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"Procédé pour isoler la matière actiTe des autres matériaux entrant dans la composition des batteries d'accumulateurs"
L'invention concerne un procédé pour le traitement de batteries d'accumulateurs, en particulier de batteries au plomb, en vue de récupérer leurs matériaux constituants
Plus précisément, l'invention concerne un procédé permettant de séparer la matière active, quasiment à l'état de pureté et pratiquement dans sa totalité, des autres constituants de batteries hors d'usage ou de leurs éléments, cependant que ces matériaux restants sont obtenus dans des dimensions telles qu'ils puissent être facilement isolés par application d'un autre procédé ultérieur.
Le procédé de séparation conforme à la présenta invention est exécuté suivant des opérations qui comprennent un broyage
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contrôlé des batteries ou de leurs éléments et un criblage, ou une opération équivalente, des fragments obtenus, comme on le verra ci-après de façon plus détaillée.
Pour simplifier la description, il ne sera ci-après question que de batteries d'accumulateurs au plomb, mais il est sous-entendu que ce qui est ci-après indiqué à propos de ces batteries s'applique également à d'autres types de batteries, par applications de mesures appropriées et de modifications à la portée du spécialiste.
Comme on le sait, mis à part l'électrolyte qui, en général, est éliminé avant le traitement, les constituants principaux des batteries sont les suivants 1.- un récipient en forme de botte, en ébonite ou en divers autres matériaux, ci-après appelé le bac.
2.- des grilles-électrodes en alliage plomb-antimoine avec, à l'occasion, d'autres constituants mineurs.
3.- des jonctions électriques entre les grilles et avec des circuits extérieurs,exécutés en alliage plomb-antimoine.
Dans leur ensemble, les composants 2 et 3 seront ci-après désignés par l'expression "composants métalliques".
4.- la matière active, constituée d'oxyde de plomb et de sulfate de plomb.
5.- des éléments de séparation, généralement constitués de bois, de fibre de verre ou de résines synthétiques.
La récupération du plomb contenu dans les batteries, sous forme de matière active et de composants métalliques, conformément aux procédés connus, est effectuée : a) par traitement métallurgique direct des batteries en tant que telles; b) en séparant grossièrement, par un tri manuel coûteux, d'un côté les matières actives et les composants métalliques et, de l'autre côté, les fragments de bacs et d'éléments de
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séparation, puis en traitant métallurgiquement le mélange de la matière active et des composants métalliques.,
Les procédés du groupe a) présentent ces inconvénients que des substances non combustibles, par exemple les composés de métaux alcalino-terreux, contenus dans le bac à titre de remplissage, ralentissent le fonctionnement du four de fusion et que la teneur considérable en soufre du bac,
lorsqu'il est en ébonite, donne naissance à des sous-produits du plomb.
Tout en étant plus faciles à traiter, les procédés du groupe b) fournissent des rendements en plomb plus élevés et nécessitent moins de frais d'investissement que les procédés du type a); ils présentent néanmoins cet inconvénient d'exiger une main-d'oeuvre Importante.
En outre, les procédés du grcape a) et du groupe b) pré- sentent, les uns comme les autres, cet inconvénient grave qu'ils donnent lieu, pendant la fusion du métal, à un alliage plomb- -antimoine qui contient entre 2 à 4 % en poids d'antimoine.
Cet alliage ne peut pas être utilisé pour la fabrication de grilles, laquelle démode des alliages à 4-8 % d'antimoine, ni pour la préparation de l'oxyde de plomb, qui nécessite du plomb pur.
Cet état de choses dépend du fait qu'il n'est pas posai* ble en pratique de séparer complètement, par un procédé indus- triel, une matière active quasiment pure à l'aide des procédés ' et des appareillages (par exemple broyeurs à mâchoires, marteaux- broyeurs, etc) utilisés jusqu'à maintenant pour broyer les bat- teries. Cela provient de ce que ces procédés et appareils con- nus effectuent un broyage sans discrimination des différents matériaux constituants les batteries et que, par conséquent, il est impossible de les séparer, par exemple par une simple opération de criblage.
Or il a été découvert qu'il est possible d'éliminer ces
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inconvénients en appliquant un nouveau procédé industriel et à l'aide d'appareillages faciles à réaliser et qui, au lieu de séparer la matière active en même temps que les composants métalliques, permettent la séparation de la matière active seule.
En conséquence, le premier but de la présente invention est de réaliser un procédé permettant de séparer pratiquement en totalité la matière active sensiblement pure, des autres composants des batteries*
D'autres buts consistent à réaliser un procédé qui : - permette une automatisation complète de l'opération de broyage des batteries, tout en fournissant les différents composants de ces batteries en des dimensions sensiblement différentes, ce qui permet d'atteindre le premier but ci-dessus mentionné, tout en évitant les restrictions fâcheuses des procédés du type a) ainsi que les opérations coûteuses de tri manuel impliquées par les procédés du type b);
permette une récupération presque totale des composants métal- liques obtenus sous forme de mélange avec les composants non
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>V3',:rXl¯X#3.OG* à 1* exclusion de la. matière active; "- ûvi/m 1 broyage sans discrimination de ces composants à par- tir desquels la matière active a été complètement extraite ou presque ; - fournisse, par fusion séparée de la matière active et des com- posants métalliques, un plomb dont la teneur en antimoine est de 1 % environ ou moins, facilement exploitable, et un alliage plomb-antimoine dont la teneur en antimoine est approximativement la même que celle des composants métalliques des batteries.
Un autre but de l'invention est de réaliser des appareil- lages appropriés pour la mise en oeuvre du procédé.
Ces buts, ainsi que d'autres, sont atteints par l'invention, comme tout spécialiste le constatera aisément à partir de la description suivante. Il a été découvert que pour réaliser les
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buts de la présente invention,il est nécessaire de soumettra les batteries ou leurs éléments à une action mécanique consis- tant en une succession de coups, dont l'intensité et le nombre sont contrôlés de façon à détacher pratiquement la totalité de la matière activa, principalement sous forme de poudre ou de fins granulés,tandis que les matériaux restants sont obtenus en fragments ou en particules dont la grosseur est nettement su- périeure à celles des matières actives.
Le degré d'intensité des coups s'exprima par la valeur de l'énergie cinétique du mouve- ment relatif dû batteries par rapport aux parois ou du mouve- ment relatif de masses pesantes par rapport aux batteries; cette énergie se transformant en travail de rupture, de séparation, de déformation, etc.,.
Le mouvement relatif des batteries par rapport aux parois, ou des masses plantes par rapport aux batteries peut être obte- nu en mettant en mouvement les batteries seules, ou les parois seules, ou les messes pesantes, ou encore les batteries et les parois à la fois. A titre de masses pesantes, on peut également utiliser-, en totalité ou en partie, d'autres batteries ou d'au- tras éléments de batteries, également soumis à ce traitement.
Il a été découvert qu'il est très largement préférable de réduire l'intensité des coups tandis que l'opération approche de son achèvement.
Ainsi, en faisant varier graduellement l'intensité des coups, il est possible d'éviter convenablement l'effritement des composants métalliques et non métalliques qui, autrement, traverseraient les trous du crible, altérant la matière active.
Si les coups sont engendrés, par exemple par la chute libre de batteries sur des parois, la hauteur de chute peut être progres- sivement réduite pendant que l'opération approche de son achève- ment; ou bien des dispositions sont prises pour que les coups successifs se produisent avec interposition de matériaux rela-
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tivement tendues, ou sur des parois moins rigides; dans certains cas, on peut adopter simultanément l'une et l'autre de ces mesures.
Quoi qu'il en soit, il est entendu que le broyage des bacs peut être aussi réalisé en une phase préalable et distincte de celles par lesquelles la matière active est détachée et sépa- rée des autres constituants; par ailleurs, ces deux dernières phases peuvent âtre réalisées en même temps ou séparément.
En outre, il est évident pour tout spécialiste qu'au lieu 4'effectuer la séparation de la matière active par un criblage, il est également possible d'utiliser, sans sortir du cadre de l'invention, d'autres procédés connus de séparation, par exemple ceux qui utilisent un courant liquide.
Il est ci-après décrit certains appareils qui conviennent pour la réalisation du procédé conforme à la présente invention.
A - La figure 1 est une coupe longitudinale et verticale d'un apparel broyeur à tambour équipé de cribles à son extrémité;
La figure 2 est une coupe selon la ligne Y-Y de la figure 1.
L'appareil est constitué par le cylindre 1, dont l'axe est incliné de deux degrés environ sur l'horizontale, en direc- tion de l'orifice de décharge 2; les batteries sont introduites par l'orifice de charge 3.
Le tambour est équipé de couronnes externes 4 et 5, qui tournent sur des galets 6 et 7; les galets 6, entraînés par un moteur non représenté, mettent le tambour en rotation.
Intérieurement, le tambour est muni d'ailes longitudinales D qui, pendant la rotation, soulèvent les batteries ou leurs éléments et les font retomber d'une hauteur pratiquement constante sur la. paroi inférieure du tambour. Le tambour est également muni d'une spirale 9, exécutée en fers plats, qui débute à pro- xi mi té de l'orifice de charge du tambour et s'étend sur une
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certaine longueur.
Cette spirale augmente la vitesse d'entraînement des matériaux au niveau et au voisinage de la bouche de charge, permettant ainsi aux batteries de tomber sur des parois qui sont dépourvues ou presque de batteries ou de leurs éléments L'extrémité de décharge de la paroi du tambour comporte des ori- fiées ou troua, dont le diamètre est compris entre 2 et 30 mm, en vue de séparer la matière active. Le nombre des coups est déterminé, entre autres, par la longueur du tambour et par sa vitesse de rotation, tandis que l'intensité des coups est fonc- ! tion du diamètre du tambour. Le nombre de coups auxquels les matériaux sont soumis pendant leur séjour dans le tambour peut varier de 20 à 100 ou davantage.
Pour régler l'intensité des coups dans les appareils de ce tyr on peut laisser se former un lit de matériaux broyés, dont l'épaisseur augmente en direction de la décharge du tambour et qui devient de plus en plus tendre, ou bien on peut répartir de façon convenable, à l'intérieur du tambour, des corps munis de saillies ou d'angles vifs, ou encore réduire le diamètre du tambour qui prend ainsi la forme d'un tronc de cana ou d'une pyramide tronquée en direction de l'orifice de décharge.
Il est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux appareils décrits : par exemple, l'axe de rotation du tambour peut être horizontal et l'entraînement des matériaux peut s'effectuer sous l'effet de jets d'eau, auquel cas on obtient simultanément une séparation de la matière active détachée et on facilite son détachement.
Avec un appareil du type représenté sur les figures 1 et 2, de 2 m de diamètre, alimenté en batteries d'automobiles hors d'usage, on a pu obtenir une séparation pratiquement complète de matière active sous forme d'une poudre sensiblement pure ; en outre, la grosseur moyenne des composants métalliques et des morceaux d'ébonite et/ou des autres matériaux déchargés du
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tambour% était comprise entre 4 et 12 cm et prédominait à 8 cm.
B - Un autre appareil approprié pour réaliser le procédé de l'invention est essentiellement constitué par une bande trans- porteuse munie d'éléments de dessous rigides qui se déplace entre deux flancs robustes fixes.
Au cours de leur déplacement, les batteries chargées sur la bande transporteuse sont frappées par des masses pesantes, puis soulevées. Des dispositions sont prises pour que le poids ou la hauteur de chute de ces masses, ou encore l'un et l'autre, décroissent progressivement au fu- et à mesure de l'opération de broyage. La fréquence des coups est proportionnelle à la vitesse d'avance de la banae transcrteuse, de sorte que chaque batterie ou ses éléments reçoit en moyenne le nombre prédéter- :miné de coups, d'intensité convenable et variable. Les matériaux broyas sont ensuite envoyés sur un crible à trous de 8 mm de diamètre, de sorte que la matière active est séparée des maté- riaux restants.
C - L'appareil est essentiellement constitué par une bande transporteuse qui se déplace entre des flancs robustes, dont los parois sont segmentées et mobiles selon un mouvement de 'va.-et-vient perpendiculaire à la direction d'avance de la bande.
Tout en progressant, les batteries chargées sur la bande e sont frappées par les segments mobiles dont le mouvement alternatif est proportionnel à la vitesse d'avance de la bande, de sorte que chaque batterie est soumise à un nombre convenable de coups qui brisent le bac et détachent la matière active pulvéru# lente, laquelle est ensuite séparée par criblage, par sédimentation ou par un quelconque procédé équivalent.
D - L'appareil est essentiellement constitué par un crible oscillant ou vibrant qui est équipé de flancs segmentés mobiles analogues à ceux de l'appareil décrit en C. Le broyage de la cuve des batteries, le détachement et la pulvérisation de la
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matière active se poduisent de même que dans l'exemple précédent Cette différence que dans ce cas la séparation de la matière active se produit pendant l'opération de broyage.
Gomme on l'a déjà mentionné, les matériaux quasiment débarrassés de matière active sont déchargés, à partir des appareils broyeurs de la présente invention, dans des grosseurs qui facilitent la séparation ultérieure des composants métalliques et non métalliques.
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"Process for isolating active matter from other materials used in the composition of accumulator batteries"
The invention relates to a method for the treatment of accumulator batteries, in particular lead-acid batteries, with a view to recovering their constituent materials.
More specifically, the invention relates to a process for separating the active material, almost in the state of purity and practically in its entirety, from the other constituents of end-of-life batteries or their elements, while these remaining materials are obtained. in dimensions such that they can be easily isolated by application of another subsequent method.
The separation process according to the present invention is carried out by operations which include grinding.
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controlled batteries or their elements and a screening, or an equivalent operation, the fragments obtained, as will be seen below in more detail.
To simplify the description, only lead-acid accumulator batteries will be discussed hereinafter, but it is understood that what is indicated below with regard to these batteries also applies to other types of batteries. batteries, by application of appropriate measures and modifications within the reach of the specialist.
As is known, apart from the electrolyte which, in general, is eliminated before the treatment, the main constituents of the batteries are as follows: 1.- a container in the shape of a boot, made of ebonite or various other materials, here- after called the bac.
2.- lead-antimony alloy grid-electrodes with, on occasion, other minor constituents.
3.- electrical junctions between the grids and with external circuits, executed in lead-antimony alloy.
As a whole, components 2 and 3 will hereinafter be referred to by the expression “metallic components”.
4.- the active material, consisting of lead oxide and lead sulphate.
5.- separating elements, generally made of wood, fiberglass or synthetic resins.
The recovery of the lead contained in the batteries, in the form of active material and metallic components, in accordance with known methods, is carried out: a) by direct metallurgical treatment of the batteries as such; b) by roughly separating, by an expensive manual sorting, on one side the active materials and the metallic components and, on the other side, the fragments of bins and elements of
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separation, followed by metallurgical treatment of the mixture of the active material and the metallic components.,
The processes of group a) have the disadvantages that non-combustible substances, for example alkaline earth metal compounds, contained in the tank as a filler, slow down the operation of the melting furnace and the considerable sulfur content of the tank ,
when made of ebonite, gives rise to lead by-products.
While being easier to process, the processes of group b) provide higher lead yields and require less investment costs than the processes of type a); they nevertheless have the disadvantage of requiring a significant workforce.
In addition, the processes of grcape a) and of group b) both have the serious drawback that they give rise, during the melting of the metal, to a lead-antimony alloy which contains between 2 at 4% by weight of antimony.
This alloy cannot be used for the manufacture of grids, which demode 4-8% antimony alloys, nor for the preparation of lead oxide, which requires pure lead.
This state of affairs depends on the fact that it is not possible in practice to completely separate, by an industrial process, an almost pure active material by means of the processes and equipment (for example grinders). jaws, hammer crushers, etc.) used until now for crushing drums. This arises from the fact that these known methods and apparatus effect indiscriminate grinding of the different materials constituting the batteries and that, consequently, it is impossible to separate them, for example by a simple screening operation.
However, it has been discovered that it is possible to eliminate these
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drawbacks in applying a new industrial process and using equipment that is easy to produce and which, instead of separating the active material at the same time as the metallic components, allow the separation of the active material alone.
Consequently, the first aim of the present invention is to provide a process which makes it possible to separate practically all the substantially pure active material from the other components of the batteries *
Other goals consist of achieving a process which: allows complete automation of the battery crushing operation, while providing the different components of these batteries in substantially different dimensions, which makes it possible to achieve the first goal. above-mentioned, while avoiding the unwelcome restrictions of type a) processes as well as the costly manual sorting operations involved by b) type processes;
allows an almost total recovery of the metal components obtained in the form of a mixture with the components not
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> V3 ',: rXl¯X # 3.OG * to 1 * excluding the. active ingredient; "- ûvi / m 1 indiscriminate grinding of those components from which the active material has been completely or almost completely extracted; - provides, by separate melting of the active material and the metallic components, a lead with a content of antimony is about 1% or less, easily exploitable, and a lead-antimony alloy whose antimony content is approximately the same as that of the metal components of batteries.
Another object of the invention is to produce suitable apparatus for carrying out the method.
These and other objects are achieved by the invention, as any specialist will easily see from the following description. It was discovered that to achieve the
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Objects of the present invention, it is necessary to subject the batteries or their cells to a mechanical action consisting of a succession of blows, the intensity and number of which are controlled so as to detach practically all of the active material, mainly in the form of powder or fine granules, while the remaining materials are obtained in fragments or particles whose size is considerably larger than those of the active ingredients.
The degree of intensity of the blows was expressed by the value of the kinetic energy of the relative movement of the batteries with respect to the walls or of the relative movement of heavy masses with respect to the batteries; this energy being transformed into work of rupture, separation, deformation, etc.,.
The relative movement of the batteries with respect to the walls, or of the plant masses with respect to the batteries can be obtained by setting in motion the batteries alone, or the walls alone, or the heavy masses, or even the batteries and the walls at the same time. times. As heavy masses, it is also possible to use, in whole or in part, other batteries or other battery cells, also subjected to this treatment.
It has been found that it is much better to reduce the intensity of the blows as the operation nears completion.
Thus, by gradually varying the intensity of the blows, it is possible to properly avoid the spalling of metallic and non-metallic components which would otherwise pass through the holes of the screen, spoiling the active material.
If the blows are caused, for example by the free fall of batteries on walls, the height of fall may be gradually reduced as the operation nears completion; or arrangements are made for successive blows to occur with the interposition of relative materials.
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very tight, or on less rigid walls; in some cases, both of these measures can be adopted simultaneously.
In any event, it is understood that the grinding of the tanks can also be carried out in a preliminary phase and distinct from those by which the active material is detached and separated from the other constituents; moreover, these last two phases can hearth carried out at the same time or separately.
In addition, it is obvious to any specialist that instead of carrying out the separation of the active material by screening, it is also possible to use, without departing from the scope of the invention, other known separation methods. , for example those which use a liquid stream.
Some apparatuses which are suitable for carrying out the process according to the present invention are described below.
A - Figure 1 is a longitudinal and vertical section of a drum crusher apparatus equipped with screens at its end;
Figure 2 is a section along the line Y-Y of Figure 1.
The apparatus consists of cylinder 1, the axis of which is inclined approximately two degrees to the horizontal, in the direction of the discharge port 2; the batteries are introduced through the charging port 3.
The drum is equipped with outer rings 4 and 5, which rotate on rollers 6 and 7; the rollers 6, driven by a motor not shown, set the drum in rotation.
Internally, the drum is provided with longitudinal wings D which, during rotation, lift the batteries or their elements and make them fall from a practically constant height on the. lower wall of the drum. The drum is also provided with a spiral 9, made of flat irons, which begins near the loading orifice of the drum and extends over a
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certain length.
This spiral increases the speed of material entrainment at and in the vicinity of the charging port, thereby allowing the batteries to fall on walls which are or have little or no batteries or their cells. The discharge end of the wall of the The drum has orifices or holes, the diameter of which is between 2 and 30 mm, in order to separate the active material. The number of strokes is determined, among other things, by the length of the drum and its speed of rotation, while the intensity of the strokes is determined! tion of the drum diameter. The number of hits to which the materials are subjected during their stay in the drum can vary from 20 to 100 or more.
To regulate the intensity of the blows in the devices of this tyr, a bed of crushed material can be left to form, the thickness of which increases in the direction of the discharge of the drum and which becomes more and more tender, or we can distribute suitably, inside the drum, bodies provided with protrusions or sharp angles, or else reduce the diameter of the drum which thus takes the form of a cana trunk or a truncated pyramid in the direction of the 'discharge port.
It is obvious that many modifications can be made to the devices described: for example, the axis of rotation of the drum can be horizontal and the entrainment of the materials can take place under the effect of water jets, in which case one At the same time, separation of the detached active material is obtained and its detachment is facilitated.
With an apparatus of the type shown in Figures 1 and 2, 2 m in diameter, supplied with spent automobile batteries, it was possible to obtain a practically complete separation of active material in the form of a substantially pure powder; in addition, the average size of the metal components and pieces of ebonite and / or other materials discharged from the
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drum% was between 4 and 12 cm and predominated at 8 cm.
B - Another suitable apparatus for carrying out the method of the invention consists essentially of a conveyor belt provided with rigid bottom elements which moves between two fixed robust sides.
During their movement, the batteries charged on the conveyor belt are struck by heavy masses, then lifted. Arrangements are made so that the weight or the height of fall of these masses, or even both, gradually decreases as the grinding operation progresses. The frequency of the blows is proportional to the speed of advance of the transcrteuse bank, so that each battery or its elements receives on average the predetermined number of blows, of suitable and variable intensity. The ground material is then sent to a screen with 8 mm diameter holes, so that the active material is separated from the remaining material.
C - The apparatus is essentially constituted by a conveyor belt which moves between sturdy sides, the walls of which are segmented and movable in a reciprocating movement perpendicular to the direction of advance of the belt.
While advancing, the batteries charged on the strip e are struck by the movable segments whose reciprocation is proportional to the speed of advance of the strip, so that each battery is subjected to a suitable number of blows which break the tank. and loosen the slow pulverized active material, which is then separated by screening, sedimentation or any equivalent method.
D - The device is essentially constituted by an oscillating or vibrating screen which is equipped with mobile segmented sides similar to those of the device described in C. The grinding of the battery tank, the detachment and the pulverization of the
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active material are poduire as in the previous example This difference that in this case the separation of the active material occurs during the grinding operation.
As has already been mentioned, the materials virtually free of active material are discharged, from the grinding apparatuses of the present invention, in sizes which facilitate the subsequent separation of the metallic and non-metallic components.