutti i sottoprodotti. Infine, il peso rilevante della fase di pretrattamento sottolinea l'esigenza di mirate ottimizzazioni ingegneristiche a monte.