CN106269233B - 一种分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法，该方法采用固液配比、混合搅拌、添加表面活性剂、湿式磁选、粉末收集和溶液回流等措施。通过利用混合粉末中磁性粉末和非磁性粉末在磁场中所受合力不同，运动方向不同，进行分离与筛选。固液配比是将固体混合粉末和液体按指定的量配比加入配比池，使其可达到最佳回收率的混合液。混合搅拌可以提高固体粉末在液体的分散度，提高回收率。表面活性剂的添加能够增加粉末的亲水性，提高磁性粉末的回收纯度。湿式磁选能通过纯物理的方法分离磁性粉末和非磁性粉末，而溶液回流可以解决整套工业耗水量大的缺点，提高水资源利用率。整套工艺无需化学添加剂，无额外产物产生，对环境友好，流程少，操作简单，回收效率高，有利于工业应用实践。

Description

一种分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法

技术领域

本发明涉及混合粉末中磁性物质和非磁性物质的分离回收工作，属于环境保护领域中的资源化领域。

背景技术

我国锂离子电池因为更新换代迅速和寿命较短而废弃日益严重，锂离子电池经过破碎等预处理会产生磁性粉末，如含钴、镍、锰等来自电池正极材料，与非磁性粉末，如石墨等来自电池负极材料的混合物。如果能够有效分离富集其中的磁性粉末，产生的价值不可估量。

目前，传统技术偏向于用酸浸、化学沉淀、溶剂萃取等化学方法对磁性与非磁性混合粉末进行分离富集。它们存在着化学添加剂和废酸废液产生的缺点，如：

中国发明专利《一种从废旧锂电池回收有价金属的方法》(张永祥，专利号201010262198.2)，公开了一种从废旧锂电池回收有价金属的方法，是将机械破碎后的废旧锂电池经过火法高温350℃-400℃煅烧，得到含钴、铜和铝的物料，之后加入碱液除铝，再利用硫酸与萃取剂除铜。碱液除铝过程中释放大量气体对操作人员产生危害，将破碎的废旧锂电池直接进行高温煅烧，浪费了负极石墨材料，大量商业萃取剂的使用增加了工艺成本投入。

中国专利发明《废旧钴酸锂锂离子电池正负极残料资源化方法》(王光旭、李佳，专利号201510017033.1)，公开了一种处理废旧锂电的新型方法，该方法通过机械破碎，高温无氧焙烧，和湿式磁选的流程处理废弃锂电池。该方法使用的湿式磁选机无型号要求，整个流程存在步骤复杂，操作困难，用水量大的缺点。

当前对混合粉末的回收工艺主要为酸浸和溶剂萃取联用的工艺，往往会添加大量化学试剂，产生大量高浓度的化学酸碱废液，带来二次污染，商用萃取剂造成处理成本的提高。其回收目标混合物粒径大，回收效率低。而非传统工艺则存在着流程复杂，用水量大，回收率低的缺点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法。区别于传统磁选机的对磁性大颗粒的去除，对非磁性大颗粒的选择，本方法不仅仅可以选出非磁性粉末，还可以富集磁性粉末，甚至可以分离富集超细粉末。

本发明的技术解决方案如下：

一种分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法，采用混合搅拌、添加表面活性剂、湿式磁选、粉末收集和溶液回流等措施，通过利用混合粉末中不同粉末的磁性特点实现对磁性粉末的富集。具体步骤如下：

步骤一、固体混合粉末和液体按指定的量配比加入搅拌及表面改性装置，进行搅拌。

步骤二、在步骤一搅拌过程中加入表面活性剂，增强固体粉末的亲水性，使固体粉末更加充分的分散在溶液中，提高固液混合均匀度。

步骤三、对步骤二中的混合液进行半逆流式磁选机湿式磁选，使磁性粉末与非磁性粉末分离。

步骤四、磁性粉末被喷淋装置冲刷到磁性粉末收集筒中，非磁性粉末与溶液排入过渡池静置，过渡池中的沉淀物为非磁性粉末。

步骤五、过渡池中的上清液进行回流，可再次作为溶液进行步骤一操作。

优选地，固液配比磁性粉末为钴、镍、锰等电池正极材料处理后的粉末、非磁性粉末为石墨粉时，其最固液比数值为2g/L，当目标磁粉末为其他磁性与非磁性混合粉末时，其最固液比数值为1g/L～4g/L。

优选地，表面活性剂可以选择烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠或碳酸氢钠。

本发明方法的工作原理：磁性粉末和非磁性粉末在磁场中所受力不同，运动方向不同，进行分离与筛选。

另一方面，本发明提供一种用于回收超细混合粉末中磁性粉末的半逆流式磁选装置，包括：搅拌及表面改性装置、分选机构、磁滚轮、驱动装置和喷淋装置；所述搅拌及表面改性装置通过连接管道与分选机构相连，且搅拌及表面改性装置位于分选机构的上方，使得固液混合物在重力作用下流入分选机构，所述磁滚轮固定在所述分选机构的内部上方，使得磁性粉末在磁力的作用吸附在磁滚轮上，实现磁性粉末和非磁性粉末的分离，所述驱动装置与磁滚轮啮合，进而带动磁滚轮，使磁性粉末移动到分选机构的后端，所述喷淋装置放置在所述磁滚轮的后端上方，用于将吸附在磁滚轮上磁性粉末冲刷下来，实现磁性粉末的回收。

所述的搅拌及表面改性装置包括具有搅拌桨的搅拌桶、连接管道和表面改性剂加注口，所述表面改性剂加注口分布在所述搅拌桶的顶部，所述连接管道固定在搅拌桶的底部。

所述的分选机构包括分选槽、非磁性粉末收集筒、非磁性粉收集管道、磁性粉收集管道和磁性粉末收集筒；所述分选槽的底部中部下方通过连接管道连接所述搅拌及表面改性装置，所述分选槽的前部下方通过非磁性粉收集管道与非磁性粉末收集筒相连，所述分选槽后端设有磁性粉收集管道，该磁性粉收集管道的正下方放置所述的磁性粉末收集筒。宽大的分选机构可以降低液体流通阻力，提高磁选机处理速度。

所述的磁滚轮包括从动盘、滚筒、中心轴、连接杆和磁系；所述中心轴的一端依次穿过滚筒和从动盘的中心孔，固定在所述分选槽上，另一端穿过所述磁系固定在所述分选槽上，所述连接杆连接所述的从动盘和滚筒。

所述中心轴与磁系相连的一端为六边柱形，确保固定磁系，所述磁系中设有六组磁条，使磁力包角在20°～120°可调，相邻磁极相反，能形成磁翻作用，提高磁粉回收率。

所述滚筒的外壳采用橡胶材料。

所述的喷淋装置包括挂钩、喷淋头、喷嘴进水管和喷孔；所述挂钩的上部可固定于外接机架上，下部与喷淋头连接，该喷淋头上设置有喷嘴进水管和喷孔。

所述的喷孔的孔径为0.3mm～0.6mm，使喷孔中水流速度达到0.25～0.1m/s，保证磁滚轮上粘附的磁性粉末被水流冲刷下来。

所述的驱动装置包括驱动杆、驱动杆外接壳、驱动杆固定螺母和驱动杆支柱；所述驱动杆固定螺母将驱动杆支柱固定在驱动杆与驱动杆外接壳上，由外接电机连接驱动杆，带动驱动装置。

所述的半逆流式磁选装置由五个装置一体化组成，环环相扣，能够分离富集粒径区间在100um以下的磁性粉末。

与现有技术相比，本发明方法具有如下的有益效果：

1)为纯物理过程，无额外产物产生，对环境友好。

2)整套工艺流程少，操作简单，回收效率高，有利于工业应用实践，例如回收工业处理锂电池后产生的磁性与非磁性粉末的混合物。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a为本发明用于回收超细混合粉末中磁性粉末的半逆流式磁选装置的结构示意图；

图1b为本发明用于回收超细混合粉末中磁性粉末的半逆流式磁选装置的后视图；

图2a为本发明中搅拌及表面改性装置的结构示意图；

图2b为本发明中搅拌桨的结构示意图；

图3a为本发明中的分选机构的结构示意图；

图3b为本发明中的分选机构的正视图；

图4a为本发明中的磁滚轮的部分结构示意图；

图4b为本发明中的磁滚轮的剖视图；

图5为本发明中的驱动装置的结构示意图；

图6为本发明中的喷淋装置示意图；

图7为磁性粉末回收纯度与固液比关系图。

图8为本发明分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法的流程图；

图中，1为搅拌及表面改性装置，2为分选机构，3为磁滚轮，4为驱动装置，5为喷淋装置；6为搅拌桨，7为搅拌桶，8为连接管道，9为表面活性剂加注口，10为分选槽，11为非磁性粉末收集筒，12为非磁性粉收集管道，13为磁性粉收集管道，14为磁性粉末收集筒，15为从动盘，16为滚筒，17为中心轴，18为连接杆，19为磁系，20为驱动杆，21为驱动杆外接壳，22为驱动杆固定螺母，23为驱动杆支柱，24为挂钩，25为喷淋头，26为喷嘴进水管，27为喷孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例中的半逆流式磁选装置由五部分构成：搅拌及表面改性装置1、分选机构2、磁滚轮3、驱动装置4和喷淋装置5；其中搅拌及表面改性装置1与分选机构2由连接管道8相连，搅拌及表面改性装置1置于分选机构2上方，分选机构2与磁滚轮3由中心轴17相连，磁滚轮3置于分选槽10的上方，磁滚轮3与驱动装置4由从动盘15相连，喷淋装置5置于磁滚轮3的后端上方可固定于机架上。

所述的半逆流式磁选装置的搅拌及表面改性装置如图2所示，由搅拌桨6、搅拌桶7、连接管道8和表面改性剂加注口9组成；表面改性剂加注口9设置在搅拌桶7顶部，连接管道8设置在搅拌桶7底部；在搅拌桶7中待分选物料与溶液及表面改性剂由搅拌桨6搅拌混合，确保超细固体粉末在溶液中分散均匀，提高磁性粉末回收率与纯度。

所述的半逆流式磁选装置的分选机构如图3所示，由分选槽10、非磁性粉末收集筒11、非磁性粉收集管道12、磁性粉收集管道13和磁性粉末收集筒14组成；分选槽10底部正下方由通道连接搅拌装置1，分选槽10前部下方连接非磁性粉收集管道12，非磁性粉收集管道12与非磁性粉末收集筒11相连，分选槽10后端设置磁性粉收集管道13和磁性粉末收集筒14；由于重力作用，固液混合物通过管道进入分选槽10进行磁力分选，磁滚轮3逆时针转动，磁性粉末由磁力作用吸附在磁滚轮上移动到后端被喷淋水冲刷到磁性粉收集管道13被磁性粉末收集筒14收集，非磁性粉末由重力作用聚集在分选槽底部由非磁性粉收集管道12排出被非磁性粉末收集筒11收集。

所述的半逆流式磁选装置的磁滚轮如图4与图5所示，由为从动盘15，滚筒16，中心轴17，连接杆18，磁系19组成；从动盘15由连接轴18与滚筒16相连，磁系19由中心轴17固定位置，中心轴17连接磁系19部分设计为六边柱，确保固定磁系19部件，磁系中设置六组磁条使磁力包角在20°～120°可调，相邻磁极相反，能形成磁翻作用，提高磁粉回收率，中心轴17设置在分选槽10圆心位置，中心轴17从动盘15中心穿过；磁滚轮3拼接时，其顺序依次为从动盘15、滚筒16、连接杆18、中心轴17、磁系19。当从动盘15在驱动装置4的带领下转动时，从动盘15会施加力在连接杆18上，从而使连接杆18绕中心轴17转动，滚筒16同步受到驱动而发生旋转运动，而中心轴17因为处在从动盘15中心，因此不会受到力的作用而发生旋转。为了保证中心轴17的固定，其两侧用螺丝固定。滚筒16的外壳采用橡胶。

所述的半逆流式磁选装置的驱动装置如图5所示，由驱动杆20，驱动杆外接壳21，驱动杆固定螺母22，驱动杆支柱23组成；驱动杆固定螺母22将驱动杆支柱23固定在驱动杆20与驱动杆外接壳21上，由外接电机连接驱动杆20，带动驱动装置4，电机可以调节功率，从而改变磁滚轮的转速，使磁选机适应不同磁性粉末的回收要求。

所述的半逆流式磁选装置的喷淋装置如图6所示，由挂钩24，喷淋头25，喷嘴进水管26，喷孔27组成；挂钩24可固定于外接机架上，挂钩24与喷淋头25连接，一组挂钩可链接多组喷淋头，喷淋头25上设置喷嘴进水管26和喷孔27，每个喷淋头设置10～20个喷孔用于调节喷出水流速度以适应不同磁力物料的冲刷；喷淋头25设置于磁滚轮3后方，磁性粉收集管道13上方，喷孔27出水能将吸附在滚筒16表面的磁性粉末冲刷下来，并经由磁性粉收集管道13收集到磁性粉收集筒14中，提高磁选机对磁性粉末收的回收率。

锂离子电池处理后产生的电极粉末为钴粉与石墨的混合粉末，将混合粉末按2g/L的固液比投入搅拌及表面改性装置1，如图7所示，2g/L的固液比下，磁性粉末的回收纯度达到99％以上。由表面改性剂加注口9加入表面活性剂，表面活性剂可以选择烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠或碳酸氢钠，如表1所示，表面活性剂的加入增加了混合粉末的亲水性，提高了粉末在溶液中的分散度，大幅提升磁性粉末的会回收纯度。

如图8所示，分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法，采用混合搅拌、添加表面活性剂、湿式磁选、粉末收集和溶液回流等措施，通过利用混合粉末的磁性差异的特点实现对磁性粉末的分离和富集。具体的：

步骤一、将磁性粉末(资源化处理后含钴、镍、锰锂离子电池正极材料)的粉末与非磁性粉末(资源化处理后含石墨的锂离子电池负极材料)的混合粉末，按2g/L的固液比投入搅拌及表面改性装置，进行搅拌，如图2所示，2g/L的固液比下，磁性粉末的回收纯度达到99％以上。

步骤二、在步骤一搅拌过程中加入表面活性剂，表面活性剂可以选择烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠或碳酸氢钠，如表1所示，表面活性剂的加入增加了混合粉末的亲水性，提高了粉末在溶液中的分散度，大幅提升磁性粉末的会回收纯度。

表1磁性粉回收纯度与表面活性剂加入的关系

步骤三、对步骤二中的混合液进行半逆流式磁选机湿式磁选，使磁性粉末与非磁性粉末分离。

步骤四、磁性粉末被喷淋装置冲刷到磁性粉末收集筒中，非磁性粉末与溶液排入过渡池静置，过渡池中的沉淀物为非磁性粉末。

步骤五、过渡池中的上清液进行回流，可再次作为溶液进行步骤一操作。

如图3所示，本实施例中的半逆流式磁选装置由：搅拌及表面改性装置1、分选槽2、磁滚轮3、驱动装置4、喷淋装置5、磁性粉末收集筒6、过渡池7、回流管8和回流泵9组成；其中搅拌及表面改性装置1由连接管道与分选槽2相连，分选槽2置于磁滚轮3下方，磁滚轮3与驱动装置4相连，喷淋装置5置于磁滚轮3的后端上方可固定于机架上，磁性粉末收集筒6置于喷淋装置5下方，过渡池7置于分选槽3下方，回流管8连接选槽3、回流泵9、；

锂离子电池资源化处理后产生的电极粉末为磁性与非磁性混合粉末，将混合粉末按2g/L的固液比投入搅拌及表面改性装置1，并加入表面活性剂，固液混合物经过通道进入分选槽2，由于磁性的差异，磁性粉末随磁滚轮3运动到喷淋装置5附近，被出水冲击落入磁性粉末收集筒6。非磁性粉末由阀门控制被排入过渡池7，由于重力作用非磁性粉末自由沉降到过渡池7底部，实现了分选与富集，过渡池7中的上清液经由回流管8和回流泵9可回流入搅拌及表面改性装置1中循环利用，无废液排放。

本实施例中，该工艺方法运用在大部分超细磁性粉末、非磁性粉末的分离与富集。混合粉末的处理速度为1200kg/h，磁性粉末的回收纯度达到99％以上。

本实施例为纯物理过程，无额外产物产生，对环境友好。整套工艺流程少，操作简单，回收效率高，有利于工业应用实践，例如回收工业处理锂电池后产生的磁性与非磁性粉末的混合物。

本发明通过利用混合粉末中磁性粉末和非磁性粉末在磁场中所受合力不同，运动方向不同，进行分离与筛选。固液配比是将固体混合粉末和液体按指定的量配比加入配比池，使其可达到最佳回收率的混合液。混合搅拌可以提高固体粉末在液体的分散度，提高回收率。表面活性剂的添加能够增加粉末的亲水性，提高磁性粉末的回收纯度。湿式磁选能通过纯物理的方法分离磁性粉末和非磁性粉末，而溶液回流可以解决整套工业耗水量大的缺点，提高水资源利用率。整套工艺无需化学添加剂，无额外产物产生，对环境友好，流程少，操作简单，回收效率高，有利于工业应用实践。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、将固体混合粉末和液体按指定的量配比加入搅拌及表面改性装置，进行搅拌；

步骤二、在搅拌过程中加入表面活性剂，增强固体粉末的亲水性，使固体粉末充分的分散在溶液中,所述的表面活性剂为烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠或碳酸氢钠；

步骤三、对步骤二得到的混合溶液液进行半逆流式磁选机湿式磁选，磁性粉末在磁力的作用下吸附在半逆流式磁选机上，实现磁性粉末与非磁性粉末的分离；

步骤四、通过喷淋装置将吸附在半逆流式磁选机上的磁性粉末冲刷磁性粉末收集筒中，实现磁性粉末的回收；同时，非磁性粉末与溶液排入非磁性粉末收集筒，其中，非磁性粉末收集筒中的沉淀物为非磁性粉末；

步骤五、对非磁性粉末收集筒中的上清液进行回流，作为步骤一中的液体，循环利用。

2.根据权利要求1所述的分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法，其特征在于，步骤一中所述的固液配比为1g/L～4g/L。

3.根据权利要求2所述的分离和富集超细混合粉末中磁性粉末的方法，其特征在于，当磁性粉末为钴、镍或锰电池正极材料处理后的粉末、非磁性粉末为石墨粉时，固液比数值为2g/L。