CN110323511B - 化学法处置废旧锂电池***及废旧锂电池处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学法处置废旧锂电池技术领域，且公开了一种化学法处置废旧锂电池***，包括依次呈串联连接设置的废旧锂电池存储装置、粗破碎装置、粗筛分装置、细破碎装置、细筛分装置、铝浸出装置、钴和锂浸出装置与金属萃取装置；还包括与粗筛分装置呈相互连接设置的回收装置一、与细筛分装置呈相互连接设置的回收装置二、与铝浸出装置呈相互连接设置的回收装置三、与金属萃取装置呈相互连接设置的回收装置四和回收装置五。本发明还公开了一种化学法处置废旧锂电池***的处理方法。本发明解决了废旧锂电池中有价值资源尚不能够实现全面回收的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及化学法处置废旧锂电池技术领域，具体为一种化学法处置废旧锂电池***及废旧锂电池处理方法。
背景技术
锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池；其中，锂离子电池经过500-1000次充放电循环之后，其活性物质就会失去活性，导致电池的容量下降而使电池报废。锂离子电池的广泛使用势必带来大量废旧电池，如若对其随意丢弃不仅会对环境造成严重污染，更是对资源的浪费。如果能将废旧锂离子电池中的资源加以回收利用，无论是从环保方面，还是资源的循环利用方面来讲，都具有重大意义。
申请公布号为CN108470956A的发明专利申请公开了一种化学法处置废旧锂电池***及废旧锂电池处理方法，包括串联的废旧锂电池物料仓、破碎分拣机、正极送料机、恒温搪瓷反应釜、第一过滤器、滤渣送料机，常温酸性搪瓷反应釜和第二过滤器。恒温搪瓷反应釜和常温酸性搪瓷反应釜内设置的可调速搅拌器配合实时监测装置,控制反应速率。该发明专利申请通过将废旧锂电池资源化，达到回收废电池中的正极材料LiCoO2中的稀有金属钴的目的,在治理电池污染问题的同时,实现了资源回收。
但是，上述发明专利申请的技术方案只是解决了废旧锂电池中的稀有金属钴的回收问题，并没有解决废旧锂电池中的其他金属材料的回收问题，更加没有解决废旧锂电池中的非金属资源的回收问题。
本发明提供一种化学法处置废旧锂电池***及废旧锂电池处理方法，旨在解决废旧锂电池中有价值资源尚不能够实现全面回收的技术问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种化学法处置废旧锂电池***及废旧锂电池处理方法，解决了废旧锂电池中有价值资源尚不能够实现全面回收的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
化学法处置废旧锂电池***，包括依次呈串联连接设置的废旧锂电池存储装置、粗破碎装置、粗筛分装置、细破碎装置、细筛分装置、铝浸出装置、钴和锂浸出装置与金属萃取装置；还包括与粗筛分装置呈相互连接设置的回收装置一、与细筛分装置呈相互连接设置的回收装置二、与铝浸出装置呈相互连接设置的回收装置三、与金属萃取装置呈相互连接设置的回收装置四和回收装置五；
其中，废旧锂电池存储装置的出料口与粗破碎装置的进料口呈相互连通设置，粗破碎装置的出料口与粗筛分装置的进料口呈相互连通设置，粗筛分装置的筛上回收物料的排料口与回收装置一的进料口呈相互连通设置、粗筛分装置的筛下物料的排料口与细破碎装置的进料口呈相互连通装置，细破碎装置的出料口与细筛分装置的进料口呈相互连通设置，细筛分装置的筛上回收物料的排料口与回收装置二的进料口呈相互连通设置、细筛分装置的筛下物料的排料口与铝浸出装置的进料口呈相互连通装置；
铝浸出装置内的铝溶解液的排料口与回收装置三的进料口呈相互连通设置，铝浸出装置内的含有钴和锂残渣的排料口与钴和锂浸出装置的进料口呈相互连通设置，钴和锂浸出装置的钴和锂溶解液的排料口与金属萃取装置的进料口呈相互连通设置，金属萃取装置的含有钴萃取液的排出口与回收装置四的进料口呈相互连通设置，金属萃取装置的含有锂沉淀物的排出口与回收装置五的进料口呈相互连通设置。
进一步的，所述废旧锂电池存储装置的出料口与放电装置的进料口呈相互连通设置，放电装置的出料口与粗破碎装置的进料口呈相互连通设置。
进一步的，所述粗破碎装置的进气口与抽真空装置的抽气口一呈相互连通设置。
进一步的，所述细破碎装置的进气口与抽真空装置的抽气口二呈相互连通设置。
化学法处置废旧锂电池***的处理方法，所述处理方法包括以下步骤：
S1.废旧锂电池的放电处理
将废旧锂电池从废旧锂电池存储装置传送至放电装置内，放电装置将废旧锂电池内残余的电量完全释放出来；
S2.废旧锂电池的粗破碎处理
抽真空装置先将粗破碎装置内的粗破碎腔抽成真空状态，粗破碎装置再在真空状态下对废旧锂电池进行粗破碎处理；
S3.废旧锂电池中塑料、铝合金、铜箔和铝箔资源的回收处理
阻隔在粗筛分装置的过滤筛上方的塑料、铝合金、铜箔和铝箔被传送至回收装置一内进行回收，其他粗破碎物料则贯穿粗筛分装置的过滤筛的筛孔，被传送至细破碎装置内；
S4.剩余粗破碎物料的细破碎处理
抽真空装置先将细破碎装置内的细破碎腔抽成真空状态，细破碎装置再在真空状态下对剩余粗破碎物料进行细破碎处理；
S5.废旧锂电池中铝塑膜资源的回收处理
阻隔在细筛分装置的过滤筛上方的铝塑膜被传送至回收装置二内进行回收，其他细破碎物料则贯穿细筛分装置的过滤筛的筛孔，被传送至铝浸出装置内；
S6.废旧锂电池中铝资源的回收处理
将铝浸出装置内的氢氧化钠溶液调节成质量分数为10-15％的氢氧化钠溶液，并加热到30-40℃，使其他细破碎物料在该氢氧化钠溶液中浸泡1-3h，细破碎物料中的铝在氢氧化钠溶液中溶解浸出，溶解在氢氧化钠溶液中的铝被传送至回收装置三内进行回收，其余含有钴和锂残渣的细破碎物料则被传送至钴和锂浸出装置内；
S7.细破碎物料中钴和锂的溶解浸出处理
将钴和锂浸出装置内的酸溶解液配制成由2mol.L-1H2SO4和2-6vol％H2O2组成的酸溶解液，并加热到60-80℃，细破碎物料中的钴和锂在该酸溶解液中溶解浸出，溶解浸出有钴和锂的酸溶解液被传送至金属萃取装置内；
S8.废旧电池中钴和锂资源的回收处理
将萃取剂PC-88A配制成浓度为0.9-1mol.L-1、PH＝5.5-6的PC-88A萃取液，加入到金属萃取装置内，萃取2-5h，其中的钴被萃取到萃取液中，含有钴的萃取液被传送至回收装置四内进行回收，未进入到萃取液有机相中的锂则以碳酸锂形式沉淀出来，并被传送至回收装置五内进行回收。
进一步的，所述步骤S6中，氢氧化钠溶液调节成质量分数为10％的氢氧化钠溶液，并加热到30℃。
进一步的，所述步骤S7中，酸溶解液由2mol.L-1H2SO4和6vol％H2O2组成，加热到60℃。
进一步的，所述步骤S8中，PC-88A萃取液的浓度为0.9mol.L-1且PH＝6。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种化学法处置废旧锂电池***及废旧锂电池处理方法，具备以下有益效果：
1、该处置废旧锂电池***，通过依次逐步地回收废旧锂电池中塑料、铝合金、铜箔和铝箔资源，回收铝塑膜资源，回收铝资源，最后回收钴和锂资源，实现了全面回收废旧锂电池中有价值资源的技术效果。
2、该处置废旧锂电池***，通过放电装置将废旧锂电池内残余的电量完全释放出来，这一技术方案解决了在破碎废旧锂电池的过程中，因电池中残存有电量，容易发生短路，造成危险的技术问题。
3、该处置废旧锂电池***，通过使粗破碎装置和细破碎装置在真空状态下对废旧锂电池进行破碎处理，这一技术方案解决了废旧锂电池负极上残余的金属锂，在潮湿的环境中或者空气中会发生剧烈氧化，从而发生燃烧或者***，产生安全隐患的技术问题。
4、该处置废旧锂电池***的处理方法，先通过两次程度不同的破碎与筛分的预处理方法，实现逐步选择性分离回收塑料、铝合金、铜箔、铝箔和铝塑膜的技术效果；
再通过碱溶液溶解浸出方法，实现选择性分离回收铝资源的技术效果；接着再通过酸溶液溶解浸出的方法，使钴和锂资源溶解浸出，最后通过萃取方法将钴和锂进行分离回收，实现选择性分离回收钴和锂的技术效果；
这一技术方案实现了全面回收废旧锂电池中各种有价值资源的技术效果。
5、该处置废旧锂电池***的处理方法，通过将氢氧化钠溶液调节成质量分数为10％的氢氧化钠溶液，并加热到30℃，使钴和铝能够实现较彻底的分离，实现了较彻底分离回收钴和铝的技术效果。
6、该处置废旧锂电池***的处理方法，通过将2mol.L-1H2SO4和6vol％H2O2配制成酸溶解液，且加热到60℃，钴和锂的浸出溶解率均达到99％，实现了显著提高钴和锂的浸出溶解率的技术效果。
7、该处置废旧锂电池***的处理方法，通过将PC-88A萃取液的浓度配制为0.9mol.L-1且PH＝6，钴的萃取率可达到100％，实现了显著提高钴的萃取率的技术效果。
附图说明
图1为本发明化学法处置废旧锂电池***的逻辑框图；
图2为本发明化学法处置废旧锂电池***的处理方法的逻辑框图。
具体实施方式
化学法处置废旧锂电池***，参见图1，包括依次呈串联连接设置的废旧锂电池存储装置、放电装置、粗破碎装置、粗筛分装置、细破碎装置、细筛分装置、铝浸出装置、钴和锂浸出装置与金属萃取装置，还包括与粗破碎装置、细破碎装置均呈相互连接设置的抽真空装置，同时还包括与粗筛分装置呈相互连接设置的回收装置一、与细筛分装置呈相互连接设置的回收装置二、与铝浸出装置呈相互连接设置的回收装置三、与金属萃取装置呈相互连接设置的回收装置四和回收装置五；
其中，废旧锂电池存储装置主要用于存储废旧锂电池，废旧锂电池存储装置的出料口与放电装置的进料口呈相互连通设置；
放电装置主要用于将废旧锂电池中残余的电量完全释放出来，放电装置的出料口与粗破碎装置的进料口呈相互连通设置；
粗破碎装置主要用于对废旧锂电池进行粗破碎处理，使锂电池外壳与内芯进行分离，同时使集流体与正负极上的活性组分物质进行分离，且粗破碎装置的进气口与抽真空装置的抽气口一呈相互连通设置、粗破碎装置的出料口与粗筛分装置的进料口呈相互连通设置；
粗筛分装置主要用于将外壳上带有的塑料和铝合金、以及作为集流体的铜箔和铝箔从粗碎料中分离回收出来，且粗筛分装置的筛上回收物料的排料口与回收装置一的进料口呈相互连通设置、粗筛分装置的筛下物料的排料口与细破碎装置的进料口呈相互连通装置；
细破碎装置主要用于对粗破碎料进行细破碎处理，使作为锂电池隔膜的铝塑膜与活性组分物质进行分离，且细破碎装置的进气口与抽真空装置的抽气口二呈相互连通设置、细破碎装置的出料口与细筛分装置的进料口呈相互连通设置；
细筛分装置主要用于将铝塑膜从细碎料中回收出来，细筛分装置的筛上回收物料的排料口与回收装置二的进料口呈相互连通设置、细筛分装置的筛下物料的排料口与铝浸出装置的进料口呈相互连通装置；
铝浸出装置内存储有氢氧化钠溶液，该氢氧化钠溶液主要用来溶解浸出铝资源，使钴和铝彻底分离，铝浸出装置内的铝溶解液的排料口与回收装置三的进料口呈相互连接设置，铝浸出装置内的含有钴和锂残渣的排料口与钴和锂浸出装置的进料口呈相互连通设置；
钴和锂浸出装置内存储有由硫酸和双氧水组成的酸溶解液，该酸溶解液主要用于溶解钴和锂，钴和锂浸出装置的钴和锂溶解液的排料口与金属萃取装置的进料口呈相互连通设置；
金属萃取装置内存储有萃取剂PC-88A，萃取剂PC-88A主要用于使钴和锂彻底分离，金属萃取装置的含有钴萃取液的排出口与回收装置四的进料口呈相互连通设置，金属萃取装置的含有锂沉淀物的排出口与回收装置五的进料口呈相互连通设置。
化学法处置废旧锂电池***的处理方法，参见图2，包括以下步骤：
S1.废旧锂电池的放电处理
将废旧锂电池从废旧锂电池存储装置传送至放电装置内，放电装置将废旧锂电池内残余的电量完全释放出来；
其中，放电装置将废旧锂电池内残余的电量完全释放出来的技术方案是为了解决废旧锂电池在破碎的过程中发生短路，造成危险的技术问题；
S2.废旧锂电池的粗破碎处理
将步骤S1中完全放电的废旧锂电池从放电装置传送至粗破碎装置内，抽真空装置先将粗破碎装置内的粗破碎腔抽成真空状态，粗破碎装置再在真空状态下对废旧锂电池进行粗破碎处理，使锂电池外壳与内芯进行分离，同时使集流体与正负极上的活性组分物质进行分离，制备得到粗破碎物料；
其中，粗破碎装置在真空状态下对废旧锂电池进行粗破碎处理的技术方案是为了解决锂电池负极上的金属锂有残余，残余的金属锂在潮湿的环境中或者空气中会发生剧烈氧化，从而发生燃烧或者***，产生安全隐患的技术问题；
S3.废旧锂电池中塑料、铝合金、铜箔和铝箔资源的回收处理
将步骤S2中制备的粗破碎物料从粗破碎装置传送至粗筛分装置内，粗筛分装置使塑料、铝合金、铜箔和铝箔与其他粗碎物料进行分离，被阻隔在粗筛分装置的过滤筛上方的塑料、铝合金、铜箔和铝箔被传送至回收装置一内实现回收目的，其他粗破碎物料则贯穿粗筛分装置的过滤筛的筛孔，被传送至细破碎装置内；
S4.剩余粗破碎物料的细破碎处理
抽真空装置先将细破碎装置内的细破碎腔抽成真空状态，细破碎装置再在真空状态下对剩余粗破碎物料进行细破碎处理，使铝塑膜与活性组分物质进行分离，制备得到细破碎物料；
细破碎装置在真空状态下对剩余粗破碎物料进行细破碎处理的技术方案是为了进一步解决锂电池负极上的金属锂有残余，残余的金属锂在潮湿的环境中或者空气中会发生剧烈氧化，从而发生燃烧或者***，产生安全隐患的技术问题；
S5.废旧锂电池中铝塑膜资源的回收处理
将步骤S4中制备的细破碎物料从细破碎装置传送至细筛分装置内，细筛分装置使铝塑膜与其他细碎物料进行分离，被阻隔在细筛分装置的过滤筛上方的铝塑膜被传送至回收装置二内实现回收目的，其他细破碎物料则贯穿细筛分装置的过滤筛的筛孔，被传送至铝浸出装置内；
S6.废旧锂电池中铝资源的回收处理
将铝浸出装置内的氢氧化钠溶液调节成质量分数为10-15％的氢氧化钠溶液，并加热到30-40℃，使步骤S5中得到的其他细破碎物料在上述氢氧化钠溶液中浸泡1-3h，细破碎物料中的铝溶解浸出在氢氧化钠溶液中，溶解在氢氧化钠溶液中的铝被传送至回收装置三内实现回收目的，其余含有钴和锂残渣的细破碎物料则被传送至钴和锂浸出装置内；
其中，氢氧化钠溶液调节成质量分数为10％的氢氧化钠溶液，并加热到30℃，这一技术方案能够使钴和铝实现较彻底的分离；
S7.废旧锂电池中钴和锂的溶解浸出处理
将钴和锂浸出装置内的酸溶解液配制成由2mol.L-1H2SO4和2-6vol％H2O2组成的酸溶解液，并加热到60-80℃，使步骤S6中得到的含有钴和锂残渣的细破碎物料在上述酸溶解液中浸泡2-4h，细破碎物料中的钴和锂溶解浸出在上述酸溶解液中，制备得到溶解浸出有钴和锂的酸溶解液；
其中，酸溶解液由2mol.L-1H2SO4和6vol％H2O2组成，且加热到60℃，这一技术方案使钴和锂的浸出溶解率均达到99％；
S8.废旧电池中钴和锂资源的回收处理
将步骤S7中制备的溶解浸出有钴和锂的酸溶解液传送至金属萃取装置内，将金属萃取装置内的萃取剂PC-88A配制成浓度为0.9-1mol.L-1、PH＝5.5-6的PC-88A萃取液，并加入到溶解浸出有钴和锂的酸溶解液中，萃取2-5h，酸溶解液中的钴被萃取到萃取液中，含有钴的萃取液被传送至回收装置四内实现回收目的，未进入到萃取液有机相中的锂则以碳酸锂形式沉淀出来，并被传送至回收装置五内实现回收目的；
其中，PC-88A萃取液的浓度为0.9mol.L-1且PH＝6时，钴的萃取率可达到100％。
Claims (1)
1.化学法处置废旧锂电池***，其特征在于：包括依次呈串联连接设置的废旧锂电池存储装置、粗破碎装置、粗筛分装置、细破碎装置、细筛分装置、铝浸出装置、钴和锂浸出装置与金属萃取装置；还包括与粗筛分装置呈相互连接设置的回收装置一、与细筛分装置呈相互连接设置的回收装置二、与铝浸出装置呈相互连接设置的回收装置三、与金属萃取装置呈相互连接设置的回收装置四和回收装置五；
其中，废旧锂电池存储装置的出料口与粗破碎装置的进料口呈相互连通设置，粗破碎装置的出料口与粗筛分装置的进料口呈相互连通设置，粗筛分装置的筛上回收物料的排料口与回收装置一的进料口呈相互连通设置、粗筛分装置的筛下物料的排料口与细破碎装置的进料口呈相互连通装置，细破碎装置的出料口与细筛分装置的进料口呈相互连通设置，细筛分装置的筛上回收物料的排料口与回收装置二的进料口呈相互连通设置、细筛分装置的筛下物料的排料口与铝浸出装置的进料口呈相互连通装置；
铝浸出装置内的铝溶解液的排料口与回收装置三的进料口呈相互连通设置，铝浸出装置内的含有钴和锂残渣的排料口与钴和锂浸出装置的进料口呈相互连通设置，钴和锂浸出装置的钴和锂溶解液的排料口与金属萃取装置的进料口呈相互连通设置，金属萃取装置的含有钴萃取液的排出口与回收装置四的进料口呈相互连通设置，金属萃取装置的含有锂沉淀物的排出口与回收装置五的进料口呈相互连通设置；
所述废旧锂电池存储装置的出料口与放电装置的进料口呈相互连通设置，放电装置的出料口与粗破碎装置的进料口呈相互连通设置；
所述粗破碎装置的进气口与抽真空装置的抽气口一呈相互连通设置；
所述细破碎装置的进气口与抽真空装置的抽气口二呈相互连通设置。
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