CN109550568A - 一种废锂离子电池破碎分选工艺 - Google Patents

一种废锂离子电池破碎分选工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废锂离子电池破碎分选工艺，包括：(1)将电池进行第一级破碎成5‑10cm；(2)送入炭化炉中，炭化温度400‑550℃，炭化时间40‑60min；(3)将炭化后物料冷却，进行第二级破碎成10‑15mm；(4)磁选，分选出带磁性成分；(5)将不带磁性物料进行两级筛分，将正负极粉筛分出来得铜铝集流体，第一级滚筒筛网目数70‑90目，第二级滚筒筛网目数90‑110目；(6)将铜铝集流体摩擦打散，破碎成2‑5mm；(7)再进行筛分，将正负极粉筛分出来；(8)集流体在铜铝分选机中分选。该工艺可将电池中的正负极粉、钢壳和铜铝等有价组分高效分选回收，分选效果好，成本较低。

Description

一种废锂离子电池破碎分选工艺
技术领域
本发明涉及废旧锂离子动力电池回收处理技术领域，具体而言，涉及一种废锂离子电池破碎分选工艺。
背景技术
锂离子电池具有非常广泛的应用范围，随着平板电脑、智能手机和超级本的使用量增加，预计在2020年左右，传统小型锂离子电池的应用会呈现大幅度增加的趋势。与此同时，大批废旧的锂离子电池的回收利用问题愈发凸显，利用填埋、焚烧等传统方法处理废旧锂离子电池，既浪费了资源，又对环境造成了污染，甚至还会给人体健康带来危害。
在行业内专家看来，锂离子电池的回收市场空间大。价值体现在钴、镍等稀有金属含量很高。我国钴矿中含钴量仅有0.02％，目前探明的可开采量也仅有4万吨，回收利用钴是一条重要的途径。
根据测算，从废旧锂电池中回收钴、镍、锰、锂及铁和铝等金属所创造的市场规模将会在2018年开始爆发，达到52亿元，2020年达到136亿元，2023年将超过300亿元，废弃的锂离子电池具有显著的资源性。这些因为发展新能源汽车产业而产生的电池报废量如果不得到妥善的处置，将会对环境造成较大的污染。
我国现有的废旧锂离子电池回收企业主要集中在珠江三角区和长江三角区，虽然数量很多且规模较大，但是回收工艺都比较落后，分类拆解主要采取人工作业，还属于劳动密集型产业，工作效率低，差错率大。因此，废旧锂离子电池高效破碎分选，低成本回收处理成为我国电池行业发展的瓶颈问题机遇与挑战并存。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种废锂离子电池破碎分选工艺，以解决现有的废旧锂离子电池回收工艺分选效率低、分选效果差、成本高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种废锂离子电池破碎分选工艺，该破碎分选工艺包括以下步骤：
(1)将放电后的废旧锂离子电池送入第一破碎机中进行第一级破碎，将电池单体破碎成尺寸为5-10cm的物料；
(2)将经过第一级破碎后的物料送入低温炭化炉中进行炭化，将物料中的电解液、粘结剂和塑料隔膜进行热解处理得到炭化后的物料，其中，炭化温度控制在400-550℃，炭化时间为40-60min；
(3)将炭化后的物料送入中间冷却仓进行冷却，然后送入第二破碎机中进行第二级破碎，将冷却后的物料破碎成尺寸为10-15mm的物料；
(4)将经过第二级破碎后的物料送入磁选机中进行磁选，将物料中带磁性的成分分选出来；
(5)将经过磁选后不带磁性的物料送入第一圆形滚筒中进行筛分，将物料中已经脱落的正负极粉筛分出来得到铜铝集流体，第一圆形滚筒包括串联设置的两级滚筒，其中第一级滚筒的筛网目数为70-90目，第二级滚筒的筛网目数为90-110目；
(6)将铜铝集流体进行摩擦打散，使铜铝集流体上未脱落的正负极粉发生脱落，并将物料进一步破碎成尺寸为2-5mm的物料；
(7)将摩擦打散后的物料送入第二圆形滚筒中进行筛分，将经过摩擦打散后脱落的正负极粉筛分出来；
(8)将经过第二圆形滚筒筛分后的铜铝集流体送入铜铝分选机中进行分选，将铜和铝进行分离。
进一步地，将步骤(2)经过炭化后的烟气收集送入二次燃烧室中进行二次燃烧，然后将二次燃烧后的烟气送入烟气换热器进行换热，再将换热后的烟气送入布袋除尘器进行除尘处理，然后将除尘后的烟气送入碱式喷淋塔出去烟气中的酸性气体，再将烟气送入活性炭吸附塔除去烟气中的有机废气后排空。
进一步地，活性炭吸附塔的出气端连接一引风机，所述引风机的风量控制在12000-15000m3/h。
进一步地，烟气换热器采用间接冷却，其循环水量控制在50-80m3/h。
进一步地，二次燃烧室的温度控制在800-1000℃。
进一步地，步骤(1)中，在进行第一级破碎时，向第一破碎机中充入氮气进行保护，其中，氮气的流速控制在200-500Nm3/h。
进一步地，步骤(3)中，向中间冷却仓内通入间接循环水对物料进行冷却，循环水的流量控制在30-50m3/h。
进一步地，将第一级破碎时产生的含尘气体经集气罩进行收集并送入布袋除尘器中进行除尘；将第二级破碎时、磁选时以及第一圆形滚筒和第二圆形滚筒筛分时产生的含尘气体通过集尘罩进行收集并送入布袋除尘器中进行除尘。
进一步地，将摩擦打散时产生的含尘气体送入旋风除尘器中进行除尘，然后经脉冲除尘器除尘后再送入布袋除尘器中除尘。
进一步地，废旧锂离子电池为电池模组拆解后的单体电池，电池对角尺寸在20cm以下，电池的剩余电量小于15％。
应用本发明的技术方案，先将放电后的电池单体进行第一级破碎，第一级破碎为粗破，得到尺寸为5-10cm的物料；然后控制炭化温度和时间进行低温炭化，将物料中的电解液、粘结剂和塑料隔膜进行无污化的热解处理；再将冷却后的物料进行第二级破碎，得到尺寸为10-15mm的物料；然后将第二级破碎后的物料进行磁选，将物料中的钢壳等带磁性的成分分选出来；磁选后的物料再通过第一圆形滚筒进行两级筛分筛选出脱落的正负极粉；然后经过摩擦打散使铜铝集流体上未脱落的正负极粉脱落，再经第二圆形滚筒将脱落的正负极粉筛分出来；最后将经过筛分的铜铝集流体在铜铝分选机中进行分选。本发明的破碎分选方法可以将废旧锂离子电池中的正负极粉、钢壳和铜铝等有价组分高效分选回收，并可将电解液、粘结剂和塑料隔膜等无价成分无污化处理，使废旧锂离子电池的回收价值得到充分发挥；本发明的方法通过多级破碎的方式，有效提高了电池集流体上正负极粉的脱附率，提高了正负极粉的回收率；本发明通过多级分选，实现了电池碎料中各组分分步骤的分选出来，实现了分选出来的组分中其他组分含量较少，同时也提高了正负极粉的回收率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的破碎分选工艺的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所记载的，现有的废旧锂离子电池回收通常采用人工作业的方式，工作效率低、差错率大，且成本较高，为了解决该问题，本发明提供了一种废锂离子电池破碎分选工艺。
根据本发明的一种实施例方式，提供了一种废锂离子电池破碎分选工艺，包括以下步骤：
(1)将放电后的废旧锂离子电池送入第一破碎机中进行第一级破碎，将电池单体破碎成尺寸为5-10cm的物料；
(2)将经过第一级破碎后的物料送入低温炭化炉中进行炭化，将物料中的电解液、粘结剂和塑料隔膜进行热解处理得到炭化后的物料，其中，炭化温度控制在400-550℃，炭化时间为40-60min；
(3)将炭化后的物料送入中间冷却仓进行冷却，然后送入第二破碎机中进行第二级破碎，将冷却后的物料破碎成尺寸为10-15mm的物料；
(4)将经过第二级破碎后的物料送入磁选机中进行磁选，将物料中带磁性的成分分选出来；
(5)将经过磁选后不带磁性的物料送入第一圆形滚筒中进行筛分，将物料中已经脱落的黑粉(即正负极粉)筛分出来得到铜铝集流体，第一圆形滚筒包括串联设置的两级滚筒，其中第一级滚筒的筛网目数为70-90目，第二级滚筒的筛网目数为90-110目；
(6)将铜铝集流体进行摩擦打散，使铜铝集流体上未脱落的黑粉发生脱落，并将物料进一步破碎成尺寸为2-5mm的物料；
(7)将摩擦打散后的物料送入第二圆形滚筒中进行筛分，将经过摩擦打散后脱落的黑粉筛分出来；
(8)将经过第二圆形滚筒筛分后的铜铝集流体送入铜铝分选机中进行分选，将铜和铝进行分离。
本发明先将放电后的电池单体进行第一级破碎，第一级破碎为粗破，得到尺寸为5-10cm的物料；然后控制炭化温度和时间对物料进行低温炭化，将物料中的电解液、粘结剂和塑料隔膜等无价成分进行无污化的热解处理；再将冷却后的物料进行第二级破碎，得到尺寸为10-15mm的物料；然后将第二级破碎后的物料进行磁选，将物料中的钢壳等带磁性的成分分选出来；磁选后的物料再通过第一圆形滚筒进行两级筛分，控制两级筛分的筛网目数，有效筛选出脱落的正负极粉；然后经过摩擦打散使铜铝集流体上未脱落的正负极粉脱落，并将物料进一步破碎成2-5mm的物料，再经第二圆形滚筒将脱落的正负极粉筛分出来；最后将经过筛分的铜铝集流体在铜铝分选机中进行分选。
本发明的破碎分选方法可以将废旧锂离子电池中的正负极粉、钢壳和铜铝等有价组分高效分选回收，并可将电池中的电解液、粘结剂和塑料隔膜等无价成分进行无污化的处理，使废旧锂离子电池的回收价值得到充分发挥；本发明的方法通过多级破碎的方式，有效提高了电池集流体上正负极粉的脱附率，提高了正负极粉的回收率；本发明的方法通过多级分选，实现了电池碎料中各组分分步骤的分选出来，实现了分选出来的组分中其他组分含量较少，同时也提高了正负极粉的回收率。相比于现有的人工作业的方式，本发明的破碎分选方法不仅分选效率高、分选效果好，而且成本较低。
在炭化处理过程中，电池中的电解液、粘结剂和塑料隔膜等物质会发生热解，形成含有烟尘、酸性气体和有机废气的烟气，若直接将该烟气排放到大气中，将对周围环境造成较大污染。为此，在本发明中，将步骤(2)经过炭化后的烟气收集送入二次燃烧室中进行二次燃烧，然后将二次燃烧后的烟气送入烟气换热器进行换热，再将换热后的烟气送入布袋除尘器进行除尘处理，然后将除尘后的烟气送入碱式喷淋塔出去烟气中的酸性气体，再将烟气送入活性炭吸附塔除去烟气中的有机废气后排空。如此，可以有效对炭化后产生的烟气进行净化处理，提高本发明的工艺的环保性。
为了使炭化烟气能够顺利地通过二次燃烧室、烟气换热器、布袋除尘器、碱式喷淋塔和活性炭吸附塔除，本发明在活性炭吸附塔的出气端连接一台引风机，通过该引风机将炭化炉内的烟气不断抽出。在实际使用时，该引风机的风量大小对烟气的抽出效果具有一定的影响，若风量过小，不能很好地将炭化炉内的烟气抽出，含尘烟气可能会排放到周围环境中对环境造成污染，若风量过大，则会造成设备能耗较大。发明人通过反复试验研究发现，将引风机的风量控制在12000-15000m3/h时，既可以达到良好的环保效果，又不至于导致能耗过高。
具体地，二次燃烧室的温度控制在800-1000℃，烟气换热器采用间接冷却(即循环冷却水与烟气不直接接触的方式)，并且，优选将循环水量控制在50-80m3/h，在此循环水量下，既可确保良好地冷却效果，又不会造成过多冷却水的浪费。
在第一级破碎时，电池单体中可能仍然具有少部分电量，若直接破碎，可能发生起火现象。为了避免起火现象的发生，在本发明的步骤(1)中，在进行第一级破碎时，向第一破碎机中充入氮气进行保护，并且，氮气的流速控制在200-500Nm3/h。在第一级破碎时向第一破碎机中充入一定流量的氮气进行保护，使第一破碎机内保持惰性气氛，避免物料在第一破碎机内起火。
具体地，本发明的步骤(3)中，向中间冷却仓内通入间接循环水对物料进行冷却(即中间冷却仓设置水冷夹套，冷却水与物料不直接接触)，并且，循环水的流量控制在30-50m3/h。
为了进一步提高本发明工艺的环保性能，将第一级破碎时产生的含尘气体经集气罩进行收集并送入布袋除尘器中进行除尘；将第二级破碎时、磁选时以及第一圆形滚筒和第二圆形滚筒筛分时产生的含尘气体通过集尘罩进行收集并送入布袋除尘器中进行除尘；将摩擦打散时产生的含尘气体送入旋风除尘器中进行除尘，然后经脉冲除尘器除尘后再送入布袋除尘器中除尘。如此，进一步提高了该工艺的环保性。
在本发明中，废旧锂离子电池为电池模组拆解后的单体电池，电池对角尺寸在20cm以下，电池的剩余电量小于15％。本发明的工艺对于电池对角尺寸在20cm以下的单体电池均是适用的，为了确保破碎过程的安全性，在破碎分选前需先将电池的电量放至15％以下。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
本发明所处理的废旧锂离子电池的主要成分包括：正负极粉、钢壳、铜铝、电解液、粘结剂以及隔膜塑料。
实施例
本发明废锂离子电池破碎分选工艺的一种实施例，其工艺流程如图1所示，该破碎分选工艺包括以下步骤：
步骤1：放电后的废旧锂离子电池经加料机进入第一破碎机中进行第一级破碎，第一级破碎为粗破，通过第一级破碎使得破碎后物料尺寸在10cm左右；同时，为防止起火现象，在破碎的过程中通入氮气，氮气的流速控制在300Nm3/h；
步骤2：经过步骤1后的碎料，进入炭化工段，在炭化的过程中对物料中存在的粘结剂、电解液以及塑料隔膜进行无污化的热解处理；其中，炭化炉内的温度维持在530℃，物料的停留时间保证在50min；
步骤3：经过步骤2出来的物料为高温物料，进入物料中间冷却仓进行冷却，对高温物料进行降温，物料降至室温后再进行第二级破碎，经第二级破碎后得到的碎料尺寸为15mm左右；然后进行碎料中部分组分的分选，首先是磁选，设置磁选机的电磁强度为20000GS，得到钢壳；磁选后的物料再进入第一圆形滚筒中进行筛分工序，第一圆形滚筒为串联的两级筛筒，第一级筛的筛网目数为80目，第二级筛的筛网目数为100目，得到正负极粉；
步骤4：经过步骤3处理后得到的物料主要成分为铜铝集流体，以及粘附在集流体上的少量正负极粉，为了将集流体上的正负极粉完全脱附，物料需要进入摩擦打散工段，将物料进行摩擦打散，一方面可以提高正负极粉的回收率，另一方面可使铜铝尺寸具有较高的一致性，有利于铜铝的分选；经摩擦打散后，铜铝的尺寸在3mm左右；
步骤5：将摩擦打散后的物料送入第二圆形滚筒中进行筛分，将脱落的正负极粉分选出来，得到铜铝集流体碎料，然后将铜铝集流体碎料送入铜铝分选机中进行分选，分离出铜和铝，至此完成电池的破碎以及其中有价组分的分选。
采用本发明的废旧锂离子电池破碎分选工艺，可实现正负极粉总回收率≥98％；钢壳回收率≥99％；铜回收率≥95％；铜铝中钴的残留量＜0.5％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，所述破碎分选工艺包括以下步骤：
(1)将放电后的废旧锂离子电池送入第一破碎机中进行第一级破碎，将电池单体破碎成尺寸为5-10cm的物料；
(2)将经过第一级破碎后的物料送入低温炭化炉中进行炭化，将物料中的电解液、粘结剂和塑料隔膜进行热解处理得到炭化后的物料，其中，炭化温度控制在400-550℃，炭化时间为40-60min；
(3)将炭化后的物料送入中间冷却仓进行冷却，然后送入第二破碎机中进行第二级破碎，将冷却后的物料破碎成尺寸为10-15mm的物料；
(4)将经过第二级破碎后的物料送入磁选机中进行磁选，将物料中带磁性的成分分选出来；
(5)将经过磁选后不带磁性的物料送入第一滚筒中进行筛分，将物料中已经脱落的正负极粉筛分出来得到铜铝集流体，第一滚筒包括串联设置的两级滚筒，其中第一级滚筒的筛网目数为70-90目，第二级滚筒的筛网目数为90-110目；
(6)将铜铝集流体进行摩擦打散，使铜铝集流体上未脱落的正负极粉发生脱落，并将物料进一步破碎成尺寸为2-5mm的物料；
(7)将摩擦打散后的物料送入第二滚筒中进行筛分，将经过摩擦打散后脱落的正负极粉筛分出来；
(8)将经过第二滚筒筛分后的铜铝集流体送入铜铝分选机中进行分选，将铜和铝进行分离。
2.根据权利要求1所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，将所述步骤(2)经过炭化后的烟气收集送入二次燃烧室中进行二次燃烧，然后将二次燃烧后的烟气送入烟气换热器进行换热，再将换热后的烟气送入布袋除尘器进行除尘处理，然后将除尘后的烟气送入碱式喷淋塔出去烟气中的酸性气体，再将烟气送入活性炭吸附塔除去烟气中的有机废气后排空。
3.根据权利要求2所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，所述活性炭吸附塔的出气端连接一引风机，所述引风机的风量控制在12000-15000m3/h。
4.根据权利要求2所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，所述烟气换热器采用间接冷却，其循环水量控制在50-80m3/h。
5.根据权利要求2所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，所述二次燃烧室的温度控制在800-1000℃。
6.根据权利要求1所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，在进行第一级破碎时，向第一破碎机中充入氮气进行保护，其中，氮气的流速控制在200-500Nm3/h。
7.根据权利要求1所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，向中间冷却仓内通入间接循环水对物料进行冷却，循环水的流量控制在30-50m3/h。
8.根据权利要求1所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，将第一级破碎时产生的含尘气体经集气罩进行收集并送入布袋除尘器中进行除尘；将第二级破碎时、磁选时以及第一滚筒和第二滚筒筛分时产生的含尘气体通过集尘罩进行收集并送入布袋除尘器中进行除尘。
9.根据权利要求8所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，将摩擦打散时产生的含尘气体送入旋风除尘器中进行除尘，然后经脉冲除尘器除尘后再送入布袋除尘器中除尘。
10.根据权利要求1所述的废锂离子电池破碎分选工艺，其特征在于，所述废旧锂离子电池为电池模组拆解后的单体电池，电池对角尺寸在20cm以下，电池的剩余电量小于15％。
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