CN105811039B - 一种钠硫电池回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钠硫电池回收方法，钠硫电池包括外壳、碳毡、电解质陶瓷管、陶瓷绝缘环、顶部密封盖、正极极耳和负极极耳，该方法包括下列步骤：放电步骤：对钠硫电池完全放电，使钠硫电池内的单质钠最大化地转变为多硫化钠，存储在碳毡中；金属材料回收步骤：使外壳与碳毡分离，正极极耳与外壳分离，负极极耳与顶部密封盖分离；硫回收步骤：使碳毡与电解质陶瓷管分离，并使碳毡中的多硫化钠溶解到溶剂中；钠回收步骤：将顶部密封盖与陶瓷绝缘环分离，并将电解质陶瓷管倒置入石蜡油中，使电解质陶瓷管中的单质钠熔融到石蜡油中；高温烧蚀步骤：将电解质陶瓷管置于高温焚烧炉中，以使电解质陶瓷管中残留的单质钠转化为氧化钠或氢氧化钠或碳酸钠。
Description
技术领域
本发明涉及资源综合利用领域的一种钠硫电池回收方法。
背景技术
钠硫电池经过一段时间服役后，其性能已经不能满足使用的要求。废钠硫电池由活性物质：即单质钠、硫磺和多硫化钠，金属部件：即正极极耳、负极极耳、外壳和储钠管，电解质陶瓷管，以及用作绝缘和密封的陶瓷绝缘环，以及用于封接电解质陶瓷管和陶瓷绝缘环的玻璃组成。其中单质钠、硫磺和多硫化钠均为危险化学物质，处理不当可能对生命、财产和环境造成重大伤害。
目前国内还没有可行的钠硫电池回收方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池回收方法，其操作安全、简单，对环境无污染，并实现了资源的充分利用。
实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池回收方法，所述钠硫电池包括外壳、碳毡、电解质陶瓷管、陶瓷绝缘环、顶部密封盖、正极极耳和负极极耳，该方法包括下列步骤：
放电步骤：对所述钠硫电池完全放电，使所述钠硫电池内的单质钠最大化地转变为多硫化钠，存储在所述碳毡中；
金属材料回收步骤：使所述外壳与所述碳毡分离，所述正极极耳与所述外壳分离，所述负极极耳与所述顶部密封盖分离；
硫回收步骤：使所述碳毡与所述电解质陶瓷管分离，并使所述碳毡中的多硫化钠溶解到溶剂中；
钠回收步骤：将所述顶部密封盖与所述陶瓷绝缘环分离，并将所述电解质陶瓷管倒置入石蜡油中，使所述电解质陶瓷管中的单质钠熔融到石蜡油中；
高温烧蚀步骤：将所述电解质陶瓷管置于高温焚烧炉中，以使所述电解质陶瓷管中残留的单质钠转化为氧化钠或氢氧化钠或碳酸钠。
进一步的，金属材料回收步骤中，在所述外壳顶端沿所述外壳的圆周，切割第一切割缝；在所述外壳底端沿所述外壳的圆周，切割第二切割缝；并且割连接所述第一切割缝和所述第二切割缝的第三切割缝，并在所述第三切割缝处，使用杠杆，使所述外壳与所述碳毡，沿着所述钠硫电池的圆周分离。
进一步的，所述碳毡是由两片半圆柱形碳毡围成的，沿着两片所述半圆柱形碳毡与所述电解质陶瓷管之间的接触面，分别将两片所述半圆形碳毡与所述电解质陶瓷管分离。
进一步的，硫回收步骤中，溶解所述碳毡中的多硫化钠的溶剂盛于一容器中，在所述溶剂中的多硫化钠饱和时更换所述溶剂。
进一步的，述钠硫电池还包括位于所述电解质陶瓷管径向内侧的储钠管，钠回收步骤中，将所述储钠管与所述顶部密封盖分离，并将所述储钠管和所述电解质陶瓷管一并倒置于石蜡油中，待所述储钠管和所述电解质陶瓷管中的单质钠全部熔融后，分离所述储钠管和所述电解质陶瓷管。
进一步的，石蜡油置于钠熔化取出装置中，熔融的单质钠在所述钠熔化取出装置的底部沉积为钠沉积。
再进一步的，钠回收步骤，所述钠熔化取出装置中石蜡油的温度为120℃。
进一步的，所述电解质陶瓷管置于高温焚烧炉内进行高温烧蚀，高温烧蚀中产生的二氧化碳、水蒸气、氧化钠粉尘、氢氧化钠粉尘和碳酸钠粉尘通过一个与所述高温焚烧炉连通的尾气吸收池吸收，所述尾气吸收池内装有水或酸液。
再进一步的，所述高温焚烧炉内的温度为1000～1300℃。
进一步的，完成高温烧蚀的电解质陶瓷管与所述陶瓷绝缘环，以及用于封接所述陶瓷绝缘环和所述电解质陶瓷管的玻璃一并破碎。
采用了本发明的一种钠硫电池回收方法，所述钠硫电池包括外壳、碳毡、电解质陶瓷管、陶瓷绝缘环、顶部密封盖、正极极耳和负极极耳，该方法包括下列步骤：放电步骤：对所述钠硫电池完全放电，使所述钠硫电池内的单质钠最大化地转变为多硫化钠，存储在所述碳毡中；金属材料回收步骤：使所述外壳与所述碳毡分离，所述正极极耳与所述外壳分离，所述负极极耳与所述顶部密封盖分离；硫回收步骤：使所述碳毡与所述电解质陶瓷管分离，并使所述碳毡中的多硫化钠溶解到溶剂中；钠回收步骤：将所述顶部密封盖与所述陶瓷绝缘环分离，并将所述电解质陶瓷管倒置入石蜡油中，使所述电解质陶瓷管中的单质钠熔融到石蜡油中；高温烧蚀步骤：将所述电解质陶瓷管置于高温焚烧炉中，以使所述电解质陶瓷管中残留的单质钠转化为氧化钠或氢氧化钠或碳酸钠。所述负极极耳其技术效果是：其操作安全、简单，对环境无污染，并实现了资源的充分利用。
附图说明
图1为钠硫电池的结构示意图。
图2为本发明的一种钠硫电池回收方法的流程图。
图3为本发明的一种钠硫电池回收方法中使用的熔化取出装置的结构示意图。
图4为本发明的一种钠硫电池回收方法中使用的熔高温焚烧炉的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，目前的钠硫电池包括径向从外向内依次设置的外壳1、碳毡2、电解质陶瓷管3和储钠管(图中未显示)，电解质陶瓷管3的顶部封接有陶瓷绝缘环4，陶瓷绝缘环4的上方设有顶部密封盖5，将储钠管和电解质陶瓷管3的顶部封闭。顶部密封盖5的顶面设有负极极耳52，外壳1顶部设有正极极耳51。钠硫电池充满电时，所述储钠管中存储有单质钠，碳毡2中填充有硫磺。在钠硫电池放电完全时，储钠管中的绝大部分单质钠已经透过电解质陶瓷管3进入碳毡2，与碳毡2中的硫磺结合形成多硫化钠。剩余的单质钠位于储钠管和电解质陶瓷管3径向之间的间隙中，只有极少量的单质钠残留在所述储钠管中。
本发明的一种钠硫电池回收方法，包括下列步骤：
放电步骤：钠硫电池退役前进行完全放电处理，这样可以使钠硫电池内部高活性的单质钠和硫磺大部分转化为低活性的多硫化钠，存储在碳毡2中，以提高钠硫电池处理过程的安全性。如果钠硫电池退出服役时的状态未知，可先对钠硫电池进行完全放电处理，以最大程度降低钠硫电池内部单质钠和硫磺的量。
金属材料回收步骤：切下钠硫电池的外壳1上的正极极耳51，以及顶部密封盖5上的负极极耳52。
沿着陶瓷绝缘环4的底面的圆周，即在外壳1的顶端，沿着外壳1的圆周切割第一切割缝11。在外壳1底端，沿着外壳1的圆周切割第二切割缝12。同时沿着竖直方向在外壳1上切割连接第一切割缝11和第二切割缝12的第三切割缝13。在第三切割缝13处，沿着第一切割缝11和第二切割缝12将外壳1与碳毡2剥离。
外壳1，以及正极极耳51和负极极耳52均为铝合金材料，通过金属冶炼工厂进行精炼，这些金属材料可循环利用于钠硫电池生产。
采取该步骤是因为外壳1与碳毡2之间存在硫磺以及多硫化钠，而使外壳1和碳毡2相互粘结，无法直接去除外壳1，所以在外壳1上留下一条从上至下割穿外壳1而形成的第三切割缝13。在第三切割缝13处，使用杠杆等工具，使外壳1和碳毡2能够沿着所述钠硫电池的圆周分离。碳毡2具有良好的缓冲作用，可避免对电解质陶瓷管3造成新的损伤。第三切割缝13深度必须保证电解质陶瓷管3的完好，即不对电解质陶瓷管3造成新的损伤。
硫回收步骤：将含有多硫化钠和单质硫的碳毡2与电解质陶瓷管3剥离，剥离过程应注意不要损坏电解质陶瓷管3，防止单质钠与空气直接接触，确保分离过程人员和设备安全。通常，碳毡2是由两片半圆柱形碳毡围成的，沿着半圆柱形碳毡与电解质陶瓷管3之间的接触面，将电解质陶瓷管3与碳毡2分离。
将含有多硫化钠和硫磺的碳毡2放入塑料桶中，加入适量水或乙醇作为溶剂浸泡碳毡2，使碳毡2软化并且其中的多硫化钠全部溶解到水中或乙醇中，形成多硫化钠水溶液或多硫化钠乙醇溶液，取出碳毡2挤出其中的多硫化钠水溶液或多硫化钠乙醇溶液。然后塑料桶中的溶剂还可以浸渍新的碳毡2，直到塑料桶中溶剂中的多硫化钠饱和。塑料桶内的多硫化钠饱和溶液重新更换为溶剂。多硫化钠饱和溶液目前主要有两方面用途：生产多硫化钠产品的化学试剂工厂回收提纯多硫化钠试剂，以及在制革工业用作原皮的脱毛剂。
碳毡2中含有少量硫磺，需要交给具有相关资质的固体废弃物处理厂家进行焚烧处理。
钠回收步骤：沿着绝缘环4和顶部密封盖5之间的接合面分离顶部密封盖5和陶瓷绝缘环4，并将顶部密封盖5与储钠管分离。将含有单质钠的电解质陶瓷管3和储钠管一并倒置放入石蜡油中，石蜡油置于钠熔化取出装置6中，石蜡油温度应高于单质钠的熔点，为约120℃。单质钠从电解质陶瓷管3和所述储钠管中流到石蜡油中，并在钠熔化取出装置6的底部形成钠沉积61。
钠熔化取出装置6结构简单，操作安全，因为其中装有石蜡油，因此可直接在大气环境中操作。当单质钠熔化后将电解质陶瓷管3和储钠管取出，并将所述储钠管和电解质陶瓷管3分离。电解质陶瓷管3可进行高温烧蚀。所述储钠管通过金属冶炼工厂进行精炼，并循环利用于钠硫电池生产。
钠熔化取出装置6底部的钠沉积61冷却后交由单质钠生产厂家过滤、提纯，之后可继续用于钠硫电池生产。
高温烧蚀步骤：将电解质陶瓷管3放入高温焚烧炉7中进行高温烧蚀处理，以去除电解质陶瓷管3中所残留的单质钠以及在电解质陶瓷管3制备过程中与氧化铝形成固溶体的氧化钠。高温焚烧炉7使用天然气等气体作为燃料，高温焚烧炉7的底部为供燃料进入的加热焚烧装置73，顶端连接一根尾气排放管71，尾气排放管71与尾气吸收池72连通，尾气吸收池72内装有用于吸收尾气的水或酸液，用于吸收高温焚烧炉7内产生的二氧化碳、水蒸气，以及对电解质陶瓷管3高温烧蚀过程中产生的氧化钠粉尘、氢氧化钠粉尘和碳酸钠粉尘，降低高温焚烧炉内钠蒸汽的分压，实现了尾气的零排放。高温焚烧炉7内的温度至少应高于单质钠的沸点，同时由于电解质陶瓷管3与陶瓷绝缘环4一并放入高温焚烧炉的，因此高温焚烧炉7内的温度应低于用于封接电解质陶瓷管3与陶瓷绝缘环4的玻璃的粘流温度。温度的优选范围为1000～1300℃。高温烧蚀的时间为3～4小时。尾气吸收池72的水或酸液转变为碱液，给化学试剂厂回收。
高温烧蚀后的电解质陶瓷管3和陶瓷绝缘环4，以及用于封接电解质陶瓷管3和陶瓷绝缘环4的玻璃一起进行破碎处理，并用于建材行业。
本发明的一种钠硫电池回收方法，同时考察和借鉴电池回收主要采用的火法工艺和湿法工艺，提出一种钠硫电池回收方法，其操作安全、简单，对环境无污染，并实现了资源的充分利用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (10)
1.一种钠硫电池回收方法，所述钠硫电池包括外壳、碳毡、电解质陶瓷管、陶瓷绝缘环、顶部密封盖、正极极耳和负极极耳，该方法包括下列步骤：
放电步骤：对所述钠硫电池完全放电，使所述钠硫电池内的单质钠最大化地转变为多硫化钠，存储在所述碳毡中；
金属材料回收步骤：使所述外壳与所述碳毡分离，所述正极极耳与所述外壳分离，所述负极极耳与所述顶部密封盖分离，所述金属材料为外壳、正极极耳和负极极耳；
硫回收步骤：使所述碳毡与所述电解质陶瓷管分离，并使所述碳毡中的多硫化钠溶解到溶剂中；
钠回收步骤：将所述顶部密封盖与所述陶瓷绝缘环分离，并将所述电解质陶瓷管倒置入石蜡油中，使所述电解质陶瓷管中的单质钠熔融到石蜡油中；
高温烧蚀步骤：将所述电解质陶瓷管置于高温焚烧炉中，以使所述电解质陶瓷管中残留的单质钠转化为氧化钠或氢氧化钠或碳酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：金属材料回收步骤中，在所述外壳顶端沿所述外壳的圆周，切割第一切割缝；在所述外壳底端沿所述外壳的圆周，切割第二切割缝；并且割连接所述第一切割缝和所述第二切割缝的第三切割缝，并在所述第三切割缝处，使用杠杆，使所述外壳与所述碳毡，沿着所述钠硫电池的圆周分离。
3.根据权利要求1所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：所述碳毡是由两片半圆柱形碳毡围成的，沿着两片所述半圆柱形碳毡与所述电解质陶瓷管之间的接触面，分别将两片所述半圆形碳毡与所述电解质陶瓷管分离。
4.根据权利要求1所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：硫回收步骤中，溶解所述碳毡中的多硫化钠的溶剂盛于一容器中，在所述溶剂中的多硫化钠饱和时更换所述溶剂。
5.根据权利要求1所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：所述钠硫电池还包括位于所述电解质陶瓷管径向内侧的储钠管，钠回收步骤中，将所述储钠管与所述顶部密封盖分离，并将所述储钠管和所述电解质陶瓷管一并倒置于石蜡油中，待所述储钠管和所述电解质陶瓷管中的单质钠全部熔融后，分离所述储钠管和所述电解质陶瓷管。
6.根据权利要求1所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：所述钠回收步骤中，石蜡油置于钠熔化取出装置中，熔融的单质钠在所述钠熔化取出装置的底部沉积为钠沉积。
7.根据权利要求6所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：钠回收步骤，所述钠熔化取出装置中石蜡油的温度为120℃。
8.根据权利要求1所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：高温烧蚀步骤中，所述电解质陶瓷管置于高温焚烧炉内进行高温烧蚀，高温烧蚀中产生的二氧化碳、水蒸气、氧化钠粉尘、氢氧化钠粉尘和碳酸钠粉尘通过一个与所述高温焚烧炉连通的尾气吸收池吸收，所述尾气吸收池内装有水或酸液。
9.根据权利要求8所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：所述高温焚烧炉内的温度为1000～1300℃。
10.根据权利要求1所述的一种钠硫电池回收方法，其特征在于：完成高温烧蚀的电解质陶瓷管与所述陶瓷绝缘环，以及用于封接所述陶瓷绝缘环和所述电解质陶瓷管的玻璃一并破碎。
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