CN109821312A - 一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，包括：窑炉尾气处理和水洗废水处理，利用本发明所采用的废水与尾气再利用处理方法，可以提高原料利用率并降低生产成本，消除窑炉尾气中的氢氧化锂粉尘污染、消除废水中的氢氧化锂以及三元材料重金属污染。该系统操作简便，控制效率高，便于进行大规模推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及高镍三元材料厂污染物排放处理领域，特别是一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法。
背景技术
高镍三元材料因具有更高的克容量以及循环性能，较低的成本等因素，而成为长续航里程电动车正极材料的首选。行业数据预测到2025年，高镍三元材料的总需求量会达到50万吨每年。传统的三元材料生产工厂需要逐步进行工厂和工艺改进，以适应高镍三元材料的生产要求。
高镍三元材料厂的生产过程属于氧气和前驱体、氢氧化锂进行气固接触性高温固相合成过程。高温烧结环节一般采用辊道窑炉、推板炉和回转窑，氧气在通入窑炉进行反应的过程中，反应参与率大约在30％，未参与反应的氧气会夹带反应过程中释放的水蒸气、氢氧化锂微粉排放出窑炉烟囱；水洗固液分离环节中，需使用去离子水与反应中间产物进行液固接触，洗涤去除材料表面的残余锂，从而产生含氢氧化锂以及少量三元材料微粉的废水。传统的三元材料烧结工厂，将窑炉尾气、水洗废水直接排放，会造成氧气、氢氧化锂和三元材料微粉资源浪费，增加生产成本，同时也会对环境造成污染，给工厂周边环境带来危害，不符合新时期国家对节能环保提出的要求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供解决上述技术问题并提高原料利用率和降低生产成本，消除窑炉尾气中的氢氧化锂粉尘污染、消除废水中的氢氧化锂以及三元材料微粉污染的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，包括：
窑炉尾气处理：通过封闭式除冷凝水除粉尘密封，未完全反应完的氧气不断进行循环使用，收集尾气中的冷凝水和氢氧化锂微粉；
水洗废水处理：通过处理水洗废水，分步回收废水中的三元材料微粉和氢氧化锂，且收集蒸发池蒸发的水汽。
作为本发明的进一步改进：所述窑炉尾气处理包括以下步骤：
(1)窑炉尾气收集：将高镍三元材料厂高温烧结窑炉尾气烟囱排放出的高温尾气进行收集；
(2)尾气冷凝除水：尾气通入到冷却器中冷却，进行水蒸气凝结；
(3)冷凝水回收再利用：冷凝收集的水打入冷却水系统进行循环冷却使用；
(4)过滤网除粉尘氢氧化锂:除去了冷凝水的尾气通入过滤网，截留和收集氢氧化锂微粉；
(5)氢氧化锂回收再利用；
(6)氧气压缩:经过上述步骤，除去了冷凝水和氢氧化锂微粉的尾气中的氧气含量达到99.5％，用氧气压缩机进行压缩增压；
(7)氧气输入窑炉再利用:通过压缩增压后的氧气，由回收氧气管道通入窑炉。
作为本发明的进一步改进：所述窑炉尾气处理步骤(1)中采用不锈钢管进行输送，经由抽气风机抽出，并与其他辊道窑炉顶部尾气排风管一同汇流。
作为本发明的进一步改进：所述窑炉尾气处理步骤(2)中将汇流的窑炉尾气通入热交换器，尾气被冷却降温，夹着的水蒸气随即冷凝。
作为本发明的进一步改进：所述窑炉尾气处理步骤(3)中将尾气里面冷凝下来水，采用管道输送至冷却水箱进行循环使用。
作为本发明的进一步改进：所述窑炉尾气处理步骤(4)和窑炉尾气处理步骤(5)中把除去水蒸气的尾气继续输送至除尘过滤机的滤网，除去尾气夹杂的氢氧化锂微粉，并在管道底部设计的氢氧化锂回收槽集聚，定期将回收槽里面的氢氧化锂进行回收再利用。
作为本发明的进一步改进：所述窑炉尾气处理步骤(6)和窑炉尾气处理步骤(7)中将除去水蒸气、氢氧化锂微粉的尾气，通入气体压缩机，增加输送压力后，再次通入辊道窑炉，进行充分利用。
作为本发明的进一步改进：所述水洗废水处理包括以下步骤：
(1)水洗废水收集：将高镍三元材料厂水洗工序产生的废水进行收集；
(2)废水沉降：收集的废水统一排放到沉降池中进行废水沉降；
(3)沉降三元材料泥饼的回收：三元材料微粉将在沉降池中进行静置和沉降，并在沉降池底部形成泥饼；
(4)沉降上清液收集：将沉降上清液收集，通入蒸发池；
(5)蒸发池上清液蒸发、氢氧化锂和碳酸锂析出：采用冷却机中排出的高温循环水进行换热蒸发；
(6)冷凝器：氢氧化锂浓度不断增加，达到饱和点后进行析出；
(7)氢氧化锂和碳酸锂泥饼的回收。
作为本发明的进一步改进：所述水洗废水处理步骤(1)中将高镍烧结工厂水洗工序产生的废水进行收集，采用废水收集槽把废水统一进行输送。
作为本发明的进一步改进：所述水洗废水处理步骤(2)和水洗废水处理步骤(3)中将上述工序输送的废水，通入沉降池，并在沉降池中进行静置、沉降。待沉降完全后，沉降池上部的上清液采用输送泵输送至蒸发池；然后将沉降池底部的沉降泥饼进行挖掘，并采用离心机脱水。其中滤液再次通入沉降池，而将含水率较低的滤饼进行收集，并进行回收利用。
作为本发明的进一步改进：所述水洗废水处理步骤(4)和步骤(5)中将通入蒸发池的清澈废水从上往下通入蒸发器，蒸发器上部产生的水蒸气汇入冷却机进行冷却，洁净的冷却水可通入水洗工序重复使用。
作为本发明的进一步改进：所述水洗废水处理步骤(5)和水洗废水处理步骤(6)中蒸发池的清澈废水中含有的氢氧化锂，会在处理过程中，部分转化为碳酸锂。在蒸发池废水持续蒸发过程中，氢氧化锂和碳酸锂浓度不断升高，达到饱和点后析出，并在蒸发池底部聚集。
作为本发明的进一步改进：所述水洗废水处理步骤(7)中将蒸发池底部产生的氢氧化锂和碳酸锂泥饼进行挖掘，采用离心机脱水脱水处理，固液分离过程中产生的水通入蒸发池进一步挥发，氢氧化锂和碳酸锂滤饼进行回收再利用。
作为本发明的进一步改进：所述窑炉尾气处理中的回收氧气管道通过所述水洗废水处理中的废水收集池，进行放热，采用废水冷却回收氧气管道，热交换同时提高了废水的温度，增大了水的挥发速度，氢氧化锂和碳酸锂的析出速度，节省了蒸发器能耗，将氧气回收与氢氧化锂和碳酸锂回收同步进行，经济效益最大化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)设有窑炉尾气收集，并采用冷凝器除去尾气中的水蒸气，该部分的水通过管道输送至沉降池，避免直接排放至大气造成环境污染；
(2)采用过滤器滤网收集氢氧化锂微粉，该部分收集的氢氧化锂微粉，可进行重复使用，避免氢氧化锂微粉直接排放至大气，造成周边环境污染；
(3)通过冷凝器和过滤器分别除去水蒸气和氢氧化锂微粉后，高纯度的氧气可直接再次通入窑炉参与反应，大幅度提高氧气使用率，降低生产成本；
(4)设有高镍三元材料厂水洗废水收集槽，进行集中管理并通入沉降池进行沉降，可将三元材料微粉进行沉降和收集，避免三元材料直接排入污水管或下水道，对环境造成重金属污染；
(5)设有高镍三元材料厂水洗废水蒸发池，将沉降之后的含有氢氧化锂的上清液，通入蒸发器，进行浓缩析出。可将蒸发出的水进行回收，通入到水洗工序重复利用，降低了生产成本；
(6)将蒸发池底部析出的氢氧化锂、碳酸锂淤泥进行回收，避免直接排入污水管，对环境造成无污染。
附图说明
图1为本发明的窑炉尾气处理流程示意图。
图2为本发明的水洗废水处理流程示意图。
具体实施方式
现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：如图1～2所示的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，包括窑炉尾气处理和水洗废水处理。
所述窑炉尾气处理包括以下步骤：
(1)窑炉尾气收集：将高镍三元材料厂高温烧结窑炉尾气烟囱排放出的高温尾气采用不锈钢管进行输送，经由抽气风机抽出，并与其他辊道窑炉顶部尾气排风管一同汇流；
(2)尾气冷凝除水：尾气通入到冷却器中冷却，进行水蒸气凝结；
(3)冷凝水回收再利用：冷凝收集的水采用管道输送至冷却水箱，打入冷却水系统进行循环冷却使用；
(4)过滤网除粉尘氢氧化锂:除去了冷凝水的尾气通入过滤网，截留和收集氢氧化锂微粉；
(5)氢氧化锂回收再利用；
(6)氧气压缩:经过上述步骤，除去了冷凝水和氢氧化锂微粉的尾气中的氧气含量达到99.5％，用氧气压缩机进行压缩增压；
(7)氧气输入窑炉再利用:通过压缩增压后的氧气，通入窑炉。
所述水洗废水处理包括以下步骤：
(1)水洗废水收集：将高镍三元材料厂水洗工序产生的废水采用废水收集槽把废水统一进行输送收集；
(2)废水沉降：收集的废水统一排放到沉降池中进行废水沉降；
(3)沉降三元材料泥饼的回收：三元材料微粉将在沉降池中进行静置和沉降，并在沉降池底部形成泥饼，然后将沉降池底部的沉降泥饼进行挖掘，并采用离心机脱水；
(4)沉降上清液收集：将沉降上清液收集，通入蒸发池；
(5)蒸发池上清液蒸发、氢氧化锂和碳酸锂析出：采用冷却机中排出的高温循环水进行换热蒸发，蒸发器上部产生的水蒸气汇入冷却机进行冷却，蒸发池的清澈废水中含有的氢氧化锂，会在处理过程中，部分转化为碳酸锂，
(6)冷凝器：氢氧化锂浓度不断增加，达到饱和点后进行析出，并在蒸发池底部聚集；
(7)氢氧化锂和碳酸锂泥饼的回收：将蒸发池底部产生的氢氧化锂和碳酸锂泥饼进行挖掘，采用离心机脱水脱水处理，固液分离过程中产生的水通入蒸发池进一步挥发，氢氧化锂和碳酸锂滤饼进行回收。
现通过实施案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。
实施案例一：
一.高镍三元材料厂尾气处理：
(1)将高镍三元材料厂300摄氏度的高温烧结窑炉尾气进行收集；
(2)然后通入到25摄氏度冷却器中冷却，进行水蒸气凝结；
(3)冷凝收集的水，可以打入冷却水系统进行循环冷却使用，
(4)除去了冷凝水的尾气夹着约0.05wt％氢氧化锂微粉，将其通入过滤网，截留和收集氢氧化锂微粉；
(5)收集的氢氧化锂微粉，由于纯度不受影响，将进行回收；
(6)经过上述步骤，除去了冷凝水和氢氧化锂微粉的尾气中的氧气含量达到99.5％，采用氧气压缩机进行压缩增压至0.4MPa；
(7)通过压缩增压后的氧气，可作为反应物，再次通入窑炉，氧气进而得到充分利用。
二.高镍三元材料厂水洗废水处理：
(1)将高镍三元材料厂水洗工序产生的废水进行收集；
(2)并统一排放到沉降池中进行废水沉降；
(3)水洗废水中含有大约10-3mol/L氢氧化锂，以及大约0.1wt％的三元材料微粉，其中三元材料微粉将在沉降池中进行静置和沉降，并在沉降池底部形成泥饼，可将沉降的三元材料泥饼的进行回收利用；
(4)而沉降池上部由于微粉已100％沉降，则变成仅含有10-3mol/L氢氧化锂的上清液。将沉降上清液收集，并通入蒸发池；
(5)采用25摄氏度冷却机中排出的高温循环水进行换热蒸发；
(6)由于水分的不断蒸发，上清液中的氢氧化锂和碳酸锂浓度不断增加，达到饱和点后进行析出；
(7)将氢氧化锂和碳酸锂回收利用。
实施案例二：
一.高镍三元材料厂尾气处理：
(1)将高镍三元材料厂280摄氏度的高温烧结窑炉尾气进行收集；
(2)然后通入到25摄氏度冷却器中冷却，进行水蒸气凝结；
(3)冷凝收集的水，可以打入冷却水系统进行循环冷却使用；
(4)除去了冷凝水的尾气夹着约0.03wt％氢氧化锂微粉，将其通入过滤网，截留和收集氢氧化锂微粉；
(5)收集的氢氧化锂微粉，由于纯度不受影响，将进行回收；
(6)经过上述步骤，除去了冷凝水和氢氧化锂微粉的尾气中的氧气含量达到99.9％，采用氧气压缩机进行压缩增压至0.3MPa；
(7)通过压缩增压后的氧气，可作为反应物，再次由氧气回收管道通入窑炉，氧气进而得到充分利用。所述氧气回收管道在通入窑炉之前经过水洗废水处理中废水收集，进行热交换，通过废水冷却回收氧气管道，同时提高了废水的温度，加快废水中的水挥发、氢氧化锂和碳酸锂的析出，将氧气回收与氢氧化锂和碳酸锂回收同步进行，提高经济效益。
二.高镍三元材料厂水洗废水处理：
(1)将高镍三元材料厂水洗工序产生的废水进行收集，
(2)并统一排放到沉降池中进行废水沉降；
(3)由于水洗废水中含有大约10-2mol/L氢氧化锂，以及大约0.08wt％的三元材料微粉，其中三元材料微粉将在沉降池中进行静置和沉降，并在沉降池底部形成泥饼，可将沉降的三元材料泥饼的进行回收利用；
(4)而沉降池上部由于微粉已100％沉降，则变成仅含有10-2mol/L氢氧化锂的上清液。将沉降上清液收集，并通入蒸发池；
(5)采用25摄氏度冷却机中排出的高温循环水进行换热蒸发；
(6)由于水分的不断蒸发，上清液中的氢氧化锂和碳酸锂浓度不断增加，达到饱和点后进行析出；
(7)将氢氧化锂和碳酸锂回收利用。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (8)
1.一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，包括：窑炉尾气处理：通过封闭式除冷凝水除粉尘密封，未完全使用的氧气不断进行循环，收集尾气中的冷凝水和氢氧化锂微粉；
水洗废水处理：通过处理水洗废水，分步回收废水中的三元材料微粉和氢氧化锂，且收集蒸发池蒸发的水汽进行循环利用。
2.根据权利要求1所述的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，所述窑炉尾气处理包括以下步骤：
(1)窑炉尾气收集：将高镍三元材料厂高温烧结窑炉尾气烟囱排放的高温尾气进行收集；
(2)尾气冷凝除水：尾气通入到冷却器中冷却，进行水蒸气凝结；
(3)冷凝水回收再利用：冷凝收集的水打入冷却水系统进行循环冷却使用；
(4)过滤网除粉尘氢氧化锂:除去了冷凝水的尾气通入过滤网，截留和收集氢氧化锂微粉；
(5)氢氧化锂回收再利用；
(6)氧气压缩:用氧气压缩机进行压缩增压；
(7)氧气输入窑炉再利用:通过压缩增压后的氧气，由回收氧气管道通入窑炉循环使用。
3.根据权利要求1所述的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，所述水洗废水处理包括以下步骤：
(1)水洗废水收集：将高镍三元材料厂水洗工序产生的废水进行收集；
(2)废水沉降：收集的废水统一排放到沉降池中进行废水沉降；
(3)沉降三元材料泥饼的回收：三元材料微粉将在沉降池中进行静置和沉降，并在沉降池底部形成泥饼；
(4)沉降上清液收集：将沉降上清液收集，通入蒸发池；
(5)蒸发池上清液蒸发、氢氧化锂和碳酸锂析出：采用冷却机中排出的高温循环水进行换热蒸发；
(6)冷凝器：氢氧化锂浓度不断增加，达到饱和点后进行析出；
(7)氢氧化锂和碳酸锂泥饼的回收。
4.根据权利要求2所述的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用不锈钢管进行输送，经由抽气风机抽出，并与其他辊道窑炉顶部尾气排风管一同汇流。
5.根据权利要求2所述的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，所述步骤(7)中将除去水蒸气、氢氧化锂微粉的尾气，通入气体压缩机，增加输送压力后，再次通入辊道窑炉。
6.根据权利要求3所述的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中将水洗废水进行收集和沉降，三元材料粉末通过重力自沉降和聚集，形成泥饼后进行回收。
7.根据权利要求3所述的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，所述步骤(7)中将沉降池上清液在蒸发器中进行蒸发和浓缩，析出氢氧化锂和碳酸锂，在蒸发器底部回收氢氧化锂和碳酸锂。
8.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于高镍三元材料厂废水与尾气再利用处理方法，其特征在于，所述窑炉尾气处理中的回收氧气管道通过所述水洗废水处理中的废水收集池，进行放热，利用废热加快废水收集池水分蒸发。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190531 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |