CN109182767B - 一种金属锂废渣的无害化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属锂废渣的无害化处理方法。所述方法包括：持续搅动金属锂废渣，并使所述金属锂废渣与潮湿气体持续接触反应，实现金属锂废渣的无害化处理，所述潮湿气体包含能够与金属锂反应形成稳定锂化合物的气体。本发明在处理金属锂废渣时只消耗处理气体中的二氧化碳，安全环保，金属锂废渣在常温下直接和潮湿二氧化碳反应得到碳酸锂，反应迅速，工艺流程简便耗时少，隔绝了空气，从而避免了燃烧、爆炸的危险；本发明能够直接快速有效地回收金属锂废渣中的金属锂，工艺简便。

Description

一种金属锂废渣的无害化处理方法

技术领域

本发明涉及一种金属锂废渣的无害化处理方法，特别涉及一种快速有效地金属锂废渣的 无害化处理方法，回收其中的金属锂，属于锂的回收技术领域。

背景技术

金属锂制造过程中的油炼阶段会产生大量含锂废渣，其质量约为金属锂产量的3％，主要 成分包含金属锂、钾、钠及其氧化物、氮化物、碳化物。金属锂废渣通常是浸泡在白油中， 从白油中捞出后，表面会均匀的覆盖一层油膜，这层油膜阻止了金属锂与空气中水、氧气和 氮气等的直接接触，起到了保护金属锂废渣的作用。金属锂废渣回收装桶后，随着放置时间 的延长，金属锂废渣表面的油膜逐渐变薄，并且在搬运过程中，金属锂废渣之间的摩擦促进 了油膜的破坏，失去油膜保护的金属锂与空气中的水、氧气和氮气等发生如下反应：

Li+H₂O＝LiOH+H₂↑

4Li+O₂＝2Li₂O

Li₂O+H₂O＝2LiOH

6Li+N₂＝2Li₃N

Li₃N+3H₂O＝3LiOH+NH₃↑

上述反应释放大量反应热，并产生气体，如果不能及时处理掉这些金属锂废渣，热量不 能及时排放，经过长时间的热量积聚，金属锂废渣的温度逐渐升高，积累到一定程度就会发 生自燃甚至爆炸，引发火灾，造成财产损失和人身伤害，仅2012年就发生过3起金属锂废渣 自燃事件。因此金属锂废渣的安全处理显得尤为重要，具有很大的社会价值和经济价值。

目前的金属锂废渣处理方法主要为以下几种：

1.将金属锂废渣溶解于水得到锂的化合物。例如，专利CN1326640C提供了一种合成烷 基锂所得锂渣的水解方法，将烷基锂过滤所得的锂渣收入锂渣缓冲罐中，然后通过锂渣计量 泵将锂渣缓缓压入水解釜中，与水解釜内大量的水发生水解反应，反应温度控制在60℃以下， 并通过水解釜的温度来控制锂渣的加入量；反应热通过釜体夹套冷却水带走，反应过程蒸发 出来的烃类溶剂等气体则通过放空冷凝器冷却回收。但是将金属锂废渣溶解于水得到锂的化 合物，由于金属锂的活泼性质，金属锂废渣溶解于水时难免会出现燃烧甚至爆炸等危险情况。

2.通过高温燃烧来处理金属锂废渣，金属锂废渣中的金属组分燃烧时形成氧化物，而金 属态锂则受热融化脱离主体，冷却后单独回收。例如，专利CN104764024B提供了一种钠钾 锂及锂渣废料处理装置，包括燃烧室、烟气处理装置和烟气排出装置。在燃烧室内点燃钠钾 锂及锂渣物料，锂物料转化为氧化物，燃烧时由于金属锂的熔点低，金属锂被加热至熔融状 态后过排锂漏孔而排至盛锂盆。燃烧后得到的氧化物经过水解处理即可回收锂资源。燃烧过 程中产生大量的烟气，该烟气经过烟气处理装置做无害化处理，最终通过烟气排出装置排至 外界。又例如，专利CN204661797U提供了一种金属锂废渣回收装置，其包括燃烧室、排风 机、一次淋洗塔和水封槽。在燃烧室中燃烧金属锂废渣，燃烧过程中液体金属锂通过出液凹 槽流入集锂罐，燃烧过程中产生的烟气通过出烟道与一次淋洗塔中喷淋下来的水逆向接触， 使烟气中的锂化合物被水吸收流入一次循环水槽。通过高温燃烧来处理金属锂废渣，同样也 是由于金属锂的活泼性质，其在高温下容易形成炽热的金属球体，将反应产生的气体(氢气 和有机气体等)引燃，使得金属锂废渣在空气中燃烧时存在着燃烧失控的隐患，且最终得到 的金属锂产品仍然具有较高的危险性，不能达到安全处理金属锂废渣的目的，同时这种处理 方法也有设备较多、流程复杂和能耗较高的缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种金属锂废渣的无害化处理方法，从而克服了现有技术中 的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种金属锂废渣的无害化处理方法，其包括：持续搅动金属锂废渣， 并使所述金属锂废渣与潮湿气体持续接触反应，实现金属锂废渣的无害化处理，所述潮湿气 体包含能够与金属锂反应形成稳定锂化合物的气体。

在一些实施例中，所述无害化处理方法具体包括：

(1)将金属锂废渣置于密闭的反应室内，并排除所述反应室内的空气；

(2)向所述反应室内输入潮湿气体，至所述反应室内的温度达到50℃时，搅动所述反 应室内的物料，以将所述反应室内的温度控制在80℃以下，其中所述潮湿气体包含能够与金 属锂形成稳定锂化合物的气体；

(3)在所述反应室内的温度趋于稳定时，停止搅动所述反应室内的物料，停止向所述反 应室内输入潮湿气体，将所述反应室密封；以及

(4)将经无害化处理后的金属锂废渣从所述反应室内取出。

在一些实施例中，所述潮湿气体的湿度为30％～99％。

较之现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的金属锂废渣的无害化处理方法在处理金属锂废渣时只消耗处理气体中的 二氧化碳，不会生成易燃和有毒的气体，安全环保；

2)本发明的金属锂废渣的无害化处理方法中金属锂废渣在常温下直接和潮湿二氧化碳反 应得到碳酸锂，反应迅速，工艺流程简便耗时少，隔绝了空气，从而避免了燃烧、爆炸的危 险；

3)本发明处理后的金属锂废渣安全性能好，不会与空气和水有明显反应；

4)本发明反应得到的碳酸锂安全无害且易于回收。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方 案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

金属锂废渣在空气中放置会转化为氢氧化锂，最终缓慢转变成碳酸锂，但此过程较慢， 其原因是金属锂渣和非惰性气体接触时，会在其表面生成一层锂的化合物，这种化合物会阻 止非惰性气体和锂渣颗粒的进一步反应，从而延缓了上述反应的速率。为了上述反应能持续 加快进行，必须在反应进行过程中破除这层“保护膜”。

本案发明人在实验中发现，高湿度的空气可以大大缩短金属锂转化为碳酸锂的时间。即 空气中的水蒸气是上述反应的催化剂。其原因可能是水蒸汽可以穿透到锂渣颗粒内部进行反 应，从而到锂渣颗粒裂开，让上述反应可以持续发生。因此，在本发明中可以让潮湿的CO₂气体通过金属锂废渣，从而快速让金属锂废渣转化为碳酸锂。整个过程中，隔绝了空气，从 而避免了燃烧，爆炸的危险。整个过程需在具有搅拌器的密封反应器内进行。同时，高速搅 拌也又利于锂渣颗粒表面“保护膜”的破除。

作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种金属锂废渣的无害化处理方法，其 包括：持续搅动金属锂废渣，并使所述金属锂废渣与潮湿气体持续接触反应，实现金属锂废 渣的无害化处理，所述潮湿气体包含能够与金属锂反应形成稳定锂化合物的气体。

在一些实施例中，所述无害化处理方法具体包括：

(1)将金属锂废渣置于密闭的反应室内，并排除所述反应室内的空气；

(2)向所述反应室内输入潮湿气体，至所述反应室内的温度达到50℃时，搅动所述反 应室内的物料，以将所述反应室内的温度控制在80℃以下，并逐步提高搅拌器转速至1000 转/分以上为止。其中所述潮湿气体包含能够与金属锂形成稳定锂化合物的气体；

(3)在所述反应室内的温度趋于稳定时，停止搅动所述反应室内的物料，停止向所述反 应室内输入潮湿气体，将所述反应室密封；以及

(4)将经无害化处理后的金属锂废渣从所述反应室内取出。

本发明用于快速有效地处理金属锂废渣并回收其中的金属锂，具体应用范围包括但不仅 限于：金属锂废渣和其它含金属锂的混合物和金属锂的无害化处理、碱金属和含碱金属的混 合物的无害化处理。

在一些实施例中，步骤(1)具体包括：将金属锂废渣置于密闭的反应室内，并向所述反 应室内通入保护性气体，同时打开与所述反应室连通的排气阀，从而将所述反应室内的空气 排出，所述保护性气体与金属锂不反应。

在一些实施例中，所述保护性气体包括一种以上惰性气体，具体的，所述保护性气体可 以是氦气、氖气和氩气等惰性气体中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述潮湿气体的湿度为30％～99％。

在一些实施例中，所述潮湿气体包括二氧化碳气体或二氧化碳气体与辅助气体的混合气 体，所述辅助气体可以是与金属锂不反应的惰性气体，所述的稳定锂化合物包括碳酸锂。

其中，二氧化碳气体可以替换为其他能和金属锂形成稳定锂盐的气体。

在一些实施例中，步骤(2)具体包括：向所述反应室内输入潮湿气体，在所述反应室内 的温度达到50℃时，以100～1000转/分的速度搅动所述反应室内的物料，从而将所述反应室 内的温度控制在80℃以下。其中，搅拌可以起到破除锂渣颗粒表面“保护膜”的作用。

进一步地，步骤(2)包括：以2～10L/min的流速向所述反应室内通入所述潮湿气体，同 时打开与所述反应室连通的排气阀。

在一些实施例中，步骤(3)具体包括：在对所述反应室内的物料的搅动速度达到1000 转/分以上，且所述反应室内的温度趋于稳定时，停止搅动所述反应室内的物料，并停止向所 述反应室内输入潮湿气体，而将所述反应室密封10min以上，之后进行步骤(4)的操作。其 中，转速改变的依据是将所述反应室内的温度控制在80℃以下。

进一步地，步骤(3)具体包括：在所述反应室内的温度趋于稳定时，停止搅动所述反应 室内的物料，关闭与所述反应室连通的排气阀，并停止向所述反应室内输入潮湿气体，从而 将所述反应室密封。

其中，作为本发明的更为具体的实施案例之一，所述金属锂废渣的无害化处理方法可具 体包括以下步骤：

1.取金属锂废渣加入到一个有高速搅拌器的密闭反应器内；

2.将金属锂废渣放置好后，封闭反应器；

3.开启排气阀门，向反应器内中通入高纯氩气，排出反应器内的空气；

4.关闭排气阀门，向反应器内通入潮湿二氧化碳，流速为2～10L/min，开启排气阀门；

5.通入潮湿二氧化碳后，观察反应器内温度变化，初期反应器内温度略有上升，当反应 器内温度达到50℃时，开启反应器搅拌；

6.控制搅拌速度为100～1000转/分钟，搅拌器速度逐渐升高，确保反应器内温度为80℃ 以下；

7.当转速达到1000转/分钟以上后，反应器内温度趋于稳定时，关闭搅拌器，关闭排气 阀，停止通入潮湿二氧化碳气体。等待10min以上后，打开反应器。

8.打开管式炉，将处理后的金属锂废渣从反应器内取出。经检测，处理后的金属锂废渣 安全性能好，不会与空气和水有明显反应。

综上，本发明提供的金属锂废渣的无害化处理方法在处理金属锂废渣时只消耗处理气体 中的二氧化碳，不会生成易燃和有毒的气体，安全环保；金属锂废渣在常温下直接和潮湿二 氧化碳反应得到碳酸锂，反应迅速，工艺流程简便耗时少，隔绝了空气，从而避免了燃烧、 爆炸的危险，本发明处理后的金属锂废渣安全性能好，不会与空气和水有明显反应，并且， 反应得到的碳酸锂安全无害且易于回收。

下面结合若干优选实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件。

实施例1

本实施例中金属锂废渣的无害化处理方法具体包括以下步骤：

1.取金属锂废渣加入到一个有高速搅拌器的密闭反应器内；

2.将金属锂废渣放置好后，封闭反应器；

3.开启排气阀门，向反应器内中通入高纯氩气，排出反应器内的空气；

4.关闭排气阀门，向反应器内通入湿度为30％的潮湿二氧化碳，流速为10L/min，开启 排气阀门；

5.通入湿度为30％的潮湿二氧化碳后，观察反应器内温度变化，初期反应器内温度略有 上升，当反应器内温度达到50℃后，开启反应器搅拌；

6.控制搅拌速度为100转/分，反应器内温度高于80℃时，保持搅拌速度，当反应器内 温度低于80℃时，逐步提高搅拌速度。重复上述操作，直至搅拌器转速达到1000转/分为止。

7.当转速达到1000转/分钟后，反应器内温度趋于稳定时，关闭搅拌器，关闭排气阀， 停止通入潮湿CO₂气体。等待10min后，打开反应器。

8.打开管式炉，将处理后的金属锂废渣从反应器内取出。

9.处理后的金属锂废渣丢入到水中，仅有微弱反应，少量气泡产生。

实施例2

1.取金属锂废渣加入到一个有高速搅拌器的密闭反应器内；

2.将金属锂废渣放置好后，封闭反应器；

3.开启排气阀门，向反应器内中通入高纯氩气，排出反应器内的空气；

4.关闭排气阀门，向反应器内通入湿度为60％的潮湿二氧化碳，流速为5L/min，开启排 气阀门；

5.通入湿度为60％的潮湿二氧化碳后，观察反应器内温度变化，初期反应器内温度略有 上升，当反应器内温度达到50℃后开启反应器搅拌；

6.控制搅拌速度为500转/分，反应器内温度高于80℃时，保持搅拌速度，当反应器内 温度低于80℃时，逐步提高搅拌速度。重复上述操作，直至搅拌器转速达到1000转/分为止。

7.当转速达到1000转/分钟后，反应器内温度趋于稳定时，关闭搅拌器，关闭排气阀， 停止通入潮湿CO₂气体。等待30min后，打开反应器。

8.打开管式炉，将处理后的金属锂废渣从反应器内取出。

9.处理后的金属锂废渣丢入到水中，仅有微弱反应，少量气泡产生。

实施例3

1.取金属锂废渣加入到一个有高速搅拌器的密闭反应器内；

2.将金属锂废渣放置好后，封闭反应器；

3.开启排气阀门，向反应器内中通入高纯氩气，排出反应器内的空气；

4.关闭排气阀门，向反应器内通入湿度为99％的潮湿二氧化碳，流速为2L/min，开启排 气阀门；

5.通入湿度为99％的潮湿二氧化碳后，观察反应器内温度变化，初期反应器内温度略有 上升，当反应器内温度达到50℃后，开启反应器搅拌；

6.控制搅拌速度为100转/分，反应器内温度高于80℃时，保持搅拌速度，当反应器内 温度低于80℃时，逐步提高搅拌速度。重复上述操作，直至搅拌器转速达到1000转/分为止。

7.当转速达到1000转/分钟后，反应器内温度趋于稳定时，关闭搅拌器，关闭排气阀， 停止通入潮湿CO₂气体。等待20min后，打开反应器。

8.打开管式炉，将处理后的金属锂废渣从反应器内取出。

9.处理后的金属锂废渣丢入到水中，仅有微弱反应，少量气泡产生。

对照例

1.在敞开的反应器中加入水。

2.将金属锂渣放入水中，锂渣漂浮于水表面，剧烈反应，大量放热，产生大量氢气和氨 气。

3.部分锂渣在与水接触后，会燃烧，从而引发爆炸。爆炸形成的火球还会将反应器内的 其他锂渣也引燃，从而导致更大规模的爆炸。

综上所述，藉由上述技术方案，本发明的无害化处理方法在处理金属锂废渣时只消耗处 理气体中的二氧化碳，不会生成易燃和有毒的气体，安全环保，且能够直接快速有效地回收 金属锂废渣中的金属锂，工艺简便。

此外，本案发明人还参照实施例1-3的方式，以本说明书中列出的其它原料和条件等进 行了试验，并同样成功直接快速有效地回收了金属锂废渣中的金属锂，工艺简便，经济效益 高。

需要说明的是，在本文中，在一般情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在 包括所述要素的步骤、过程、方法或者实验设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，以上较佳实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其他实施 方式，但凡本领域技术人员因本发明所涉及之技术启示，而采用等同替换或等效变形方式形 成的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于包括：

（1）将金属锂废渣置于密闭的反应室内，并排除所述反应室内的空气；

（2）向所述反应室内输入潮湿气体，至所述反应室内的温度达到50℃时，持续搅动所述反应室内的物料与潮湿气体持续接触反应，以将所述反应室内的温度控制在80℃以下，其中所述潮湿气体包含能够与金属锂形成稳定锂化合物的气体，所述潮湿气体的湿度为30%~99%，所述潮湿气体包括二氧化碳气体或二氧化碳气体与辅助气体的混合气体，所述辅助气体与金属锂不反应，所述的稳定锂化合物包括碳酸锂；

（3）在所述反应室内的温度趋于稳定时，停止搅动所述反应室内的物料，停止向所述反应室内输入潮湿气体，将所述反应室密封；

（4）将经无害化处理后的金属锂废渣从所述反应室内取出。

2.根据权利要求1所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于，步骤（1）具体包括：将金属锂废渣置于密闭的反应室内，并向所述反应室内通入保护性气体，同时打开与所述反应室连通的排气阀，从而将所述反应室内的空气排出，所述保护性气体与金属锂不反应。

3.根据权利要求2所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于：所述保护性气体包括一种以上惰性气体。

4.根据权利要求3所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于：所述保护性气体包括氦气、氖气和氩气中的任意一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于，步骤（2）具体包括：向所述反应室内输入潮湿气体，在所述反应室内的温度达到50℃时，以100~1000转/分的速度搅动所述反应室内的物料，从而将所述反应室内的温度控制在80℃以下。

6.根据权利要求1或5所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于，步骤（2）包括：以2~10 L/min的流速向所述反应室内通入所述潮湿气体，同时打开与所述反应室连通的排气阀。

7.根据权利要求1所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于，步骤（3）具体包括：在对所述反应室内的物料的搅动速度达到1000转/分钟以上，且所述反应室内的温度趋于稳定时，停止搅动所述反应室内的物料，并停止向所述反应室内输入潮湿气体，而将所述反应室密封10min以上，之后进行步骤（4）的操作。

8.根据权利要求7所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于，步骤（3）具体包括：在所述反应室内的温度趋于稳定时，停止搅动所述反应室内的物料，关闭与所述反应室连通的排气阀，并停止向所述反应室内输入潮湿气体，从而将所述反应室密封。