CN109103537A - 一种废旧锂电池微波裂解处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于裂解处理技术领域，公开了一种废旧锂电池微波裂解处理方法，将废旧锂电池拆除外壳后所剩下的电极材料，用剪切式粉碎机撕裂成电极片，然后置于微波裂解炉中，在氮气氛围下用微波辐照电极片，电极片表面的有机物在微波的作用下发生裂解反应。裂解产生的气体经冷凝、碱水洗涤后作为燃气，冷凝所得的液体为裂解油，收集作为化工原料。裂解后残留的固体用砂水混合物摩擦洗涤，使裂解产生的残炭从金属片上脱落分离，经筛分后回收金属，砂水经浮选除炭以后回用。本发明能够将废旧锂电池中的隔膜、胶粘剂等有机物通过微波裂解处理后与金属材料分离，实现废旧锂电池中的金属回收，同时消除了传统废旧锂电池回收过程中的二次污染问题。
Description
技术领域
本发明属于裂解处理技术领域，尤其涉及一种废旧锂电池微波裂解处理方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：锂电池具有能量密度高、体积小、质量轻、循环寿命长、无记忆效应等优点，广泛运用于手机、便携式电脑、数码相机等电子产品中。中国是锂电池生产和消费大国，每年的锂电池消费量达到了几十亿只，产生了大量的废旧锂电池，这些废旧锂电池中含有多种污染物，如果处理不当，会严重污染环境。目前，我国的废旧锂离子电池的回收主要是针对负极材料、正极材料和集流体的回收。废旧锂离子电池在通过放电、拆解、分离等预处理后，根据处理方法和关键技术的不同，其回收方法主要分为三个大类，即火法、机械氧化法和化学处理法。火法又称为干法，主要是将预处理过的废旧锂电池通过高温燃烧，去除其中的胶粘剂、隔膜等有机物，实现废旧锂电池组成材料之间的分离。火法回收废旧锂电池工艺流程比较简单，可有效去除废旧锂电池中的有机物质，但火法也有很多缺点，比如能耗大，温度高，速度慢等，废旧锂电池中的金属在高温下也容易被氧化，后续必须通过除杂、冶金等工序才能回收金属，高温燃烧产生的废气中含有二噁英等有毒有害气体，处理不好会污染环境。机械氧化法是对整个废旧锂电池先进行机械式的破碎和筛选，从中得到电极材料。然后再对电极材料进行热氧处理除去有机粘结剂。最后，再利用锂钴酸和石墨在电极材料粉末中亲水性的差异，将废旧锂电池中金属分离。这种方法对锂和钴的回收率很高，但整个回收方法中废旧锂电池被破碎，使电池中的所有物质都变成破碎的物质混合在一起，这意味着在锂电池中的其他有价值的分离提取更加的困难，如铁壳、钴等。化学法处理法主要有两种，一种是将废旧锂电池拆解破碎后，先用硫酸、硝酸、过氧化氢等具有强氧化性的化学试剂提取废旧锂电池正极中的钴、锂和铝等金属离子，然后通过沉淀、萃取、盐析等方法分离、纯化钴、锂等金属元素。用这种方法处理回收废旧锂电池过程中，电极材料中的隔膜和胶粘剂会减少酸浸过程中金属与酸浸液的接触面积，使得浸渍时间长、金属溶解不完全，还会产生大量的酸浸废液，对环境也有影响；另一种是根据“相似相溶”原理，采用强极性的有机溶剂溶解电极上的粘结剂，使得钴酸锂从集流体铝箔上脱落，从而可以排除钻酸锂回收时铝元素的干扰，从而简化回收工艺，提高回收效果。但此方法用时较长，且用有机溶剂作溶解液，成本高，难以循环利用。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)火法能耗大，速度慢，污染环境；
(2)机械氧化法回收锂电池难以分离提取有价值的物质；
(3)化学处理法用时长，成本高，处理过程中产生的废液会带来二次污染。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种废旧锂电池微波裂解处理方法。
本发明是这样实现的，一种废旧锂电池微波裂解处理方法为：
(1)将废旧锂电池的外壳拆除，得到电极材料；
(2)将步骤(1)中所得的电极材料用剪切式粉碎机撕裂成电极片；
(3)将步骤(2)中得的电极片置于微波裂解炉中，通入氮气，炉内气体从微波炉出气口引出；
(4)用频率为2.45GHZ±25MHZ的微波辐照电极片，产生裂解气和残留固体；
(5)将步骤(4)中产生的裂解气引出后进行冷凝、液封碱水洗，洗涤后的气体作为燃气外送，冷凝所得的液体为裂解油，收集作为化工原料；
(6)将步骤(4)中得到的固体物质用砂、水混合物震荡洗涤，裂解产生的残炭经震荡摩擦从金属片上脱落分离，经筛分后回收金属，砂、水经浮选除炭以后回用。
进一步，步骤(2)中，撕裂成的电极片边长≥0.5cm，≤5cm；
进一步，步骤(4)中，开启微波辐照前微波炉出气口引出的气体中氧气含量≤5wt％；
进一步，步骤(4)中，调整微波加热功率，使炉内的温度在5～15分钟内升温至250～300℃；
进一步，步骤(5)中，液封碱水洗时碱水面与气体出口高度差≤1米，≥0.1米，碱水的pH值为7～14，更优的PH值为10～12；
进一步，步骤(5)中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或两者任意比例的混合物；
进一步，步骤(6)中所述的砂和水的质量比为1～9：3。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：用微波在氮氛围条件下裂解处理废旧锂电池，废旧电池中的铝箔等金属不会被氧化，后续可直接回收，也没有二噁英等有毒有害气体产生；本发明不用将电极材料破碎成粉末，有机物在微波辐照下发生裂解以后，通过简单的砂、水摩擦洗涤，将电极片上的残炭通过清洗、筛分去除后就可以回收电极材料中金属，操作简单，经济适用；生产过程中不用硫酸、硝酸、过氧化氢等具有强氧化性的化学试剂，没有大量的废液产生，不会带来二次污染；生产工艺流程简单，效率高，处理成本低廉，更具有工业化生产价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的废旧锂电池微波裂解处理方法流程图。
图2是本发明实施例提供的废旧锂电池微波裂解处理方法实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术火法能耗大，速度慢，污染环境；难以分离提取有价值的物质；用时长，成本高，处理过程中产生的废液会带来二次污染的问题。本发明微波在氮氛围条件下裂解处理废旧锂电池，废旧电池中的铝箔等金属不会被氧化，后续可直接回收，也没有二噁英等有毒有害气体产生。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的废旧锂电池微波裂解处理方法包括以下步骤：
S101：拆除锂电池外壳，得到电极材料；
S102：电极材料撕裂成电极片；
S103：电极片裂解，产生裂解气和残留固体物质；
S104：裂解气经冷凝、洗涤，产生的气体作为为燃气外送，产生的液体收集作为化工原料；
S105：将固体物质经洗涤、筛分后回收金属。
如图2所示，本发明实施例提供的废旧锂电池微波裂解处理方法具体包括以下步骤：
(1)将废旧锂电池的外壳拆除，得到电极材料；
(2)将步骤(1)中所得的电极材料用剪切式粉碎机撕裂成电极片；
(3)将步骤(2)中得的电极片置于微波裂解炉中，通入氮气，炉内气体从微波炉出气口引出；
(4)用频率为2.45GHZ±25MHZ的微波辐照电极片，产生裂解气和残留固体；
(5)将步骤(4)中产生的裂解气引出后进行冷凝、液封碱水洗，洗涤后的气体作为燃气外送，冷凝所得的液体为裂解油，收集作为化工原料；
(6)将步骤(4)中得到的固体物质用砂、水混合物震荡洗涤，裂解产生的残炭经震荡摩擦从金属片上脱落分离，经筛分后回收金属，砂、水经浮选除炭以后回用。
在本发明的优选实施例中，步骤(2)中，撕裂成的电极片边长≥0.5cm，≤5cm；
在本发明的优选实施例中，步骤(4)中，开启微波辐照前微波炉出气口引出的气体中氧气含量≤5wt％；
在本发明的优选实施例中，步骤(4)中，调整微波加热功率，使炉内的温度在5～15分钟内升温至250～300℃；
在本发明的优选实施例中，步骤(5)中，液封碱水洗时碱水面与气体出口高度差≤1米，≥0.1米，碱水的pH值为7～14，更优的PH值为10～12；
在本发明的优选实施例中，步骤(5)中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或两者任意比例的混合物；
在本发明的优选实施例中，步骤(6)中所述的砂和水的质量比为1～9：3。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1：
称取电极片221.6g，放入石英容器中，石英容器放置在微波炉中，关闭炉门，通入氮气，微波炉出气口中氧气浓度4％时，启动微波，调整功率为1500W，微波辐照加热处理电极小片，时间6分钟，终点温度261.1℃。裂解过程中产生的气体从微波炉出气口中引出，经冷凝、碱水洗涤后引出至室外火炬燃烧，冷凝所得裂解油收集作为化工原料。炉内温度降低至80℃时，打开微波炉炉门，取出裂解残留固体，用质量比为1：2的砂、水混合物震荡摩擦洗涤20分钟，用10目的金属筛筛分，筛上物为金属片，烘干后称重为218.8g，筛下物为砂、水和残炭，浮选去除比重轻的残炭，砂、水回用。
实施例2：
称取电极片252.5g，放入陶瓷容器中，陶瓷容器放置在微波炉中，关闭炉门，通入氮气，微波炉出气口中氧气浓度3％时，启动微波，调整功率为1200W，微波辐照加热处理电极小片，时间10分钟，终点温度295.5℃。裂解过程中产生的气体从微波炉出气口中引出，经冷凝、碱水洗涤后引出至室外火炬燃烧，冷凝所得裂解油收集作为化工原料。炉内温度降低至常温时，打开微波炉炉门，取出裂解残留固体，用质量比为2：1的砂、水混合物震荡摩擦洗涤15分钟，用20目的金属筛筛分，筛上物为金属片，烘干后称重为248.5g，筛下物为砂、水和残炭，浮选去除比重轻的残炭，砂、水回用。
实施例3：
称取电极片250Kg，放入带式连续式微波炉料斗中，调整输料带速10分钟/周，向微波炉炉腔内通入氮气，微波炉出气口中氧气浓度5％时，启动螺旋输送机，向炉内输料带送料。同时，分段逐步启动微波，控制电极片出口温度300℃，裂解过程中产生的气体从微波炉出气口中引出，经冷凝、碱水洗涤后引出至室外火炬燃烧，冷凝所得裂解油收集作为化工原料。裂解结束后的残留固体进入收集仓，冷却至室温后，用质量比为1：3的砂、水混合物震荡摩擦洗涤15分钟，用10目的金属筛筛分，筛上物为金属片，烘干后称重为245Kg，筛下物为砂、水和残炭，浮选去除比重轻的残炭，砂、水回用。
实施例4：
称取电极片350Kg，放入带式连续式微波炉料斗中，调整输料带速20分钟/周，向微波炉炉腔内通入氮气，微波炉出气口中氧气浓度3％时，启动螺旋输送机，向炉内输料带送料。同时，分段逐步启动微波，控制电极片出口温度290℃，裂解过程中产生的气体从微波炉出气口中引出，经冷凝、碱水洗涤后引出至室外火炬燃烧，冷凝所得裂解油收集作为化工原料。裂解结束后的残留固体进入收集仓，冷却至室温后，用质量比为2：3的砂、水混合物震荡摩擦洗涤20分钟，用8目的金属筛筛分，筛上物为金属片，干燥后称重为340Kg，筛下物为砂、水和残炭，浮选去除比重轻的残炭，砂、水回用。
下面通过实验对比对本发明的应用效果做详细的说明。
对比例1：
称取电极片222.0g，放入石英容器中，石英容器放置在微波炉中，关闭炉门，通入氮气，微波炉出气口中氧气浓度4％时，启动微波，调整功率为1500W，微波辐照加热处理电极小片，时间15分钟，终点温度350℃。裂解过程中产生的气体从微波炉出气口中引出，经冷凝、碱水洗涤后引出至室外火炬燃烧，冷凝所得裂解油收集作为化工原料。炉内温度降低至80℃时，打开微波炉炉门，取出裂解残留固体，用质量比为1：2的砂、水混合物震荡摩擦洗涤20分钟，用10目的金属筛筛分，筛上物为金属片，烘干后称重为219.6g，筛下物为砂、水和残炭，浮选去除比重轻的残炭，砂、水回用。该对比例与实施例1除裂解终点温度外其余工艺一样，裂解残留固体经清洗后发现，金属片呈现出热熔后冷却固化的形貌，金属片中夹杂有残炭，难以清洗去除。
对比例2：
称取电极片350Kg，放入带式连续式微波炉料斗中，调整输料带速40分钟/周，向微波炉炉腔内通入氮气，微波炉出气口中氧气浓度3％时，启动螺旋输送机，向炉内输料带送料。同时，分段逐步启动微波，控制电极片出口温度290℃，裂解过程中产生的气体从微波炉出气口中引出，经冷凝、碱水洗涤后引出至室外火炬燃烧，冷凝所得裂解油收集作为化工原料。裂解结束后的残留固体进入收集仓，冷却至室温后，用质量比为2：3的砂、水混合物震荡摩擦洗涤20分钟，用8目的金属筛筛分，筛上物为金属片，干燥后称重为345Kg，筛下物为砂、水和残炭，浮选去除比重轻的残炭，砂、水回用。该对比例与实施例4除输料带速外其余工艺一样，输料带速越慢，相同的出口温度，升温速率越慢，微波加热功率越低。裂解残留固体经清洗后发现，金属片上还有未被裂解的隔膜，且难以清洗去除。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，所述废旧锂电池微波裂解处理方法包括：将废旧锂电池拆除外壳后所剩下的电极材料，用剪切式粉碎机撕裂成电极片，然后置于微波裂解炉中，在氮气氛围下用微波辐照电极片，电极片表面的有机物在微波的作用下发生裂解反应；裂解产生的气体经冷凝、碱水洗涤后作为燃气，冷凝所得的液体为裂解油，收集作为化工原料；裂解后残留的固体用砂水混合物摩擦洗涤，使裂解产生的残炭从金属片上脱落分离，经筛分后回收金属，砂水经浮选除炭以后回用。
2.如权利要求1所述的废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，所述废旧锂电池微波裂解处理方法包括以下步骤：
(1)将废旧锂电池的外壳拆除，得到电极材料；
(2)将步骤(1)中所得的电极材料用剪切式粉碎机撕裂成电极片；
(3)将步骤(2)中得的电极片置于微波裂解炉中，通入氮气，炉内气体从微波炉出气口引出；
(4)用频率为2.45GHZ±25MHZ的微波辐照电极片，产生裂解气和残留固体；
(5)将步骤(4)中产生的裂解气引出后进行冷凝、液封碱水洗，洗涤后的气体作为燃气外送，冷凝所得的液体为裂解油，收集作为化工原料；
(6)将步骤(4)中得到的固体物质用砂、水混合物震荡洗涤，裂解产生的残炭经震荡摩擦从金属片上脱落分离，经筛分后回收金属，砂、水经浮选除炭以后回用。
3.如权利要求2所述的废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，所述撕裂成的电极片边长≥0.5cm，≤5cm。
4.如权利要求2所述的废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，开启微波辐照前微波炉出气口引出的气体中氧气含量≤5wt％。
5.如权利要求2所述的废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，调整微波加热功率，使炉内的温度在5～15分钟内升温至250～300℃。
6.如权利要求2所述的废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，所述液封碱水洗时碱水面与气体出口高度差≤1米，≥0.1米，碱水的pH值为7～14，更优的PH值为10～12。
7.如权利要求2所述的废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或两者任意比例的混合物。
8.如权利要求2所述的废旧锂电池微波裂解处理方法，其特征在于，所述的砂和水的质量比为1～9：3。
9.一种应用权利要求1～8任意一项所述废旧锂电池微波裂解处理方法的废旧锂电池处理系统。
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