CN109248904A - 一种金属锂废渣的无害化处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属锂废渣的无害化处理方法及系统。所述方法包括：提供液相体系，所述液相体系包括分层的油相和水相，油相分布在水相上方，且油相与金属锂废渣不反应；将金属锂废渣加入所述液相体系，并使金属锂废渣分布于所述油相内；将金属锂废渣压入所述水相内，使其中的金属锂与水反应，同时持续移除反应产生的氢气，实现金属锂废渣的无害化处理。本发明的金属锂废渣的无害化处理方法整个反应是在水底进行，可隔绝氧气，可以保证金属锂与水的反应速率，提高处理效率，保证工业化生产的需求；同时，本发明的方法安全可控，没有锂渣起火和爆炸的风险。
Description
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及其系统，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：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，风险较高，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。例如，专利CN206368190U提供了一种金属锂渣的回收反应装置及处理装置，该专利中采用饱和氢氧化锂溶液来降低水和锂渣的反应速率，从而降低了锂渣处理的风险。但是其缺点也是明显的，整个工艺效率低，锂渣处理量小。又例如，专利CN207016839U提供了一种金属锂废渣回收装置，该装置通过设立多个水解区域来促使锂渣水解完全，降低锂渣水解过程中的着火风险。虽然这种装置能够降低锂渣水解过程中的着火风险，但是，并不能避免锂渣处理时着火这种风险的产生。
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及系统，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：
提供液相体系，所述液相体系包括分层的油相和水相，油相分布在水相上方，且油相与金属锂废渣不反应；
将金属锂废渣加入所述液相体系，并使金属锂废渣分布于所述油相内；
将金属锂废渣压入所述水相内，使其中的金属锂与水反应，同时持续移除反应产生的氢气，实现金属锂废渣的无害化处理。
在一些实施例中，所述无害化处理方法具体包括：
(1)在密封反应容器内加入所述液相体系，并使所述密封反应容器内的气压保持设定负压值；
(2)向所述液相体系内加入金属锂废渣；
(3)以至少一按压机构将所述金属锂废渣压入水相内，使其中的金属锂与水反应，同时将反应产生的氢气排放至氢气处理系统内。
在一些实施例中，所述无害化处理方法还包括：
(4)在所述密封反应容器内的气压重新稳定保持在所述设定负压值后，重复步骤(2)-(3)的操作一次以上，并在所述水相的温度达到60～80℃后，停止向所述液相体系内加入金属锂废渣，并将所述密封反应容器内的水相排出，重新加入常温的水相，重新进行步骤(2)-(3)的操作。
本发明实施例还提供了一种金属锂废渣的无害化处理系统，其包括：
密封反应容器，其能够盛装液相体系，所述液相体系包括分层的油相和水相，油相分布在水相上方，且油相与金属锂废渣不反应；
按压机构，其能够将分布在所述油相内的金属锂废渣按压入所述水相；
氢气处理系统，其能够将在所述密封反应容器内产生的氢气移除。
较之现有技术，本发明提供的金属锂废渣的无害化处理方法整个反应是在水底进行，可隔绝氧气，可以保证金属锂与水的反应速率，提高处理效率，保证工业化生产的需求；同时，本发明的方法安全可控，没有锂渣起火和爆炸的风险。
附图说明
图1是本发明一典型实施方案中一种金属锂废渣的无害化处理系统的结构示意图。
附图标记说明：1-加料漏斗，2-排气口，3-密封反应容器，4-筛网。
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。
在金属锂废渣的处理方式中，使金属锂废渣与水反应是一种容易想到的方法，但此法存在安全因素，金属锂废渣和水反应时存在大量放热现象，可能导致金属锂渣着火，锂渣着火后，锂渣和水的反应会大幅加速，从而产生大量氢气，引发爆炸。物体着火需要达到两个条件，一是温度到达着火点；二是有助燃剂。锂渣的密度比水轻，会漂浮在水的表面，当锂渣与水接触时，就可能触发上述两个条件导致锂渣着火。而本发明的主要构思原理是将让金属锂废渣沉在水底进行反应，让金属锂废渣在水底和水进行反应，可以很好避免锂渣着火，使得上述反应安全可控。同时，整个反应过程中密封反应容器内一直进行真空抽取，产生的氢气浓度始终在安全的范围内，不会发生爆炸。
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：
提供液相体系，所述液相体系包括分层的油相和水相，油相分布在水相上方，且油相与金属锂废渣不反应；
将金属锂废渣加入所述液相体系，并使金属锂废渣分布于所述油相内；
将金属锂废渣压入所述水相内，使其中的金属锂与水反应，同时持续移除反应产生的氢气，实现金属锂废渣的无害化处理。
本发明用于快速有效地处理金属锂废渣，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，所述无害化处理方法具体包括：
(1)在密封反应容器内加入所述液相体系，并使所述密封反应容器内的气压保持设定负压值；
(2)向所述液相体系内加入金属锂废渣；
(3)以至少一按压机构将所述金属锂废渣压入水相内，使其中的金属锂与水反应，同时将反应产生的氢气排放至氢气处理系统内。
在一些实施例中，所述无害化处理方法还包括：
(4)在所述密封反应容器内的气压重新稳定保持在所述设定负压值后，重复步骤(2)-(3)的操作一次以上，并在所述水相的温度达到60～80℃后，停止向所述液相体系内加入金属锂废渣，并将所述密封反应容器内的水相排出，重新加入常温的水相，重新进行步骤(2)-(3)的操作。
进一步地，所述无害化处理方法还包括：在进行步骤(1)-(3)的操作时，还使与所述密封反应容器连接的循环冷却装置保持开启。
进一步地，所述无害化处理方法还包括：采用抽真空装置将所述密封反应容器内的气压保持在所述设定负压值以及将反应产生的氢气持续排放至氢气处理系统。整个反应过程中密封反应容器内一直进行真空抽取，产生的氢气浓度始终在安全的范围内，不会发生爆炸。
进一步地，所述设定负压值为0.08～0.09MPa。
进一步地，所述油相由白油形成。
在一些实施例中，所述按压机构能够于所述密封反应容器内上下移动，并且所述按压机构具有多孔结构，所述多孔结构能够使由金属锂废渣与水反应形成的氢气通过。
进一步地，所述按压机构可以是筛网，但不限于此。
本发明的整个反应是在水底进行，目的是隔绝氧气。而除了采用按压机构以外，让金属锂废渣沉入水底的方法很多，只要能保证金属锂废渣沉入水底即可。
在一些实施例中，所述的无害化处理方法还可包括：以氢气监测装置监控所述密封反应容器周围的氢气浓度，并依据所述氢气浓度的大小，决定是否继续进行或停止步骤(1)-(3)的操作。所述氢气监测装置监控所述密封反应容器周围的氢气浓度始终在安全的范围内，不会发生爆炸。
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.在密闭反应容器内加入白油和水，开启真空泵，使容器内保持0.08～0.09MPa的负压，并开启密闭反应容器外壁的循环冷却装置；
2.从密闭反应容器侧面加入金属锂废渣，金属锂废渣首先会掉入白油表面，不会立即发生反应。
3.开启筛网控制器，让筛网向下移动，将漂浮在白油表面的金属锂废渣沉入水底；
4.金属锂废渣沉入水底后，与水发生反应，由于锂渣在水底反应，不会着火，反应速度可控，产生的氢气被真空泵抽出，排放至氢气处理系统内；
5.密闭反应容器内负压值重新稳定至0.08～0.09MPa的负压后，重复上述操作。多次循环后，密闭反应容器内水温会升高，当水温达到60～80℃以后，停止加入金属锂废渣。将密闭反应容器内的水排出，加入常温水，然后继续处理金属锂废渣；
6.密闭反应容器附近安装氢气监测装置如氢气浓度仪，监控氢气浓度，如果发现氢气泄漏至操作现场，需立即停止处理金属锂废渣。
综上，本发明的金属锂废渣的无害化处理方法整个反应是在水底进行，可隔绝氧气，可以保证金属锂与水的反应速率，提高处理效率，保证工业化生产的需求；同时，本发明的方法安全可控，没有锂渣起火和爆炸的风险。
作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系一种金属锂废渣的无害化处理系统，其包括：
密封反应容器，其能够盛装液相体系，所述液相体系包括分层的油相和水相，油相分布在水相上方，且油相与金属锂废渣不反应；
按压机构，其能够将分布在所述油相内的金属锂废渣按压入所述水相；
氢气处理系统，其能够将在所述密封反应容器内产生的氢气移除。
在一些实施例中，所述按压机构能够于所述密封反应容器内上下移动，并且所述按压机构具有多孔结构，所述多孔结构能够使由金属锂废渣与水反应形成的氢气通过。
进一步地，所述按压机构可以是筛网，但不限于此。
本发明的整个反应是在水底进行，目的是隔绝氧气。而除了采用按压机构以外，让金属锂废渣沉入水底的方法很多，只要能保证金属锂废渣沉入水底即可。
进一步地，所述密封反应容器上设有至少一加料口和至少一排气口，所述加料口至少用于向所述密封反应容器内输入金属锂废渣，例如可以采用加料漏斗，所述排气口至少用于将所述密封反应容器内产生的氢气排出。
进一步地，所述密封反应容器还与循环冷却装置和/或负压发生装置连接。
更进一步地，所述氢气处理系统经过所述负压发生装置与所述密封反应容器上的排气口连接。
进一步地，所述金属锂废渣的无害化处理系统还包括氢气监测装置，所述氢气监测装置设置于所述密封反应容器周围，监控所述密封反应容器周围的氢气浓度始终在安全的范围内，不会发生爆炸。
具体的，请参阅图1所示，本发明一典型实施例中一种金属锂废渣的无害化处理系统包括：密封反应容器3、按压机构和氢气处理系统(图中未标识)。
所述密封反应容器3上设有至少一加料口(本实施例中采用加料漏斗1)和至少一排气口2，所述加料漏斗1至少用于向所述密封反应容器3内输入金属锂废渣，所述排气口2至少用于将所述密封反应容器3内产生的氢气排出。所述按压机构能够将分布在油相内的金属锂废渣按压入水相，且其能够于所述密封反应容器3内上下移动，并且所述按压机构具有多孔结构，所述多孔结构能够使由金属锂废渣与水反应形成的氢气通过，本实施例中的按压机构采用筛网4。所述密封反应容器3还可与循环冷却装置、负压发生装置(图中未标识)等连接，所述氢气处理系统经过所述负压发生装置与所述密封反应容器3上的排气口2连接。所述无害化处理系统还可包括氢气监测装置(图中未标识)，所述氢气监测装置设置于所述密封反应容器3周围，监控所述密封反应容器3周围的氢气浓度始终在安全的范围内，不会发生爆炸。
本发明提供的金属锂废渣的无害化处理系统结构设计简单合理，可使金属锂废渣在水底和水进行反应，可以很好避免锂渣着火，使得反应安全可控。
下面结合若干优选实施例及附图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.在密闭反应容器内加入白油和水，开启真空泵，使容器内保持约0.09MPa的负压，并开启密闭反应容器外壁的循环冷却装置。
2.从密闭反应容器侧面加入金属锂废渣，金属锂废渣首先会掉入白油表面，不会立即发生反应。
3.开启筛网控制器，让筛网向下移动，将漂浮在白油表面的金属锂废渣沉入水底。
4.金属锂废渣入沉水底后，与水发生反应，产生的氢气被真空泵抽出，排放至氢气处理系统内。
5.密闭反应容器内负压值重新稳定至0.09MPa的负压后，重复上述操作。多次循环后，密闭反应容器内水温会升高，当水温达到60℃以后，停止加入金属锂废渣。将密闭反应容器内的水排出，加入常温水，然后继续处理金属锂废渣；
6.密闭反应容器附近安装氢气浓度仪，监控氢气浓度，如果发现氢气泄漏至操作现场，需立即停止处理金属锂废渣。
实施例2
1.在密闭反应容器内加入白油和水，开启真空泵，使容器内保持约0.08MPa的负压，并开启密闭反应容器外壁的循环冷却装置。
2.从密闭反应容器侧面加入金属锂废渣，金属锂废渣首先会掉入白油表面，不会立即发生反应。
3.开启筛网控制器，让筛网向下移动，将漂浮在白油表面的金属锂废渣沉入水底。
4.金属锂废渣沉入水底后，与水发生反应，产生的氢气被真空泵抽出，排放至氢气处理系统内。
5.密闭反应容器内负压值重新稳定至0.08MPa的负压后，重复上述操作。多次循环后，密闭反应容器内水温会升高，当水温达到70℃以后，停止加入金属锂废渣。将密闭反应容器内的水排出，加入常温水，然后继续处理金属锂废渣；
6.密闭反应容器附近安装氢气浓度仪，监控氢气浓度，如果发现氢气泄漏至操作现场，需立即停止处理金属锂废渣。
实施例3
1.在密闭反应容器内加入白油和水，开启真空泵，使容器内保持约0.085MPa的负压，并开启密闭反应容器外壁的循环冷却装置。
2.从密闭反应容器侧面加入金属锂废渣，金属锂废渣首先会掉入白油表面，不会立即发生反应。
3.开启筛网控制器，让筛网向下移动，将漂浮在白油表面的金属锂废渣沉入水底。
4.金属锂废渣沉入水底后，与水发生反应，产生的氢气被真空泵抽出，排放至氢气处理系统内。
5.密闭反应容器内负压值重新稳定至0.085MPa的负压后，重复上述操作。多次循环后，密闭反应容器内水温会升高，当水温达到80℃以后，停止加入金属锂废渣。将密闭反应容器内的水排出，加入常温水，然后继续处理金属锂废渣；
6.密闭反应容器附近安装氢气浓度仪，监控氢气浓度，如果发现氢气泄漏至操作现场，需立即停止处理金属锂废渣。
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，本发明的金属锂废渣的无害化处理方法整个反应是在水底进行，可隔绝氧气，可以保证金属锂与水的反应速率，提高处理效率，保证工业化生产的需求；同时，本发明的方法安全可控，没有锂渣起火和爆炸的风险。
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处理了金属锂废渣，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 (12)
1.一种金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于包括：
提供液相体系，所述液相体系包括分层的油相和水相，油相分布在水相上方，且油相与金属锂废渣不反应；
将金属锂废渣加入所述液相体系，并使金属锂废渣分布于所述油相内；
将金属锂废渣压入所述水相内，使其中的金属锂与水反应，同时持续移除反应产生的氢气，实现金属锂废渣的无害化处理。
2.根据权利要求1所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于具体包括：
(1)在密封反应容器内加入所述液相体系，并使所述密封反应容器内的气压保持设定负压值；
(2)向所述液相体系内加入金属锂废渣；
(3)以至少一按压机构将所述金属锂废渣压入水相内，使其中的金属锂与水反应，同时将反应产生的氢气排放至氢气处理系统内。
3.根据权利要求2所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于还包括：
(4)在所述密封反应容器内的气压重新稳定保持在所述设定负压值后，重复步骤(2)-(3)的操作一次以上，并在所述水相的温度达到60～80℃后，停止向所述液相体系内加入金属锂废渣，并将所述密封反应容器内的水相排出，重新加入常温的水相，重新进行步骤(2)-(3)的操作。
4.根据权利要求2所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于还包括：在进行步骤(1)-(3)的操作时，还使与所述密封反应容器连接的循环冷却装置保持开启；和/或，采用抽真空装置将所述密封反应容器内的气压保持在所述设定负压值以及将反应产生的氢气持续排放至氢气处理系统。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于：所述设定负压值为0.08～0.09MPa；和/或，所述油相由白油形成。
6.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：所述按压机构能够于所述密封反应容器内上下移动，并且所述按压机构具有多孔结构，所述多孔结构能够使由金属锂废渣与水反应形成的氢气通过；优选的，所述按压机构包括筛网。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的金属锂废渣的无害化处理方法，其特征在于还包括：以氢气监测装置监控所述密封反应容器周围的氢气浓度，并依据所述氢气浓度的大小，决定是否继续进行或停止步骤(1)-(3)的操作。
8.一种金属锂废渣的无害化处理系统，其特征在于包括：
密封反应容器，其能够盛装液相体系，所述液相体系包括分层的油相和水相，油相分布在水相上方，且油相与金属锂废渣不反应；
按压机构，其能够将分布在所述油相内的金属锂废渣按压入所述水相；
氢气处理系统，其能够将在所述密封反应容器内产生的氢气移除。
9.根据权利要求8所述的金属锂废渣的无害化处理系统，其特征在于：所述按压机构能够于所述密封反应容器内上下移动，并且所述按压机构具有多孔结构，所述多孔结构能够使由金属锂废渣与水反应形成的氢气通过；优选的，所述按压机构包括筛网。
10.根据权利要求8所述的金属锂废渣的无害化处理系统，其特征在于：所述密封反应容器上设有至少一加料口和至少一排气口，所述加料口至少用于向所述密封反应容器内输入金属锂废渣，所述排气口至少用于将所述密封反应容器内产生的氢气排出。
11.根据权利要求10所述的金属锂废渣的无害化处理系统，其特征在于：所述密封反应容器还与循环冷却装置和/或负压发生装置连接；优选的，所述氢气处理系统经过所述负压发生装置与所述密封反应容器上的排气口连接。
12.根据权利要求8所述的金属锂废渣的无害化处理系统，其特征在于：所述金属锂废渣的无害化处理系统还包括氢气监测装置，所述氢气监测装置设置于所述密封反应容器周围。
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