CN103858262B - 用于回收电池成分的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在回收密封电池的构成组分的方法中，电池最初被研磨以形成经研磨的原料。所述经研磨的原料被加热以形成干燥原料。所述干燥原料被筛分成粗粒部分和粉末部分，所述粗粒部分包括磁性部分和非磁性部分。所述粗粒部分和所述粉末部分被进一步振动地分离。所述磁性部分可以从粗粒部分中被磁性地提取，而所述粉末部分被输出。

Description

用于回收电池成分的方法和系统

背景技术

本发明涉及一种用于从干单元电池回收构成组分的方法和系统。

绝大多数的常用电池都是密封单元碱性电池。当其使用年限届满，这些电池被简单地丢弃，最终都进入已不堪重负的垃圾填埋处理场所。

用于回收碱性电池的构成组分的已知方法涉及机械地从电池单元去除外壳，然后通过化学处理以分离电池单元的剩余固体构成组分。电池单元的主要固体构成组分不同地包含碳、锌、钾和锰的化合物。

为达到这种目的而使用化学分离过程有几个问题。首先，在电池固体成分的价值相对较低的背景下，化学处理是昂贵的。其次，在应用化学分离过程中产生额外的化学污水废水，伴随的环境担忧又随之而来。

发明内容

提供一种回收密封电池原料的构成组分的方法。所述方法包括研磨原料以形成经研磨的原料；加热所述经研磨的原料以形成干燥的原料；把干燥的原料筛分成粗粒部分和粉末部分，粗粒部分包括磁性部分和非磁性部分；振动粗粒部分和粉末部分以把所述粗粒部分与所述粉末部分分离开；并从所述粗粒部分中磁性地提取所述磁性部分。

在一个实施例中，干燥原料的粉末部分包括氧化锌、二氧化锰和氢氧化钾。

在另一个实施例中，密封电池是含有汞的碱性电池，进一步包括在汞的沸点以下加热所述经研磨的原料，其中所述加热从经研磨的原料蒸发部分汞。

在又一实施例中，所述方法进一步包括强制空气在加热期间通过经研磨的原料以从经研磨的原料中冲洗汞蒸气。

所述方法可以进一步包括在洗涤器中分离汞蒸气。

在进一步的实施例中，所述方法还包括通过使强制空气形成旋涡以沉淀强制空气中所含的微粒。

在另一个实施例中，执行加热以实现干燥原料粉末部分的指定最大水分含量。

还提供了一种回收密封电池原料的构成组分的方法，所述密封电池至少包括汞构成组分。所述方法包括研磨所述原料以形成经研磨的原料；加热所述经研磨的原料以形成干燥原料，在汞的沸点以下执行所述加热，其中部分汞成分从干燥原料中蒸发；把所述干燥的原料筛分成粗粒部分和粉末部分，粗粒部分包括磁性部分和非磁性部分；振动粗粒部分和粉末部分以分离所述粗粒部分和所述粉末部分；并输出所述粉末部分。

还提供了一种用于从密封电池原料中回收构成组分的系统。所述系统包括研磨机，用于把密封电池研磨成经研磨的原料；烘箱，用于把所述经研磨的原料干燥成干燥原料，所述烘箱包括用于经研磨原料进入和干燥原料输出的传送机装置；筛分装置，用于接收干燥原料和分离干燥原料的粗粒部分和粉末部分，所述粗粒部分包括磁性部分和非磁性部分；从所述筛分装置接收干燥原料的振动装置，所述振动装置用于分离所述粗粒部分和所述粉末部分；和磁选机，用于从所述粗粒部分提取所述磁性部分。

在一个实施例中，所述振动装置包括振动筛网。

在另一个实施例中，所述系统还包括通常置于所述烘箱上方的洗涤器和旋流器，以及用于强制空气向上通过所述烘箱、所述旋流器和所述洗涤器的装置。

在另一个实施例中，所述系统还可以包括位于所述烘箱和洗涤器之间的至少一个微粒过滤器，所述至少一个微粒过滤器被配置成沉淀强制空气中所含的微粒。

附图说明

在图示了本发明示例性实施例的附图中，

图1是实施例中的用于密封电池构成组分回收的系统的示意图；和

图2是实施例中的用于密封电池构成组分回收的方法的流程图。

具体实施方式

从技术角度讲，电池是电单元电池的连接组。因此，一个9伏电池是一个真正的电池，然而，例如AAA到D容量的电池是单元电池。在本说明书中，术语电池作为通用术语用来表示和包括真正电池和单元电池这二者。

碱性圆柱形钮扣单元电池的中央芯是阳极，其包括氧化锌粉末在含有氢氧化钾电解质的凝胶中的分散体。这个芯由隔板包围，所述隔板可以是纤维素(纸)或合成聚合物(塑料)的非织造层。围绕所述隔板的是环形阴极，所述环形阴极是二氧化锰与碳(石墨)粉末的压缩浆料，所述碳(石墨)粉末用以增强单元电池内的导电性。阳极、隔板和阴极被密封在一个铁基壳体中，其通常是被拉伸的壳体。尽管一些碱性电池不含汞，但许多用过的碱性电池汞包含作为构成组分的汞。

来看图1，一种用于循环利用密封单元碱性电池的系统100具有：预研磨机102，用于预研磨原料，以使其密封不锈钢壳体破裂。接下来，所述电池可以进一步在二级研磨机103中研磨，然后向下游传送。传送机可以是具有梯格的链式传送机或带式传送机，协助把原料破碎成更均匀的材料给料流。

研磨机102、103被连接到烘箱104(诸如，通过传送机)，用以线性传输经研磨的原料到烘箱104。术语烘箱传送机(将在此被使用)指这种传输传送机通常在烘箱104的外壳或边界内行进的一部分。

经研磨的原料停留在烘箱传送机中的时间以及在烘箱104内设置的这个传送带的温度，基于原料特性和系统输出的粉末的期望属性来确定。

尽管烘箱104的温度可以根据需要修改，但所需或适当的加热时间随电池组成而变化，范围可以高达800°F。被加热的原料典型地可以在烘箱中停留3至25分钟，这再次取决于电池原料的类型。

更具体地，客户可以指定最大(或最小)的所需水分含量或干燥度，并且还可以指定粉末输出的最大汞含量。影响所需加热时间和温度的原料特性是电池单元的容量、单元电池的使用年限(较新的电池需要在较高温度下较慢地运行)、汞含量和电池类型。

尽管汞具有大约357℃的沸点，但即使在室温下它仍然是挥发性的，因此其在各种空气上升通道释放(off-gas)，以及在烘箱传送机上释放。

通过在高温下在水分和重金属去除系统中传送原料，原料被干燥，促进原料中汞蒸发，并且汞含量降低到显著较低水平。

经由传送机离开烘箱104的原料传递到筛子105。这把干燥原料的较粗粒部分与较细粉末部分分离开。粉末部分典型地包括氧化锌、二氧化锰和氢氧化钾成分的混合物。筛子可使用2至200的筛目尺寸，使得所述较细粉末部分通过筛网筛出。这种粉末部分可以这样被重新获得以作为在此所述方法的完结回收产物。

然后任何剩余粉末部分由振动给料器111给料到位于筛子205下游的附加振动器筛112，并被从振动筛112收集作为输出粉末113。筛子105的筛目尺寸可根据需要变化，只要其足够细以分离原料的粉末部分。根据最终产品的所需质量，典型地可以使用2至200筛目尺寸。

在碱性电池原料的情形下，典型地由氧化锌、二氧化锰和氢氧化钾构成的输出粉末可在肥料中使用，只要其汞含量已被充分地减小。采用题述系统，可以实现汞浓度降低到检测不到的水平。所有氧化锌、二氧化锰和氢氧化钾这三种化合物已证明是肥料的有用添加剂，但这还取决于土壤条件和土壤pH值。

所述较粗粒部分典型地包括磁性部分(经研磨的钢壳体)连同非磁性部分(黄铜，纤维素(纸)，石墨，和塑料)。这样的非磁性部分通常被称为尘块(fluff)。这种较粗粒部分最终传递到磁性分离器214，所述磁性分离器214可以是磁性轮。

无论客户如何要求，所述原料至少必须充分干燥，使得经研磨的成分在筛分器205被分离，在一实施例中，所述筛分器205使用80-2筛目尺寸的筛子，使得较细粉末部分通过筛网筛出，从而把其与经研磨原料的较粗粒部分分离。

仍然关于图1，每个烘箱104和筛子105都有与之相关联的空气上升通道。空气上升通道供给强制空气(诸如，由鼓风机所生成)至具有附连旋流器109的空气洗涤器108。真空源可被用来抽吸空气通过集尘器107到空气洗涤器108。集尘器107在强制空气流到达洗涤器108之前从中移除任何大微粒。空气洗涤器108还分离流动空气中的蒸气，在碱性电池原料的情形下，所述蒸气会包括从经研磨原料在烘箱104中蒸发的汞蒸气。空气洗涤器108可以是具有确保蒸气溶解度的pH值控制系统的文丘里洗涤器。在文丘里洗涤器的情形下，所述洗涤器本身作为真空源。旋流器使流动空气形成旋涡以除去夹带在流动空气中的任何湿粉或其他微粒固体，并释放出净化的空气流。在一替代实施例中，不是提供真空源来抽吸蒸气进入洗涤器，而是可以使用鼓风机用于此目的。

磁选机114从非磁性金属的非导电的构成组分(即，纸张、塑料和纤维)中提取干燥原料的磁性部分或磁性成分、磁性金属和导电成分(即，钢)。在一实施例中，磁选机114可以是磁性轮。然后所得到的两个输出流可以作为磁性输出115和非磁性输出116被回收。

被回收的钢可以用作钢铁工业中的铁碎料。从尘块中重新获得的纸和塑料可以被燃烧(例如，在烘箱104中)以获取能量。

所述用于碱性电池的相同过程也可以被用于任何碳锌、氯化锌、镁和锰电池。重新获得的粉末部分的构成会有所变化，这取决于形成所述原料的电池类型。然而，对于所有这些类型的电池，重新获得的粉末部分均可以在肥料中使用。

现关于图2，其描绘了在实施例中用于密封电池的构成组分的回收方法的流程图。

在步骤202，密封电池原料被提供到预研磨机102和／或研磨机103。在步骤203，经研磨的原料传输至烘箱104，以便按预定的时间与温度加热曲线图进行加热和干燥。在步骤207，使干燥原料过筛，以把粉末部分与干燥原料的较粗粒部分分离开。

步骤204可在步骤203期间应用到烘箱104、并且在步骤207期间应用到筛子105，步骤204包括强制空气流通过在步骤203、207正在被处理的原料。在步骤205，包含在强制空气中的固体微粒可以在集尘器107处被过滤。在步骤206，经过滤的空气流可以使用空气洗涤器108／旋流器109系统清洗，以捕获和分离在步骤203和207释放或蒸发的汞蒸气。

在步骤208，干燥原料被振动地筛分以进一步分离粉末部分和粗粒部分。粉末部分可以作为完结回收产物输出(在步骤212)。

在步骤210，干燥原料的磁性部分被使用磁选机114磁性地提取。

尽管到目前为止主要是以密封干碱性电池为背景讨论系统100和方法200，但可以预期的是：系统100和方法200可类似地应用于回收其它类型密封电池的构成组分。

举例来说，系统100和方法200可进行一些修改而被应用，以操作锂纽扣单元电池(即，代替碱性电池的可充电锂离子电池或锂聚合物电池)的原料。采用这种锂电池，其阳极由锂金属或锂化合物构成。阴极典型地由二氧化锰构成，并且电解质通常由碳酸丙烯酯和二甲氧乙烷中的高氯酸锂构成。

在这种情形下，对系统100和方法200的必要修改主要会是管理与锂离子电池原料相关联的燃烧的危险性(固然地，由于可能存在的电解质和化合物的更多的物理和化学活性性质而引起)。举例来说，应保持传送机烘箱204的温度低于纸的燃烧温度(约450°F)。

另外，当系统100采用碱性电池运行时，其中烘箱204的传送机以如上所述的低速和高温(以促进汞蒸发)运行，当采用锂电池运行时，烘箱204的传送机以中等的速度和温度(以避免锂和化合物燃烧)运行。当系统100以镍金属氢化物电池运行时，烘箱204的传送机可以以较高的速度和温度运行。

在这种改进的系统中，当锂离子电池经研磨且由传送机烘箱204传输时，锂化合物的释放传送到洗涤器208，在那里它们被分离。逸出洗涤器208的任何电解质和化合物以及任何挥发性有机化合物(VOC)可使用来自雾化器的雾化水液化，液化的锂化合物和VOC传送到储水箱中。雾化器和水箱中水的pH水平可以采用例如添加氢氧化钠至50％的浓度来控制，以确保任何气体在水中保持液化。任何排出的纸成分可以在其到达所述洗涤器208之前通过过滤获取，使得其不会妨碍所述洗涤器208运行。

在采用锂单元电池的情况下，在筛子205筛出的粉末将典型地是钴酸锂，但其可以根据特定锂离子电池的化学成分变化。这种粉末可以在涂料工业中使用。和以前一样，2至200筛目尺寸可适当限制这种粉末的污染。

由磁性分离器214(在一个实施例中为磁性轮)分离的磁性部分或者成分包括：不锈钢和磁性合金以及由不锈钢和磁性合金所捕获或者包含的任何铜。比重分离器可应用于分离在这种磁性成分内封装的非铁尘块，并且也把不锈钢、磁性合金和铜彼此分开。

在不背离以下权利要求范围的情形下，其他的修改对本领域技术人员将是显然的。

本申请要求2011年6月6日提交的美国专利申请(13／153，629)的利益，在此通过引用以其整体并入本文。

Claims (23)

1.一种回收密封电池原料的构成组分的方法，所述方法包括：

（a）研磨所述原料以形成经研磨的原料；

（b）加热所述经研磨的原料以形成干燥原料；

（c）把所述干燥原料筛分成粗粒部分和粉末部分，所述粗粒部分包括磁性部分和非磁性部分；

（d）传递所述粗粒部分至振动给料器以传送所述粗粒部分至磁性分离器，从而振动所述粗粒部分以便进一步从粗粒部分中分离出粉末部分；以及

（e）从所述粗粒部分中磁性地提取所述磁性部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述干燥原料的所述粉末部分包括氧化锌、二氧化锰和氢氧化钾。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述密封电池是含有汞的碱性电池，进一步包括在汞的沸点以下加热所述经研磨的原料，其中所述加热从所述经研磨的原料蒸发部分汞。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在加热期间强制空气通过所述经研磨的原料，以从所述经研磨的原料冲洗汞蒸气。

5.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在洗涤器中分离汞蒸气。

6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括通过使强制空气形成旋涡来沉淀强制空气中所含的微粒。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述密封电池是含有汞的碱性电池，进一步包括在汞的沸点以下加热所述经研磨的原料，其中所述加热从所述经研磨的原料蒸发部分汞。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在加热期间强制空气通过所述经研磨的原料，以从所述经研磨的原料冲洗汞蒸气。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在洗涤器中分离汞蒸气。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括通过使强制空气形成旋涡来沉淀强制空气中所含的微粒。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，执行所述加热以实现所述干燥原料的粉末部分的指定最大水分含量。

12.一种回收密封电池原料的构成组分的方法，所述密封电池至少包括汞构成组分，所述方法包括：

（a）研磨所述原料以形成经研磨的原料；

（b）加热所述经研磨的原料以形成干燥原料，所述加热在汞的沸点以下执行，其中部分汞成分从干燥原料蒸发；

（c）把所述干燥原料筛分成粗粒部分和粉末部分，所述粗粒部分包括磁性部分和非磁性部分；

（d）传递来自步骤（c）的粗粒部分至振动给料器，所述振动给料器将粗粒部分给料到振动筛以便进一步从粗粒部分中分离出粉末部分；以及

（e）输出所述粉末部分。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述干燥原料的粉末部分包括氧化锌、二氧化锰和氢氧化钾。

14.一种用于从密封电池原料中回收构成组分的系统，所述系统包括：

（a）研磨机，用于把所述密封电池研磨成经研磨的原料；

（b）烘箱，用于把所述经研磨的原料干燥成干燥原料，所述烘箱包括用于所述经研磨原料进入和所述干燥原料输出的传送机装置；

（c）筛分装置，用于接收所述干燥原料，并且分离所述干燥原料的粗粒部分和粉末部分，所述粗粒部分包括磁性部分和非磁性部分；

（d）振动装置，用于从筛分装置接收干燥原料，所述振动装置用于从粉末部分中分离出粗粒部分并且用于把粗粒部分传送至磁选机；以及

（e）磁选机，用于从所述粗粒部分中提取所述磁性部分。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述振动装置包括振动筛网。

16.根据权利要求14所述的系统，进一步包括用于接收所述粉末部分的粉末部分输出装置。

17.根据权利要求14所述的系统，进一步包括用于接收所述粗粒部分中的非磁性部分的粗粒部分输出装置。

18.根据权利要求15所述的系统，进一步包括用于接收所述粉末部分的粉末部分输出装置。

19.根据权利要求15所述的系统，进一步包括用于接收所述粗粒部分中的非磁性部分的粗粒部分输出装置。

20.根据权利要求16所述的系统，进一步包括用于接收所述粗粒部分中的非磁性部分的粗粒部分输出装置。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的系统，进一步包括通常置于所述烘箱上方的旋流器和洗涤器，以及用于强制空气向上通过所述烘箱、所述旋流器和所述洗涤器的装置。

22.根据权利要求21所述的系统，进一步包括位于所述烘箱和所述洗涤器之间的至少一个微粒过滤器，所述至少一个微粒过滤器被配置成沉淀强制空气中所含的微粒。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述振动给料器将粗粒部分给料到用于从粗粒部分中进一步分离出粉末部分的振动筛。