CN112728941B - 电池材料焙烧纯化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池材料焙烧纯化系统，包括预焙烧段和真空焙烧段；预焙烧段包括输送机构、进料机构、预烧炉和初段骤冷筛分装置，输送机构包括输送带，进料机构、预烧炉和骤冷筛分装置沿输送带传送方向依次布置，进料机构的输出端与预烧炉的进料端连通，骤冷筛分装置的输入端与预烧炉的出料端连通，输送带依次贯穿进料机构、预烧炉和骤冷筛分装置；真空焙烧段包括输送机构、真空烧炉和末端骤冷筛分装置，真空烧炉包括布料机构，布料机构布置于真空烧炉进口端、位于输送带上，末端骤冷筛分装置设置于输送机构末端、与真空烧炉的出口端连通；初段骤冷筛分装置的输出端伸至真空烧炉内布料机构上。能有效分离集流体和有价金属，又能保证排放达标。

Description

电池材料焙烧纯化系统

技术领域

本发明属于电池回收设备技术领域，特别是涉及一种电池材料焙烧纯化系统。

背景技术

近年来，受新能源汽车、动力电池产业链告诉发展的带动，镍、钴和锂的需求量连年增加，而锂、钴和镍原矿资源获得又受限，锂离子电池材料中含有Co、Mn、Li等有价金属离子、PVDF中的氟化物和燃烧后的VOC都可能对环境造成严重的污染，国家已将废旧锂离子电池归为危险废物，因此对废锂离子电池的回收利用兼具资源综合回收和环境保护双重意义，既可以带来巨大的经济效益又能缓解我国对Ni、Co和Li等稀缺资源的需求压力。

目前电池材料的火法处理设备包括两种，一种是采用熔炼焚烧的方式，即直接投入到一台炉子中进行熔池熔炼，这样虽然可以通过金属相和渣相的分别排出进行分离回收，但是属于高能耗、粗放型生产方式。另一种是固态焙烧的方式，但存在自动化程度低、焙烧烟气无组织排放，排放不达标，需要分段处理等诸多问题。一般拆解后的锂电正极还带有少量的电解液，对火法设备具有腐蚀性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种既能有效分离集流体和有价金属，又能保证排放达标的电池材料焙烧纯化系统。

本发明提供的这种电池材料焙烧纯化系统，该系统包括预焙烧段和真空焙烧段；预焙烧段包括输送机构、进料机构、预烧炉和初段骤冷筛分装置，输送机构包括输送带，进料机构、预烧炉和骤冷筛分装置沿输送带传送方向依次布置，进料机构的输出端与预烧炉的进料端连通，骤冷筛分装置的输入端与预烧炉的出料端连通，输送带依次贯穿进料机构、预烧炉和骤冷筛分装置；真空焙烧段包括输送机构、真空烧炉和末端骤冷筛分装置，真空烧炉包括布料机构，布料机构布置于真空烧炉的进口端、位于输送带上，末端骤冷筛分装置设置于输送机构的末端、与真空烧炉的出口端连通；初段骤冷筛分装置的输出端伸至真空烧炉内位于所述布料机构上方。

在一个具体实施方式中，所述输送带包括不锈钢基层和设置于不锈钢基层外的石墨涂层；所述输送机构还包括驱动机构、主动轮和从动轮。

作为优选，所述进料机构包括普通贮料段和微真空贮料段；微真空贮料段的进口与普通贮料段的输出端连通、出口与所述预烧炉连通。

优选的，所述预烧炉包括炉壳和内衬；炉壳为矩型壳体，其长度方向两端的侧壁上设有用于所述输送带穿过的条形槽；内衬连接于炉壳内将炉壳内腔分隔为进料室和预烧室，进料室上设法兰孔以与所述微真空贮料段的末端法兰连接，进料室内设布料皮带，预烧室的侧部设有观察孔和进气管、顶部设有排烟管、末端外设出料口与所述初段骤冷筛分装置连通。

为了提高焙烧效果，所述内衬为火砖内衬，其工作面喷涂碳化硅复合涂层。

在一个具体实施方式中，所述骤冷筛分装置包括筒体、刮料机构、水冷板和喷吹；筒体包括进料管和出料管；水冷板分层连接于筒体内，最底层水冷板与出料管的进口连通；刮料机构包括刮料板、转轴和驱动机构，转轴设置于筒体轴心、底端伸至筒体外与驱动机构相连，若干刮料板沿轴向均布于转轴外、位于对应层的水冷板上方，驱动机构驱动转轴工作带动刮料板在水冷板上转动刮料；喷吹分层布置于筒体上，喷嘴伸至对应层水冷板的上方；进料管与所述出料口连通、出料管伸至所述布料机构上。

进一步的，所述转轴为空心轴，其孔壁上设若干水孔，其内沿轴向并列布置总进水管和总回水管；所述刮料板包括板体、进水头、回水头和板齿；板体内设水道，进水头的内端与水道连通、外端穿过所述水孔与总进水管连通，回水头的内端与水道连通、外端穿过所述水孔与总回水管连通，板齿固接于板体下、与板体轴向不平行；所述水冷板有两类，一类为中心过料板，另一位类为周缘过料板，中心过料板与周缘过料板沿轴向交替布置于筒体内，顶层为中心过料板，底层为周缘过料板。

作为优选，所述中心过料板包括填料和水冷铜管；水冷铜管呈圆形盘布，填料填充于水冷铜管之间形成填料板，填料板的中心设有过料孔、外缘设有管套；中心过料板以其外端的管套装配于筒体内，水冷铜管的外端伸至筒体外；所述周缘过料板包括填料和水冷铜管；水冷铜管呈圆形盘布，填料填充于水冷铜管之间形成填料板，填料板的中心设有轴孔、周缘均布过料孔、外缘设有管套；周缘过料板以其外端的管套装配于筒体内，其轴孔密闭套于所述转轴外。

在一个具体实施方式中，所述真空烧炉包括炉壳和内衬；炉壳为矩型壳体，其长度方向两端侧壁上设有用于所述输送带穿过的条形槽；内衬连接于炉壳内将炉壳内腔分隔为布料室和真空室，布料室顶部设通孔，所述布料机构位于布料室内，真空室的侧部设有多个观察孔和真空抽气口、顶部设有排烟管、末端设有通孔与骤冷筛分装置连通。

为了保证布料均匀，所述布料机构包括一对对辊，对辊设置于所述布料室内位于下料机构的下方；所述末端骤冷筛分装置与所述初段骤冷筛分装置结构相同。

本发明在使用时，将物料自进料机构输入预烧炉中的输送带上，在预烧炉中初次焙烧，使有机溶剂与水分解挥发；同时输送带持续运动将初次焙烧后的物料输送至初段骤冷筛分装置中，使焙烧物由夹杂着半熔融状态成为固态，有利于输送和下一段的进料，经骤冷筛分后输出至布料机构处，由布料机构作用将物料均匀布料至真空烧炉内的输送带上，物料在真空烧炉内真空焙烧，真空焙烧一方面能降低热解温度、节能降耗，另一方面又能实现纯化，焙烧完成后经末端骤冷筛分装置作用，再次骤冷筛分后输出，便于实现直接打包储存或外送。

附图说明

图1为发明一个优选实施例的布置示意图。

图2为本优选实施例的主视示意图。

图3为图2中I处放大示意图。

图4为本优选实施例中预烧炉的局部剖视放大示意图。

图5为本优选实施例中初段骤冷筛分装置的纵向剖视示意图。

图6为本优选实施例中中心过料板的俯视放大示意图。

图7为本优选实施例中周缘过料板的俯视放大示意图。

图8为本优选实施例中刮料板的放大示意图。

图9为图8中A-A处的剖视放大示意图。

图10为本优选实施例的侧视示意图。

图11为本优选实施例中真空烧炉的剖视放大示意图。

图示序号：

1—预焙烧段，

11—输送机构、111—输送带、1111—不锈钢层、1112—石墨涂层，

12—进料机构、121—普通贮料段、122—微真空贮料段，

13—预烧炉、131—炉壳、132—内衬、133—碳化硅复合涂层、134—布料皮带、135—观察孔、136—进气管、137—温度计、138—排烟管，

14—初段骤冷筛分装置，

141—筒体、1411—耐火内衬、1412—进料管、1413—出料管，

142—水冷板、1421—中心过料板、14211—填料、14212—水冷铜管、14213—管套、14214—过料孔，1422—周缘过料板，

143—刮料机构，

1431—刮料板、14311—板体、14312—进水头、14313—回水头、14314—板齿、

1432—转轴、1433—驱动机构、1434—总进水管、1435—总回水管、1436—底座、1437—齿轮组；

2—真空焙烧段，

21—真空烧炉、211—布料室、212—真空室、213—布料机构、214—真空抽气口，

22—末端骤冷筛分装置。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种电池材料焙烧纯化系统，包括预焙烧段1和真空焙烧段2。

如图2所示，预焙烧段1由输送机构11、进料机构12、预烧炉13和初段骤冷筛分装置14四部分构成。

输送机构11为带传送，由动力机构、主动轮、从动轮和输送带111构成。驱动机构的输出端与主动轮的轮轴相连，输送带张紧于主动轮和从动轮间。如图3所示，输送带111由基层和涂层构成，其中基层为不锈钢层1111，涂层为喷涂于基层工作面上的石墨涂层1112，能够防止电解液、有机溶剂等腐蚀，具有较好的防腐效果。通过输送带将进料机构12输入的物料再预烧炉13内预烧并转运输出。

进料机构12包括普通贮料段121和微真空贮料段122；的进口与普通贮料段的输出端连通、出口与预烧炉的顶部法兰连接。微真空贮料段通过风机预抽真空，经微真空贮料段作用使物料只附带少量的空气，可以有效防止过多的空气进入预烧炉13内。

如图4所示，预烧炉13包括炉壳131和内衬132。炉壳131为矩型壳体，其长度方向两端的侧壁上设有条形槽，末端实体上对应条形槽外设通孔。内衬132为火砖内衬，内衬砌与炉壳的内壁，将炉壳的内腔分隔为进料室和预烧室，并在内衬的工作面喷涂碳化硅复合涂层133，可有效的提高内衬耐火材料的向物料的辐射热，提高系统的热利用率。同时在炉壳的进料室上设法兰孔以与微真空贮料段的末端法兰连接，在进料室内设布料皮带134以保证物料均匀落入输送带上，布料皮带134可设计为对辊形式，在预烧室的侧部设有观察孔135、进气管136和温度计137，观察孔135用于检查炉内焙烧状态，进气管136用以向预烧室内通入保护性气体和/或还原性气体，如氮气、氩气等。在预烧室的顶部设有排烟管138以排出预烧过程中产生的烟气，并在排烟管的末端外连烟气处理设备即可进行除氟和VOC。物料在输送带上预烧炉内预烧后由输送带自通孔输出至初段骤冷筛分装置14。

如图5所示，初段骤冷筛分装置14包括筒体141、水冷板142、刮料机构143和喷吹144。

筒体1为不锈钢制圆柱型筒体，其直径小于等于5米，并在其内壁设有耐火内衬1411，耐火内衬为铬镁质喷涂料，喷涂厚度为10mm，在筒壁上设有多层通孔用以安装水冷板142。筒体的顶部侧壁上设有进料管1412，进料管1412的入口与预烧炉的通孔连通，底壁上设有出料管1413，出料管13的顶口与最底层水冷板142相连、出口伸至真空焙烧段2内。

水冷板142有两类，一类为中心过料板1421，另一位类为周缘过料板1422，在筒体内，中心过料板1421与周缘过料板1422沿高度方向交替布置于筒体内，顶层为中心过料板1421，底层为周缘过料板1422。

如图6所示，中心过料板1421包括填料14211和水冷铜管14212。中心过料板的中心设有平台，外缘设有管套14213，平台中心为过料孔14214，外缘自内向外下倾1～2°。水冷铜管呈圆形盘布，填料填充于水冷铜管之间形成填料板，装配时将中心过料板以其外端的管套装配于筒体的通孔处，水冷铜管的外端伸至筒体外。中心过料板1421制作时，先将水冷铜管排好，然后放入模具内，再向模具中填充铜料，填料填入水冷铜管与模具之间的间隙，冷却后形成整体中心过料板。

如图7所示，周缘过料板1422包括填料和水冷铜管；水冷铜管呈圆形盘布，填料填充于水冷铜管之间形成填料板，填料板的中心设有轴孔、周缘均布过料孔、外缘设有管套；装配时，周缘过料板以其外端的管套装配于筒体内，其轴孔密闭套于所述转轴外，底层的周缘过料板上的一过料孔与出料管的顶口连通，在使用过程中，通过刮料机构143将各层水冷板上推积的粉体物料逐层刮落经多次冷却后由出料管输出。周缘过料板制作时，先将水冷铜管排好，然后放入模具内，再向模具中填充铜料，填料填入水冷铜管与模具之间的间隙，冷却后形成整体中心过料板。

如图5所示，刮料机构143包括刮料板1431、转轴1432和驱动机构1433。

如图8、图9所示，刮料板1431包括板体14311、进水头14312、回水头14313和板齿14314；刮料板1431的数量为2≤N≤8，板体内设水道或水腔，板体为铝合金材质的冷却元件，齿板的材质为氧化铝，齿板的数量根据物料的粒度来确定，齿板焊接在板体底部，与板体轴向成一定的角度，角度范围在0～360°之间。

转轴1432为空心轴，其孔壁上设若干水孔，其内沿轴向并列布置总进水管1434和总回水管1435，转轴1432设置于筒体轴心、底端伸至筒体外与底座1436相连，筒体底部外的转轴段通过齿轮组1437与驱动机构相连，各层刮料板沿轴向均布于转轴外、位于对应层的水冷板上方，各刮料板进水头的内端与板体内水道连通、外端穿过转轴上水孔与总进水管连通，回水头的内端与板体内水道连通、外端穿过水孔与总回水管连通。

驱动机构1433包括电机和变速器，变速器的输入端与电机的输出轴相连、输出端与传动齿组相连。

刮料机构工作时，驱动机构启动提供动力，动力经齿轮组传递至转轴驱动转轴转动，转轴带动其外的各层刮料板同步转动，刮料板底部的齿板在相应层的水冷板上表面刮料，使堆积的粉体物料自过料孔下落，并通过喷吹4协同作用，下落过程中在各层水冷板上逐层停留冷却，最终由出料管输出。水冷板对粉体物料冷却的过程中，总进水管、总回水管、板体以及其内冷却液也能对粉体物料进行冷却，进一步提高冷却效果，缩短冷却所需时间。

喷吹144喷吹分层布置于筒体上，喷嘴伸至对应层水冷板的上方，每层均包括四台喷吹，各喷吹对称布置，夹角为45°。

工作时，物料自进料管进入筒体中落入顶层的水冷板上进行初次冷却，同时刮料板工作将初次冷却后的粉体物料刮至下层的水冷板上进行多次冷却，多次冷却后由出料管输出，该过程中总进水管、总回水管、板体以及其内冷却液也能对粉体物料进行冷却，进一步提高冷却效果，缩短冷却所需时间，从而实现在筒体内对物料进行多次逐次连续冷却以提高冷却效率，缩短冷却时间；并且无需人工操作，通过刮料机构将物料自上向下逐层刮料，最终通过出料管输出至真空焙烧段2内进行后续工作。

如图10所示，真空焙烧段2包括输送机构11、真空烧炉21和末端骤冷筛分装置22，输送机构与预焙烧段1中输送机构结构相同，末端骤冷筛分装置与初段骤冷筛分装置结构相同。

如图11所示，真空烧炉21包括炉壳和内衬。炉壳为矩型壳体，其长度方向两端侧壁上设有用于输送带穿过的条形槽，条形槽外的实体上设通孔以与末端骤冷筛分装置连通。内衬为火砖内衬，内衬砌与炉壳的内壁，将炉壳的内腔分隔为布料室211和真空室212，并在内衬的工作面喷涂碳化硅复合涂层，可有效的提高内衬耐火材料的向物料的辐射热，提高系统的热利用率。同时在布料室211内设一对对辊用作布料机构213，从而将初段骤冷筛分装置输入的物料均匀布料至真空烧炉内的输送带上。并在真空室的侧部设有观察孔和真空抽气口214、顶部设有排烟管。观察孔用于检查炉内焙烧状态，排烟口排出的烟气经管道接出除氟，真空抽气口外接真空泵，保证此段焙烧的真空度，并在炉壳外设水封进一步保证真空度。末端骤冷筛分装置的进料管与真空室的输出端密封连通，物料在真空烧炉内真空焙烧后由输送带经进料管输入末端骤冷筛分装置的筒体内骤冷筛分后输出。

本实施例投入使用后将物料自进料机构输入预烧炉中的输送带上，在预烧炉中初次焙烧，实现有机溶剂、水等的分解挥发；同时输送带持续运动将初次焙烧后的物料输送至初段骤冷筛分装置中，使焙烧物由夹杂着半熔融状态成为固态，有利于输送和下一段的进料，经骤冷筛分后输出至布料机构处，由布料机构作用将物料均匀布料至真空烧炉内的输送带上，物料在真空烧炉内真空焙烧，既能降低热解温度、节能降耗，又能纯化，焙烧完成后经末端骤冷筛分装置作用，再次骤冷筛分后输出，可以实现冷却后的直接打包储存或外送。既可以高效分离正极中的集流体和有价金属成分，还可以有效去除正极中的含氟有机物，并对焙烧烟气净化处理，达标排放。投入使用后可以高效率的完成电池材料的处理，并使得生产连续进行，依据不同气氛和温度区域的划分的焙烧段，达到精确的化学反应，整套系统自动化程度高、处理能力大。

Claims (6)

1.一种电池材料焙烧纯化系统，其特征在于：该系统包括预焙烧段和真空焙烧段；

预焙烧段包括输送机构、进料机构、预烧炉和初段骤冷筛分装置，输送机构包括输送带，进料机构、预烧炉和初段骤冷筛分装置沿输送带传送方向依次布置，进料机构的输出端与预烧炉的进料端连通，初段骤冷筛分装置的输入端与预烧炉的出料端连通，输送带依次贯穿进料机构、预烧炉和初段骤冷筛分装置；

真空焙烧段包括输送机构、真空烧炉和末端骤冷筛分装置，真空烧炉包括布料机构，布料机构布置于真空烧炉的进口端、位于输送带上，末端骤冷筛分装置设置于输送机构的末端、与真空烧炉的出口端连通；

初段骤冷筛分装置的输出端伸至真空烧炉内位于所述布料机构上方；

所述进料机构包括普通贮料段和微真空贮料段；微真空贮料段的进口与普通贮料段的输出端连通、出口与所述预烧炉连通；

所述预烧炉包括炉壳和内衬；炉壳为矩型壳体，其长度方向两端的侧壁上设有用于所述输送带穿过的条形槽；内衬连接于炉壳内将炉壳内腔分隔为进料室和预烧室，进料室上设法兰孔以与所述微真空贮料段的末端法兰连接，进料室内设布料皮带，预烧室的侧部设有观察孔和进气管、顶部设有排烟管、末端外设出料口与所述初段骤冷筛分装置连通；

所述初段骤冷筛分装置包括筒体、刮料机构、水冷板和喷吹；筒体包括进料管和出料管；水冷板分层连接于筒体内，最底层水冷板与出料管的进口连通；刮料机构包括刮料板、转轴和驱动机构，转轴设置于筒体轴心、底端伸至筒体外与驱动机构相连，若干刮料板沿轴向均布于转轴外、位于对应层的水冷板上方，驱动机构驱动转轴工作带动刮料板在水冷板上转动刮料；喷吹分层布置于筒体上，喷嘴伸至对应层水冷板的上方；进料管与所述出料口连通、出料管伸至所述布料机构上；

所述转轴为空心轴，其孔壁上设若干水孔，其内沿轴向并列布置总进水管和总回水管；所述刮料板包括板体、进水头、回水头和齿板；板体内设水道，进水头的内端与水道连通、外端穿过所述水孔与总进水管连通，回水头的内端与水道连通、外端穿过所述水孔与总回水管连通，齿板固接于板体下、与板体轴向不平行，且相邻齿板之间有重叠段；所述水冷板有两类，一类为中心过料板，另一位类为周缘过料板，中心过料板与周缘过料板沿轴向交替布置于筒体内，顶层为中心过料板，底层为周缘过料板。

2.如权利要求1所述的电池材料焙烧纯化系统，其特征在于：所述输送带包括不锈钢基层和设置于不锈钢基层外的石墨涂层；所述输送机构还包括驱动机构、主动轮和从动轮。

3.如权利要求1所述的电池材料焙烧纯化系统，其特征在于：所述内衬为火砖内衬，其工作面喷涂碳化硅复合涂层。

4.如权利要求1所述的电池材料焙烧纯化系统，其特征在于：所述中心过料板包括填料和水冷铜管；水冷铜管呈圆形盘布，填料填充于水冷铜管之间形成填料板，填料板的中心设有过料孔、外缘设有管套；中心过料板以其外端的管套装配于筒体内，水冷铜管的外端伸至筒体外；所述周缘过料板包括填料和水冷铜管；水冷铜管呈圆形盘布，填料填充于水冷铜管之间形成填料板，填料板的中心设有轴孔、周缘均布过料孔、外缘设有管套；周缘过料板以其外端的管套装配于筒体内，其轴孔密闭套于所述转轴外。

5.如权利要求1所述的电池材料焙烧纯化系统，其特征在于：所述真空烧炉包括炉壳和内衬；炉壳为矩型壳体，其长度方向两端侧壁上设有用于所述输送带穿过的条形槽；内衬连接于炉壳内将炉壳内腔分隔为布料室和真空室，布料室顶部设通孔，所述布料机构位于布料室内，真空室的侧部设有多个观察孔和真空抽气口、顶部设有排烟管、末端设有通孔与骤冷筛分装置连通。

6.如权利要求5所述的电池材料焙烧纯化系统，其特征在于：所述布料机构包括一对对辊，对辊设置于所述布料室内位于下料机构的下方；所述末端骤冷筛分装置与所述初段骤冷筛分装置结构相同。

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