CN106756042A - 一种废旧镍氢电池的回收处理工艺 - Google Patents

一种废旧镍氢电池的回收处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，首先将废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂以一定的质量比加入到起炉并处于保温状态的富氧侧吹还原炉内，往炉内充入富氧空气并加入颗粒煤，保持炉内为氧化气氛并持续升温，直至炉内的所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池；之后继续往炉内加入颗粒煤和硫化剂并充入富氧空气，保持富氧侧吹还原炉内为还原气氛，直至熔池内的镍、钴和部分铁元素发生造硫过程形成冰镍，收集所述冰镍，其余金属元素以氧化物形式形成稀土渣；最后升温达到1350～1500℃，将所述稀土渣以水淬方式降温再收集。本发明方法，工艺简单新颖，污染小，安全性高。

Description

一种废旧镍氢电池的回收处理工艺
技术领域
本发明涉及一种废旧镍氢电池的回收处理工艺。
背景技术
随着工业发展，大量的镍氢电池被生产出来并使用，这样随着时间的推移，废旧的镍氢电池就会越来越多，而废旧镍氢电池如不处理直接丢弃在大自然中，就会造成很大的污染。同时，废旧镍氢电池中的镍、钴、稀土含量高，回收价值大。目前国内外采用火法回收废旧镍氢电池的厂家稀少，大多数采用焙烧炉、电炉冶炼，存在产品镍铁合金价值低，镍、铁不可分离回收的问题，同时，整个过程能耗高，效率低，产生硫氧化物和氮氧化物，污染大，炉体烟尘浪费未回收，冶炼过程对炉体、炉底腐蚀性大，安全性低。
发明内容
本发明旨在提供一种工艺简单、新颖、安全性较高、污染较小的废旧镍氢电池的回收处理工艺。本发明通过以下方案实现：
一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，按以下步骤进行，
(a)首先将废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂以一定的质量比加入到起炉并处于保温状态的富氧侧吹还原炉内，往富氧侧吹还原炉内充入富氧空气并加入颗粒煤，保持富氧侧吹还原炉内为氧化气氛并持续升温，直至加入富氧侧吹还原炉内的所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池；其中，废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂的质量比为(60～85)：(3～10)：(3～10)：(10～25)；为了保证富氧侧吹还原炉内为氧化气氛并持续升温，充入的富氧空气的量为1400～1800m3，过氧系数α控制为0.7～0.8，可通过颗粒煤的用量来达到过氧系数α的控制；一般情况下，富氧侧吹还原炉内持续升温至1300℃以上，就可以达到所有物料完全熔化的目的。实际操作时，为了便于操作及考虑工作效率，一般此步骤的时间控制在30～80min即可达到所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池的目的；
(b)之后继续往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤和硫化剂并充入富氧空气，保持富氧侧吹还原炉内为还原气氛，熔池内的镍、钴和铁元素发生造硫过程形成冰镍，所述冰镍将进入炉缸并将冰镍从虹吸口处压出，收集所述冰镍，其余金属元素以氧化物形式形成稀土渣，所述稀土渣上浮进入渣层；为保证富氧侧吹还原炉内为还原气氛并及时提供热量，充入的富氧空气的量为1400～1800m3，过氧系数α控制为0.4～0.5，可通过颗粒煤的用量来达到过氧系数α的控制；加入的硫化剂的量为步骤(a)中所加入的废旧镍氢电池总重量的10～25％。实际操作时，为了便于操作及考虑工作效率，一般此步骤的时间控制在30～60min；
(c)最后往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤并充入富氧空气，升温直至温度达到1350～1500℃，将稀土渣从渣口放出并以水淬方式降温收集。为保证富氧侧吹还原炉内温度达到要求，充入的富氧空气的量为1400～1800m3，过氧系数α控制为0.6～0.7，可通过颗粒煤的用量来达到过氧系数α的控制。实际操作时，为了便于操作及考虑工作效率，一般此步骤的时间控制在10～30min。
所述步骤(a)、(b)和(c)中均产生烟尘，所述烟尘上升至炉顶流出至锅炉降温后经收尘装置收集。
所述富氧空气的氧气含量一般为40～80％，具体氧气含量为多少，可根据过氧系数调整。
本发明中，过氧系数α为燃烧1kg燃料所实际供给的氧气质量与完全燃烧1kg燃料所需的理论氧气质量之比；例如一定质量的氧气与碳完全燃烧就为1，过氧系数α为0.7就表示为燃烧1kg碳所实际供给的氧气质量/完全燃烧1kg燃料所需的理论氧气质量的值等于0.7。
步骤(a)定义为氧化升温期，废旧镍氢电池、石灰石、河沙、硫化剂分别通过皮带连续送入，并通过中控调控颗粒煤和富氧空气的用量，颗粒煤、硫化剂及废旧镍氢电池中的隔膜、塑料等有机物与富氧空气反应，为炉体产生热供应，废旧镍氢电池中的各种金属元素如镍、钴、铁、稀土、锰、铝和锌等开始与氧气反应，形成熔池。
步骤(b)定义为还原期，此刻不进原料，只通过中控调控加入颗粒煤、硫化剂和富氧空气的用量，为炉体产生热供应的同时，产生还原气氛，硫化剂与镍、钴、部分铁元素发生造锍过程，产生冰镍，进入富氧侧吹还原炉的炉缸，大多数铁和绝大多数的稀土、锰、铝、锌仍然以氧化物的形式上浮进入渣层。还原期末，持续产生的冰镍通过富氧侧吹还原炉是的虹吸口压出炉外。冰镍可送下游通过现有技术磨浮湿法回收镍、钴、铁。
步骤(c)定义为放渣期间，此刻不进原料，只通过中控调控加入颗粒煤和富氧空气的用量，提升炉温至1350～1500℃，从富氧侧吹还原炉的渣口放出稀土渣并水淬降温，稀土渣可进一步回收稀土，回收稀土的方法可为现有技术中的任何一种。
本发明的一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，利用富氧侧吹还原炉熔池熔炼的特点，无需将废旧镍氢电池进行破壳拆解，从富氧侧吹还原炉的风口充入富氧空气，搅拌力度大，能量利用率高。富氧侧吹还原炉的水套挂渣保护炉体，炉底由铬镁砖、保温砖保护，抗腐蚀能力强，生产安全性高。本发明方法，生产效率快，能耗低，适用于大规模处理废旧镍氢电池；本发明方法，工艺路线简单新颖，产品为冰镍和稀土渣，产生的烟尘可通过锅炉经收尘装置收集处理，本发明产生的冰镍可通过湿法进一步分离提纯镍、铁、钴，稀土渣可进一步根据现有技术回收稀土，回收的镍、铁、钴及稀土的纯度高，价值大。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，按以下步骤进行，
(a)首先将废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂按质量比75：5：6：14通过皮带连续输送至富氧侧吹还原炉的炉料进口处加入到起炉并处于保温状态的富氧侧吹还原炉内，同时通过富氧侧吹还原炉的风口往富氧侧吹还原炉内充入氧气含量为80％的富氧空气1600m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.8，保持富氧侧吹还原炉内为氧化气氛并持续升温至1700℃，直至加入富氧侧吹还原炉内的所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池；整个过程的时间控制为40min；
(b)之后继续往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤和硫化剂并充入氧气含量为50％的富氧空气1700m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.5，加入的硫化剂的量为步骤(a)中所加入的废旧镍氢电池总重量的10％，保持富氧侧吹还原炉内为还原气氛，使得熔池内的镍、钴和铁元素发生造硫过程形成冰镍，冰镍进入炉缸并将冰镍从虹吸口处压出，收集冰镍，其余金属元素以氧化物形式形成稀土渣，稀土渣上浮进入渣层；整个过程的时间控制为30min；
(c)最后往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤并充入氧气含量为80％的富氧空气1600m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.7，直至富氧侧吹还原炉内温度达到1500℃，此时将稀土渣从渣口放出并水淬降温收集，整个过程的时间控制为10min。
步骤(a)、(b)和(c)中产生的烟尘上升至炉顶流出至锅炉降温后经回收装置收集。
将产品冰镍进行检测，其组成为Ni3S2、NiO、NiS、FeS、CoS、CoO，各成分元素含量如表1所示。
表1冰镍各成分元素含量
元素名称 Ni Co Fe S
含量(％) 50 4 15 18
将产品稀土渣进行检测，各组成含量如表2所示。
表2稀土渣各组成含量
组成名称 RE2O3 NiO Co3O4 SiO2 FeO CaO MnO2 ZnO Al2O3
含量(％) 9.4 0.5 0.1 29 34 21 2 1 1
实施例2
一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，按以下步骤进行，
(a)首先将废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂按质量比70：8：9：13通过皮带连续输送至富氧侧吹还原炉的炉料进口处加入到起炉并处于保温状态的富氧侧吹还原炉内，同时通过富氧侧吹还原炉的风口往富氧侧吹还原炉内充入氧气含量为75％的富氧空气1700m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.7，保持富氧侧吹还原炉内为氧化气氛并持续升温至1600℃，直至加入富氧侧吹还原炉内的所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池；整个过程的时间控制为60min；
(b)之后继续往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤和硫化剂并充入氧气含量为55％的富氧空气1500m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.5，加入的硫化剂的量为步骤(a)中所加入的废旧镍氢电池总重量的15％，保持富氧侧吹还原炉内为还原气氛，使得熔池内的镍、钴和铁元素发生造硫过程形成冰镍，冰镍进入炉缸并将冰镍从虹吸口处压出，收集冰镍，其余金属元素以氧化物形式形成稀土渣，稀土渣上浮进入渣层；整个过程的时间控制为45min；
(c)最后往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤并充入氧气含量为60％的富氧空气1600m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.7，直至富氧侧吹还原炉内温度达到1450℃，此时将稀土渣从渣口放出并以水淬方式降温收集，整个过程的时间控制为20min。
步骤(a)、(b)和(c)中产生的烟尘上升至炉顶流出至锅炉降温后经回收装置收集。
将产品冰镍进行检测，其组成为Ni3S2、NiO、NiS、FeS、CoS、CoO，各成分元素含量如表1所示。
表1冰镍各成分元素含量
元素名称 Ni Co Fe S
含量(％) 55 3 12 25
将产品稀土渣进行检测，各组成含量如表2所示。
表2稀土渣各组成含量
实施例3
一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，按以下步骤进行，
(a)首先将废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂按质量比65：12：11：12通过皮带连续输送至富氧侧吹还原炉的炉料进口处加入到起炉并处于保温状态的富氧侧吹还原炉内，同时通过富氧侧吹还原炉的风口往富氧侧吹还原炉内充入氧气含量为70％的富氧空气1650m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.75，保持富氧侧吹还原炉内为氧化气氛并持续升温至1500℃，直至加入富氧侧吹还原炉内的所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池；整个过程的时间控制为80min；
(b)之后继续往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤和硫化剂并充入氧气含量为55％的富氧空气1700m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.6，加入的硫化剂的量为步骤(a)中所加入的废旧镍氢电池总重量的20％，保持富氧侧吹还原炉内为还原气氛，使得熔池内的镍、钴和铁元素发生造硫过程形成冰镍，冰镍进入炉缸并将冰镍从虹吸口处压出，收集冰镍，其余金属元素以氧化物形式形成稀土渣，稀土渣上浮进入渣层；整个过程的时间控制为80min；
(c)最后往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤并充入氧气含量为60％的富氧空气1600m3，通过控制颗粒煤的用量来控制过氧系数α为0.7，直至富氧侧吹还原炉内温度达到1350℃，此时将稀土渣从渣口放出并以水淬方式降温收集，整个过程的时间控制为30min。
步骤(a)、(b)和(c)中产生的烟尘上升至炉顶流出至锅炉降温后经回收装置收集。
将产品冰镍进行检测，其组成为Ni3S2、NiO、NiS、FeS、CoS、CoO，各成分元素含量如表1所示。
表1冰镍各成分元素含量
元素名称 Ni Co Fe S
含量(％) 50 4 10 21
将产品稀土渣进行检测，各组成含量如表2所示。
表2稀土渣各组成含量
组成名称 RE2O3 NiO Co3O4 SiO2 FeO CaO MnO2 ZnO Al2O3
含量(％) 7.8 0.5 1 25 36 22 2.1 1 1

Claims (7)

1.一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，其特征在于：按以下步骤进行，
(a)首先将废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂以一定的质量比加入到起炉并处于保温状态的富氧侧吹还原炉内，往富氧侧吹还原炉内充入富氧空气并加入颗粒煤，保持富氧侧吹还原炉内为氧化气氛并持续升温，直至加入富氧侧吹还原炉内的所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池；
(b)之后继续往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤和硫化剂并充入富氧空气，保持富氧侧吹还原炉内为还原气氛，熔池内的镍、钴和铁元素形成冰镍，收集所述形成的冰镍，其余金属元素以氧化物形式形成稀土渣；
(c)最后往富氧侧吹还原炉内加入颗粒煤并充入富氧空气，升温直至达到1350～1500℃，将所述稀土渣以水淬方式降温再收集。
2.如权利要求1所述的一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，其特征在于：所述步骤(a)中，废旧镍氢电池、河砂、石灰石和硫化剂的质量比为(60～85)：(3～10)：(3～10)：(10～25)。
3.如权利要求1所述的一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，其特征在于：所述富氧空气的氧气含量为40～80％。
4.如权利要求1所述的一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，其特征在于：所述步骤(a)中，充入的富氧空气的量为1400～1800m3，过氧系数α控制为0.7～0.8。
5.如权利要求4所述的一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，其特征在于：所述步骤(a)中，富氧侧吹还原炉内持续升温至1300℃以上。
6.如权利要求1～5任一所述的一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，其特征在于：所述步骤(b)中，充入的富氧空气的量为1400～1800m3，过氧系数α控制为0.4～0.5，加入的硫化剂的量为步骤(a)中所加入的废旧镍氢电池总重量的10～25％。
7.如权利要求1～5任一所述的一种废旧镍氢电池的回收处理工艺，其特征在于：所述步骤(c)中，充入的富氧空气的量为1400～1800m3，过氧系数α控制为0.6～0.7。
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