CN106964534B - 一种从三元正极废料中分离三元正极粉的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆筒筛选机、从三元正极废料中分离三元正极粉的系统和方法，圆筒筛选机的外壁均匀分布网孔，圆筒筛选机的内壁上设有螺旋叶片，所述螺旋叶片用于圆筒筛选机旋转时推动筛选机内的物料向前推进，所述圆筒筛选机包括筛选机过滤段和筛选机清洗段，筛选机清洗段上方设有喷淋清洗单元。三元正极废料依次经过破碎、圆筒筛选机筛选、喷淋清洗后分离得到三元正极粉和铝片材料。本发明的系统和方法将三元正极废料中的三元正极粉和其附着基底铝片进行有效的分离，从而得到有粉状的三元正极材料和片状的铝片。
Description
技术领域
本发明属于三元正极废料回收技术领域，特别是涉及一种圆筒筛选机、从三元正极废料中分离三元正极粉的系统及方法。
背景技术
三元锂电池具有体积小、重量轻、充电速度快、使用温度范围广和循环使用寿命长等优点，因此广泛应用于手机、电脑等便携移动设备，随着电子产业和电池技术的发展，其在新世纪储能材料的应用上越来越突出，已经成为新能源汽车首选的高能电源。据工信部数据统计显示，2015年我国累计生产新能源汽车54万辆，增长是去年同期的1.5倍。
锂离子电池的正极材料由作为集流体的纯铝箔和黑色的正极活性物质涂层组成。现有处理废旧锂离子电池或废料中分离回收的方法较多，但是分离成本高，代价大，副产物复杂，容易产生二次污染等问题。
发明内容
本发明针对以上所述现有技术存在的技术缺陷，提供了一种圆筒筛选机、从三元正极废料中分离三元正极粉的系统及方法，克服了目前化学回收工艺过程中产生的较大药剂消耗和副产物，用一种物理方法将三元正极废料中的铝和三元正极粉以较高纯度分离。
本发明第一方面提供一种圆筒筛选机，圆筒筛选机的外壁均匀分布网孔，圆筒筛选机的内壁上设有螺旋叶片，所述螺旋叶片用于圆筒筛选机旋转时推动筛选机内的物料向前推进，所述圆筒筛选机包括筛选机过滤段和筛选机清洗段。
所述喷淋清洗单元为现有技术中常用的喷淋清洗装置，如喷淋孔为布有0.2～0.3mm的喷淋孔的φ20不锈钢。
优选地，还包括如下特征中的一项或多项：
1)网孔的直径为3～5 mm，如3～4 mm或4～5 mm；
2)所述圆筒筛选机还包括设于筛选机过滤段和筛选机清洗段之间的筛选机过渡段，所述筛选机过渡段为圆台，圆台一端的直径与筛选机过滤段的直径相同，圆台的另一端的直径与筛选机清洗段的直径相同；
3)筛选机过滤段与筛选机清洗段的直径比为1.5～2：1，如1.5～1.8：1或1.8～2：1；
4)筛选机过滤段与筛选机清洗段的长度比为2～2.5：1，如2～2.3：1或2.3～2.5：1；
5)所述圆筒筛选机还包括喷淋清洗单元，所述喷淋清洗单元设于筛选机清洗段的上方；
6)筛选机过滤段的端部设有进料口，筛选机清洗段的端部设有出料口。
更优选地，特征2)中，筛选机过滤段与筛选机过渡段的长度比为4～5：1，如4～4.5：1或4.5～5：1。
本发明第二方面提供一种从三元正极废料中分离三元正极粉的系统，包括：
破碎机，用于将三元正极废料破碎得到破碎料；
如上述任一项的圆筒筛选机和装有酸性浸泡液的滤液槽，所述滤液槽设于所述圆筒筛选机的下方，所述圆筒筛选机浸泡在滤液槽中，所述圆筒筛选机用于将破碎料分离得到三元正极粉与铝片，所述滤液槽用于将破碎料中粘结剂溶解并沉降三元正极粉，得到铝片和沉降于滤液槽底部的三元正极粉浓浆。
所述破碎机为密封式设备。
优选地，还包括如下技术特征中的一项或多项：
1)筛选机过滤段部分浸泡在滤液槽中；
2)所述滤液槽分为上下贯通的一段滤液槽和二段滤液槽，所述二段滤液槽为一个或多个连接的二段滤液槽区，每个二段滤液槽区的横截面积从近一段滤液槽端开始逐渐减小，所述一段滤液槽用于将破碎料中粘结剂溶解，所述二段滤液槽用于将三元正极粉沉降于二段滤液槽底部；
所述二段滤液槽可以为3或4个连接锥形的FRP槽，用于分离的三元正极粉浓缩，底部有可开启的阀门；
二段滤液槽相当于沉降室，将三元正极粉沉降于二段滤液槽底部；
3)所述系统还包括设于滤液槽下方的三元正极粉料收集池，用于收集三元正极粉料。
更优选地，还包括如下技术特征中的一项或多项：
1)特征1)中，1/4～1/3体积的筛选机过滤段浸泡在所述滤液槽中；
2)特征2)中，所述二段滤液槽底部设有阀门；
3)特征2)中，二段滤液槽区为锥形；
4)特征2)中，所述一段滤液槽为长方体。
优选地，所述系统还包括输送单元，所述破碎机通过输送单元与所述圆筒筛选机连接。
更优选地，所述破碎机设有出料口，破碎机的出料口与圆筒筛选机的进料口通过输送单元连接。
更优选地，所述输送单元为密闭式输送皮带。
本发明第三方面提供一种从三元正极废料中分离三元正极粉的方法，使用上述任一项所述的系统，包括如下步骤：
1)三元正极废料经破碎机破碎，得到破碎料；
2)所述破碎料经浸泡在装有酸性浸泡液的滤液槽中的圆筒筛选机筛分、喷淋清洗和沉降，得到铝片和沉降于滤液槽底部的三元正极粉浓浆。
三元正极废料为废旧锂离子电池或废料，包括6～20 wt％铝箔，如6～6.8 wt％、6.8～13.5 wt％、13.5～17.9 wt％或17.9～20 wt％；75～85 wt％的正极活性物质即三元正极粉(Li、Mn、Ni和Co)，如75～83 wt％或83～85 wt％；粘结剂3～10 wt％，如3～6.8wt％、6.8～8.5或8.5～10 wt％。
优选地，还包括如下特征中的一项或多项：
1)所述破碎料为10×10～30×30 mm的碎片；
2)圆筒筛选机的转速为5～20转/分，如5～10转/分或10～20转/分；
3)酸性浸泡液的pH为1～2，如1～1.5或1.5～2，保持一定的pH值，定期补充一定的酸来保证其pH值；
4)酸性浸泡液与三元正极废料的质量比为3～5：1，如3～4：1或4～5：1；
5)滤液槽的上清液作为喷淋水进行喷淋清洗；
6)每隔3～6 h，将沉降于二段滤液槽底部的三元正极粉浓浆排出3～6秒，底部安装有泥浆泵将收集的正极材料粉输送至下一个反应工段，例如：酸溶浸出。
本发明的系统和方法克服了目前化学回收工艺过程中产生的较大药剂消耗和副产物，用一种物理与化学相结合的方法将三元正极废料中的三元正极粉和其附着基底铝片进行有效的分离，使用特殊结构的圆筒筛选机，分离效率高，得到粉状的三元正极材料和片状的铝片。
附图说明
图1是本发明的圆筒筛选机的结构示意图。
图2是本发明的从三元正极废料中分离三元正极粉的系统(省略圆筒筛选机的网孔)。
附图标记：
1-破碎机；
2-圆筒筛选机；21-网孔；22-筛选机过滤段；23-筛选机清洗段；24-喷淋清洗单元；25-筛选机过渡段；26-进料口；27-出料口；
3-滤液槽；31-一段滤液槽；32-二段滤液槽；33-阀门；
4-三元正极粉料收集池；
5-输送单元。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
以下实施例使用的圆筒筛选机，如图1所示，圆筒筛选机2的外壁均匀分布网孔21，圆筒筛选机2的内壁上设有螺旋叶片，所述螺旋叶片用于圆筒筛选机旋转时推动筛选机内的物料向前推进，所述圆筒筛选机2包括筛选机过滤段22和筛选机清洗段23，筛选机清洗段23上方设有喷淋清洗单元24，网孔21的直径为3～5 mm，所述圆筒筛选机2还包括设于筛选机过滤段22和筛选机清洗段23之间的筛选机过渡段25，所述筛选机过渡段25为圆台，圆台一端的直径与筛选机过滤段22的直径相同，圆台的另一端的直径与筛选机清洗段23的直径相同，筛选机过滤段22与筛选机过渡段25的长度比为4～5：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的直径比为1.5～2：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的长度比为2～2.5：1，筛选机过滤段22的端部设有进料口26，筛选机清洗段23的端部设有出料口27。
以下实施例使用的从三元正极废料中分离三元正极粉的系统，如图2所示，包括：
破碎机1，用于将三元正极废料破碎得到破碎料；
上述圆筒筛选机2和装有酸性浸泡液的滤液槽3，所述滤液槽3设于所述圆筒筛选机2的下方，所述圆筒筛选机浸泡在滤液槽中，所述圆筒筛选机2用于将破碎料分离得到三元正极粉与铝片，所述滤液槽3分为上下贯通的一段滤液槽31和二段滤液槽32，所述一段滤液槽31为长方体，所述二段滤液槽32为一个或多个连接的二段滤液槽区，二段滤液槽区为锥形，部分如1/4～1/3体积的筛选机过滤段22浸泡在所述一段滤液槽31中，所述一段滤液槽31用于将破碎料中粘结剂溶解，所述二段滤液槽32用于将三元正极粉沉降于二段滤液槽32底部；所述系统还包括设于滤液槽下方的三元正极粉料收集池4，用于收集三元正极粉料；所述二段滤液槽32底部设有阀门33，所述系统还包括输送单元5，所述破碎机1通过输送单元5与所述圆筒筛选机2连接，所述破碎机1设有出料口，所述圆筒筛选机2设有进料口，破碎机1的出料口与圆筒筛选机2的进料口通过输送单元5连接，所述输送单元5为密闭式输送皮带。
不规则三元正极废料通过人工投料经输送单元如输送皮带进入破碎机，调整破碎机使废料最终以10×10～30×30 mm的形态从出料口出来，经过皮带输送进入圆筒筛选机，圆筒筛选机为耐酸材料制作，整个筒体布满3～5 mm孔，有筛选机过滤段和筛选机清洗段两部分功能区，直径比为1.5～2:1，长度比为2～2.5:1，其中筛选机过滤段的圆筒有部分(1/4～1/3体积)筒体浸没在滤液槽中，所述圆筒筛选机还包括设于筛选机过滤段和筛选机清洗段之间的筛选机过渡段，所述筛选机过渡段为圆台，圆台一端的直径与筛选机过滤段的直径相同，圆台的另一端的直径与筛选机清洗段的直径相同，筛选机过滤段与筛选机过渡段的长度比为4～5：1，并且内部结构中有螺旋叶片，运行过程中，圆筒筛选机保持5～20转/分的转速旋转，筛选机内的物料随着圆筒不停地向前推进，相互碰撞并与滤液槽中液体进行反应，从而实现正极粉和铝片的分离，分离后的粉从圆筒筛选机的网孔中进入酸性浸泡液中，酸性浸泡液的pH为1～2，酸性浸泡液与三元正极废料的质量比为3～5：1，铝片则滞留在筒体内进入到后端清洗，清洗区有清水从外部进行喷淋冲洗，进一步清理铝片上的残留物，清洗滤液则进入下方滤液槽，铝片继续被圆筒推进至出料口，得到干净的铝片。由于自身比重的关系，滤液槽中的正极粉将在滤液槽底部尤其锥形的二段滤液槽沉降并富集，每隔3～6 h打开锥体下部阀门排污3～6秒，使得的三元正极粉浓浆排入正极粉料收集池，并由泵输送至下一工段进行下一步提纯作业。
实施例1
圆筒筛选机的网孔21的直径为3 mm，筛选机过滤段22与筛选机过渡段25的长度比为4：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的直径比为2：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的长度比为2：1。
三元正极废料5 t，其中三元正极粉83.2％(4160 kg)，铝片13.5％(675 kg)，粘结剂3.3％(165 kg)，经过破碎机破碎成15×15 mm±3 mm的碎片，进入圆筒筛选机，控制圆筒筛选机运转速度为10转/分，1/3体积的筛选机过滤段浸泡在所述滤液槽中，滤液槽酸性浸泡液的pH为1.5，酸性浸泡液与三元正极废料的质量比为4：1，经过筛选后所得打包铝片质量为735.4 kg，含水率为6.5％(47.8 kg)，含铝85.73％(630.45 kg)，其他7.77％(57.15kg)，铝片收率为93.4％。三元正极粉浆料含水率55.7％，9287 kg，收率98.9％。
实施例2
圆筒筛选机的网孔21的直径为4 mm，筛选机过滤段22与筛选机过渡段25的长度比为5：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的直径比为1.5：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的长度比为2.5：1。
三元正极废料5 t，其中三元正极粉84.7％(4235 kg)，铝片6.8％(340 kg)，粘结剂8.5％(425 kg)，经过破碎机破碎成13×13 mm±3 mm的碎片，进入圆筒筛选机，控制圆筒筛选机运转速度为20转/分，1/4体积的筛选机过滤段浸泡在所述滤液槽中，滤液槽酸性浸泡液的pH为1，酸性浸泡液与三元正极废料的质量比为5：1，经过筛选后所得打包铝片质量为360.8 kg，含水率为7.2％(25.9 kg)，含铝86.9％(313.5 kg)，其他5.9％(21.4 kg)，铝片收率为92.2％。三元正极粉浆料含水率57.2％，9717 kg，收率98.2％。
实施例3
圆筒筛选机的网孔21的直径为5 mm，筛选机过滤段22与筛选机过渡段25的长度比为4.5：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的直径比为1.8：1，筛选机过滤段22与筛选机清洗段23的长度比为2.3：1。
三元正极废料5 t，其中三元正极粉75.3％(3765 kg)，铝片17.9％(895 kg)，粘结剂6.8％(340 kg)，经过破碎机破碎成27×27 mm±3 mm的碎片，进入圆筒筛选机，控制圆筒筛选机运转速度为5转/分，1/3体积的筛选机过滤段浸泡在所述滤液槽中，滤液槽酸性浸泡液的pH为2，酸性浸泡液与三元正极废料的质量比为3：1，经过筛选后所得打包铝片质量为968.1 kg，含水率为7.6％(73.6 kg)，含铝88.1％(852.9 kg)，其他4.3％(41.6 kg)，铝片收率为95.3％。三元正极粉浆料含水率56.8％，8428 kg，收率96.7％。
Claims (7)
1.一种从三元正极废料中分离三元正极粉的系统，其特征在于，包括：
破碎机（1），用于将三元正极废料破碎得到破碎料；
圆筒筛选机（2），圆筒筛选机（2）的外壁均匀分布网孔（21），圆筒筛选机（2）的内壁上设有螺旋叶片，所述螺旋叶片用于圆筒筛选机旋转时推动筛选机内的物料向前推进，所述圆筒筛选机（2）包括筛选机过滤段（22）和筛选机清洗段（23）；所述圆筒筛选机还包括喷淋清洗单元（24），所述喷淋清洗单元（24）设于筛选机清洗段（23）的上方；
装有酸性浸泡液的滤液槽（3），所述滤液槽（3）设于所述圆筒筛选机（2）的下方，所述圆筒筛选机（2）浸泡在滤液槽（3）中，所述圆筒筛选机（2）用于将破碎料分离得到三元正极粉与铝片，所述滤液槽（3）用于将破碎料中粘结剂溶解并沉降三元正极粉，得到铝片和沉降于滤液槽底部的三元正极粉浓浆；所述滤液槽（3）分为上下贯通的一段滤液槽（31）和二段滤液槽（32），所述二段滤液槽（32）为一个或多个连接的二段滤液槽区，每个二段滤液槽区的横截面积从近一段滤液槽端开始逐渐减小，所述一段滤液槽（31）用于将破碎料中粘结剂溶解，所述二段滤液槽（32）用于将三元正极粉沉降于二段滤液槽（32）底部；
滤液槽（3）下方的三元正极粉料收集池（4），用于收集三元正极粉料；
所述系统还包括输送单元（5），所述破碎机（1）通过输送单元（5）与所述圆筒筛选机（2）连接；所述破碎机（1）设有出料口，破碎机（1）的出料口与圆筒筛选机（2）的进料口（26）通过输送单元（5）连接；所述输送单元（5）为密闭式输送皮带。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括如下特征中的一项或多项：
1）网孔（21）的直径为3~5 mm；
2）所述圆筒筛选机（2）还包括设于筛选机过滤段（22）和筛选机清洗段（23）之间的筛选机过渡段（25），所述筛选机过渡段（25）为圆台，圆台一端的直径与筛选机过滤段（22）的直径相同，圆台的另一端的直径与筛选机清洗段（23）的直径相同；
3）筛选机过滤段（22）与筛选机清洗段（23）的直径比为1.5~2：1；
4）筛选机过滤段（22）与筛选机清洗段（23）的长度比为2~2.5：1；
5）筛选机过滤段（22）的端部设有进料口（26），筛选机清洗段（23）的端部设有出料口（27）。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，特征2）中，筛选机过滤段（22）与筛选机过渡段（25）的长度比为4~5：1。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括如下技术特征：
筛选机过滤段（22）部分浸泡在滤液槽（3）中。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括如下技术特征中的一项或多项：
1）1/4~1/3体积的筛选机过滤段（22）浸泡在所述滤液槽中；
2）所述二段滤液槽（32）底部设有阀门（33）；
3）二段滤液槽区为锥形；
4）所述一段滤液槽为长方体。
6.一种从三元正极废料中分离三元正极粉的方法，使用如权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：
1）三元正极废料经破碎机破碎，得到破碎料；
2）所述破碎料经浸泡在装有酸性浸泡液的滤液槽中的圆筒筛选机筛分、喷淋清洗和沉降，得到铝片和沉降于滤液槽底部的三元正极粉浓浆。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括如下特征中的一项或多项：
1）所述破碎料为10 X 10~30 X 30 mm的碎片；
2）圆筒筛选机的转速为5~20转/分；
3）酸性浸泡液的pH为1~2；
4）酸性浸泡液与三元正极废料的质量比为3~5：1；
5）滤液槽的上清液作为喷淋水进行喷淋清洗；
6）每隔3~6h，将沉降于二段滤液槽底部的三元正极粉浓浆排出3~6秒。
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