CN112958588A - 一种废旧电池安全回收拆解系统及其拆解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废旧电池安全回收拆解系统及其拆解方法，属于回收设备技术领域。废旧电池安全回收拆解系统包括废旧电池储存室、放电装置、机械破碎线、有机物热解线、化学回收线、物质分选线、废气处理装置、收集装置和中控监测评估系统；一种废旧电池安全回收拆解方法，包括以下步骤：步骤一：首先从废旧电池储存室中向放电装置中输入废旧锂电池，在此之前先经过外观检测模块的检测。本发明通过放电装置的设置，在干燥的容器中进行放电，防止电解液反应生产剧毒物质；废旧锂电池分别经过热解和化学反应两道工序中的其中一道进行处理，处理过后经过分选后再经过另一道工序处理，提高回收纯度，有效地提高回收的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种废旧电池安全回收拆解系统及其拆解方法，属于回收设备技术领域。
背景技术
随着锂离子电池在动力车领域中应用的广泛推进，废旧动力锂离子电池的回收问题，日益显著。随着新能源汽车市场的兴盛，动力锂离子电池市场也保持强劲增长态势，据统计，2000年全世界锂离子电池的消费量是5亿只，2015年达到了70亿只。由于锂离子电池的使用寿命有限，大量的废旧锂电池也随之产生。以中国为例，2020年我国废旧锂电池超过250亿只，总重超过50万吨。废旧的锂电池，其正极含有大量的贵金属和低沸点金属，所含金属大多为稀有金属，应该被合理的回收再利用。例如，钴作为一种战略资源，被广泛运用于各个领域，除了锂电池还有高温合金等，因此可以推算，贵金属的回收量是巨大的。随着电子设备用锂离子电池市场的扩张，使得规模化的回收企业已经出现。
废旧锂离子电池的拆解并不是利用外力简单的将各组件分开即可，而是需考虑到整个拆解过程中的安全性。对废旧锂离子电池回收处理的第一步首先要将电池中剩余的电量安全高效地放出，才能进行后续的拆解、破碎等工序，否则拆解过程中由于电池短路而大量放热，甚至可能出现爆炸等危险状况，引起事故。目前，在工业上对于废旧锂离子电池的安全放电一般采用化学方法放电，即直接将废旧锂电池放入盐溶液中，通过电解过程来消耗电池中残余的电量，但是这种方式存在安全隐患，废旧锂电池的的外壳稍有破损，电解液容易泄漏，一旦遇到溶液会生成剧毒物质，必须得妥善处理。
废旧锂电池的处理是一个极其复杂的过程，如果技术水平达不到处理要求，往往在处理过程中造成更大的环境污染，并且只能回收一些易得的金属成分，例如外壳和正负极材料，其它的一些难回收材料则无法实现分选回收，或者回收纯度不高，后续还需进行分选，回收效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种废旧电池安全回收拆解系统及其拆解方法，它解决了一些难回收材料无法实现分选回收，或者回收纯度不高，后续还需进行分选，回收效率低下，并且废旧锂电池的电解液与溶液易发生危险的问题。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
一种废旧电池安全回收拆解系统，包括废旧电池储存室、放电装置、机械破碎线、有机物热解线、化学回收线、物质分选线、废气处理装置、收集装置和中控监测评估系统；
所述废旧电池储存室的输出端与放电装置的输入端连接，所述放电装置的输出端与机械破碎线的输入端连接，所述机械破碎线的输出端分别与有机物热解线和化学回收线的输入端连接，所述有机物热解线和化学回收线的输出端均与物质分选线的输入端连接，且物质分选线的输出端一边与收集装置的输入端连接，另一边重新与有机物热解线和化学回收线的输入端连接；
所述废气处理装置的输入端与有机物热解线和化学回收线连接，用于收集产生的废气，所述中控监测评估系统用于控制和监测该回收拆解系统的自动化运行，并对废旧电池的回收拆解过程进行安全性评估；
所述夹持机构包括弹簧和压板，所述弹簧的一端与导电片相对的固定箱内侧壁固定连接，所述压板与弹簧的另一端固定连接，且与导电片相对应；
所述中控监测评估系统包括中控机、外观检测模块、若干个温度传感器、若干个气敏传感器和若干个压力传感器，所述中控机用于控制和监测该回收拆解系统的自动化运行，所述外观检测模块设置在放电装置的输入端前方，所述温度传感器和气敏传感器分别设置在放电装置、机械破碎线、有机物热解线、化学回收线和废气处理装置上，所述压力传感器设置在有机物热解线和废气处理装置上。
作为优选实例，所述放电装置包括固定箱和放电箱，所述固定箱的一内侧固定连接有多组导电片，多组所述导电片均通过导线与放电箱的内部溶液连接，所述固定箱上还设置有用于固定废旧电池的夹持机构。
作为优选实例，所述物质分选线按工作顺序依次包括水力分级箱、除铁器和金属探测器。
作为优选实例，所述废气处理装置分别与机械破碎线、有机物热解线和化学回收线连通，且每个连通管道单独设置。
一种废旧电池安全回收拆解方法，包括以下步骤：
步骤一：首先从废旧电池储存室中向放电装置中输入废旧锂电池，在此之前先经过外观检测模块的检测，观察废旧锂电池表面是否破损或粘有明显的脏污，当废旧锂电池进入放电装置后，废旧锂电池的电极部分与固定箱内的导电片接触，并在压板和弹簧的挤压下与导电片抵紧，放电箱内填充有NaCl溶液，NaCl溶液浓度设置为1.5mol/L，对废旧锂电池机箱内放电失活；
步骤二：放电失活后的废旧锂电池进入机械破碎线中，破碎至小于20mm的粒度后排出，排出的颗粒物平均分成两堆，并分别进入到有机物热解线和化学回收线中进行处理，两边处理过后的残渣分别进入物质分选线，分选出金属成分和非金属成分，将金属成分重新送入化学回收线中，非金属成分重新送入有机物热解线中进行处理，再次处理完毕后，重新送入物质分选线中，分选合格后进入收集装置；
步骤三：废气处理装置分别收集机械破碎线、有机物热解线和化学回收线中产生的废气，三者的废气分开进行处理，废气首先经过除尘设备，将固体粉末和碎屑进行分离，分离后的气体随后进入分子筛过滤塔，由分子筛吸附气体中的水分，干燥后的气体进入冷凝装置，使气体冷凝到-30～-40℃，使气体中的有机溶剂冷凝析出，最后气体使用两级碱液吸收+活性炭吸附，碱液为氢氧化钠或氢氧化钙料浆，达到标准后，气体经由气体排放口排出，如不达到标准，则继续经过活性炭吸附作用，直至达标。
作为优选实例，所述步骤二中，在破碎时，废旧锂电池中的电解液流出，由机械破碎线设计的管道收集到废液罐中进行处理，首先将1mol/L盐酸加入电解液中进行水解得到水解液，随后在水解液加入氢氧化钙溶液进行搅拌处理产生废气和固液混合物，废气通入废气处理装置进行处理，固液混合物进行絮凝沉淀处理和分离处理。
作为优选实例，所述化学回收线的工艺包括以下步骤：S1：将NaOH溶液的pH调到8.5～10，物料在NaOH溶液中进行处理，过滤得到Co（OH）2,用蒸馏水清洗2～3次以洗尽Co（OH）2表面残留的锂离子，将水洗液倒回含锂离子溶液中；S2：向Na2CO3溶液中加入含锂离子溶液,并加热至30～50℃，沉淀完全后过滤得到Li2CO3。
作为优选实例，所述有机物热解线包括高温炉，颗粒物进入高温炉加热时进行密封无氧处理，加热温度升至300～400℃。
本发明的有益效果是：本发明通过放电装置的设置，废旧锂电池不与任何溶液和水进行接触，在干燥的容器中进行放电，防止电解液反应生产剧毒物质，并且在干燥容器中也能够及时发现是否泄漏，及时进行处理；通过机械破碎线、有机物热解线、化学回收线和物质分选线的设置，废旧锂电池分别经过热解和化学反应两道工序中的其中一道进行处理，处理过后经过分选后再经过另一道工序处理，不仅能够回收大部分的物质，而且分选后再处理能够减少其他物质对处理过程中的影响，提高回收纯度，有效地提高回收的效率。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明提出的放电装置的结构示意图。
图中：固定箱1、弹簧2、压板3、导电片4、放电箱5。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-2所示，一种废旧电池安全回收拆解系统，包括废旧电池储存室、放电装置、机械破碎线、有机物热解线、化学回收线、物质分选线、废气处理装置、收集装置和中控监测评估系统；
废旧电池储存室的输出端与放电装置的输入端连接，放电装置的输出端与机械破碎线的输入端连接，机械破碎线的输出端分别与有机物热解线和化学回收线的输入端连接，有机物热解线和化学回收线的输出端均与物质分选线的输入端连接，且物质分选线的输出端一边与收集装置的输入端连接，另一边重新与有机物热解线和化学回收线的输入端连接；
废气处理装置的输入端与有机物热解线和化学回收线连接，用于收集产生的废气，中控监测评估系统用于控制和监测该回收拆解系统的自动化运行，并对废旧电池的回收拆解过程进行安全性评估。
放电装置包括固定箱1和放电箱5，固定箱1的一内侧固定连接有多组导电片4，多组导电片4均通过导线与放电箱5的内部溶液连接，固定箱1上还设置有用于固定废旧电池的夹持机构。
夹持机构包括弹簧2和压板3，弹簧2的一端与导电片4相对的固定箱1内侧壁固定连接，压板3与弹簧2的另一端固定连接，且与导电片4相对应。
物质分选线按工作顺序依次包括水力分级箱、除铁器和金属探测器，前面工序处理过后的物质首先经一台螺旋输送机连续送入水力分级箱，通过调整高压水泵的供水压力以及由于物质本身各组分的密度差别，使得密度大的重质部分（即金属离子）沉入分级箱底部，密封小的轻质部分（即氧化物和有机物）随水流往水平筛进行截留，最后与重质部分分别经过除铁器和金属探测器，进一步去除磁性金属或铁屑，该部分物质可直接进行重新利用。
废气处理装置分别与机械破碎线、有机物热解线和化学回收线连通，且每个连通管道单独设置。
中控监测评估系统包括中控机、外观检测模块、若干个温度传感器、若干个气敏传感器和若干个压力传感器，中控机用于控制和监测该回收拆解系统的自动化运行，外观检测模块设置在放电装置的输入端前方，温度传感器和气敏传感器分别设置在放电装置、机械破碎线、有机物热解线、化学回收线和废气处理装置上，压力传感器设置在有机物热解线和废气处理装置上；外观检测模块为基于机器视觉的摄像头，通过智能机器学习算法识别废旧锂电池的表面缺陷，如撞击、刮伤、脏污和穿孔等，若检测到有电解液泄漏的风险，则及时通过中控机进行报警；通过各种传感器实时检测各个装置的工作温度、内部气体成分和工作压力，在装置的工作参数超出设定的警戒值时，则及时过中控机进行报警。
一种废旧电池安全回收拆解方法，包括以下步骤：
步骤一：首先从废旧电池储存室中向放电装置中输入废旧锂电池，在此之前先经过外观检测模块的检测，观察废旧锂电池表面是否破损或粘有明显的脏污，当废旧锂电池进入放电装置后，废旧锂电池的电极部分与固定箱（1）内的导电片4接触，并在压板3和弹簧2的挤压下与导电片4抵紧，放电箱5内填充有NaCl溶液，NaCl溶液浓度设置为1.5mol/L，对废旧锂电池机箱内放电失活；
步骤二：放电失活后的废旧锂电池进入机械破碎线中，破碎至小于20mm的粒度后排出，排出的颗粒物平均分成两堆，并分别进入到有机物热解线和化学回收线中进行一次处理，有机物热解线上对氧化物和有机物进行热解，产生固定垃圾，而对金属成分没有反应，化学回收线使用专门的溶液对金属或金属离子进行反应形成沉淀，两边处理过后的残渣，分别进入物质分选线，分选出金属成分（即重质部分）和非金属成分（即氧化物和有机物），此时两堆的金属成分和非金属成分中纯度不高，可能还互相掺杂有其它物质，不能进行直接回收利用，因此能直接回收的部分先一部分进行回收，一次处理后的金属成分重新送入化学回收线中，非金属成分重新送入有机物热解线中进行处理，由于回收掉一部分物质和进行过一次处理，该次处理的负担和损耗较小，并且处理过后的物料纯度高，再次处理完毕后，重新送入物质分选线中，分选合格后进入收集装置；
步骤三：废气处理装置分别收集机械破碎线、有机物热解线和化学回收线中产生的废气，三者的废气分开进行处理，废气首先经过除尘设备，将固体粉末和碎屑进行分离，分离后的气体随后进入分子筛过滤塔，由分子筛吸附气体中的水分，干燥后的气体进入冷凝装置，使气体冷凝到-30～-40℃，使气体中的有机溶剂冷凝析出，最后气体使用两级碱液吸收+活性炭吸附，碱液为氢氧化钠或氢氧化钙料浆，达到标准后，气体经由气体排放口排出，如不达到标准，则继续经过活性炭吸附作用，直至达标。
步骤二中，在破碎时，废旧锂电池中的电解液流出，由机械破碎线设计的管道收集到废液罐中进行处理，首先将1mol/L盐酸加入电解液中进行水解得到水解液，随后在水解液加入氢氧化钙溶液进行搅拌处理产生废气和固液混合物，废气通入废气处理装置进行处理，固液混合物进行絮凝沉淀处理和分离处理。
化学回收线的工艺包括以下步骤：S1：将NaOH溶液的pH调到8.5～10，物料在NaOH溶液中进行处理，过滤得到Co（OH）2,用蒸馏水清洗2～3次以洗尽Co（OH）2表面残留的锂离子，将水洗液倒回含锂离子溶液中；S2：向Na2CO3溶液中加入含锂离子溶液,并加热至30～50℃，沉淀完全后过滤得到Li2CO3。
有机物热解线包括高温炉，颗粒物进入高温炉加热时进行密封无氧处理，加热温度升至300～400℃，在高温及缺氧情况下，这些颗粒物中的金属成分没达到熔点，保持状态不变，其中的有机物，如废旧锂电池的隔膜、石墨等有机物质，将分解成固体垃圾和热气两部分，固体垃圾主要是灰粉、矿物质及碳化物，这样就使得颗粒物中的金属和有机物进行分离，经过冷却清洗，各种金属将被分离出来，由此产生的焦炭也可被重复利用，至于热气，其中可凝结部分将被转化为油脂，而剩余热气则将被用于对炉壁进行加热。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种废旧电池安全回收拆解系统，其特征在于：包括废旧电池储存室、放电装置、机械破碎线、有机物热解线、化学回收线、物质分选线、废气处理装置、收集装置和中控监测评估系统；
所述废旧电池储存室的输出端与放电装置的输入端连接，所述放电装置的输出端与机械破碎线的输入端连接，所述机械破碎线的输出端分别与有机物热解线和化学回收线的输入端连接，所述有机物热解线和化学回收线的输出端均与物质分选线的输入端连接，且物质分选线的输出端一边与收集装置的输入端连接，另一边重新与有机物热解线和化学回收线的输入端连接；
所述废气处理装置的输入端与有机物热解线和化学回收线连接，用于收集产生的废气，所述中控监测评估系统用于控制和监测该回收拆解系统的自动化运行，并对废旧电池的回收拆解过程进行安全性评估；
所述夹持机构包括弹簧（2）和压板（3），所述弹簧（2）的一端与导电片（4）相对的固定箱（1）内侧壁固定连接，所述压板（3）与弹簧（2）的另一端固定连接，且与导电片（4）相对应；
所述中控监测评估系统包括中控机、外观检测模块、若干个温度传感器、若干个气敏传感器和若干个压力传感器，所述中控机用于控制和监测该回收拆解系统的自动化运行，所述外观检测模块设置在放电装置的输入端前方，所述温度传感器和气敏传感器分别设置在放电装置、机械破碎线、有机物热解线、化学回收线和废气处理装置上，所述压力传感器设置在有机物热解线和废气处理装置上。
2.根据权利要求1所述的一种废旧电池安全回收拆解系统，其特征在于：所述放电装置包括固定箱（1）和放电箱（5），所述固定箱（1）的一内侧固定连接有多组导电片（4），多组所述导电片（4）均通过导线与放电箱（5）的内部溶液连接，所述固定箱（1）上还设置有用于固定废旧电池的夹持机构。
3.根据权利要求1所述的一种废旧电池安全回收拆解系统，其特征在于：所述物质分选线按工作顺序依次包括水力分级箱、除铁器和金属探测器。
4.根据权利要求1所述的一种废旧电池安全回收拆解系统，其特征在于：所述废气处理装置分别与机械破碎线、有机物热解线和化学回收线连通，且每个连通管道单独设置。
5.一种废旧电池安全回收拆解方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：首先从废旧电池储存室中向放电装置中输入废旧锂电池，在此之前先经过外观检测模块的检测，观察废旧锂电池表面是否破损或粘有明显的脏污，当废旧锂电池进入放电装置后，废旧锂电池的电极部分与固定箱（1）内的导电片（4）接触，并在压板（3）和弹簧（2）的挤压下与导电片（4）抵紧，放电箱（5）内填充有NaCl溶液，NaCl溶液浓度设置为1.5mol/L，对废旧锂电池机箱内放电失活；
步骤二：放电失活后的废旧锂电池进入机械破碎线中，破碎至小于20mm的粒度后排出，排出的颗粒物平均分成两堆，并分别进入到有机物热解线和化学回收线中进行处理，两边处理过后的残渣分别进入物质分选线，分选出金属成分和非金属成分，将金属成分重新送入化学回收线中，非金属成分重新送入有机物热解线中进行处理，再次处理完毕后，重新送入物质分选线中，分选合格后进入收集装置；
步骤三：废气处理装置分别收集机械破碎线、有机物热解线和化学回收线中产生的废气，三者的废气分开进行处理，废气首先经过除尘设备，将固体粉末和碎屑进行分离，分离后的气体随后进入分子筛过滤塔，由分子筛吸附气体中的水分，干燥后的气体进入冷凝装置，使气体冷凝到-30～-40℃，使气体中的有机溶剂冷凝析出，最后气体使用两级碱液吸收+活性炭吸附，碱液为氢氧化钠或氢氧化钙料浆，达到标准后，气体经由气体排放口排出，如不达到标准，则继续经过活性炭吸附作用，直至达标。
6.根据权利要求5所述的一种废旧电池安全回收拆解方法，其特征在于：所述步骤二中，在破碎时，废旧锂电池中的电解液流出，由机械破碎线设计的管道收集到废液罐中进行处理，首先将1mol/L盐酸加入电解液中进行水解得到水解液，随后在水解液加入氢氧化钙溶液进行搅拌处理产生废气和固液混合物，废气通入废气处理装置进行处理，固液混合物进行絮凝沉淀处理和分离处理。
7.根据权利要求5所述的一种废旧电池安全回收拆解方法，其特征在于：所述化学回收线的工艺包括以下步骤：S1：将NaOH溶液的pH调到8.5～10，物料在NaOH溶液中进行处理，过滤得到Co（OH）2,用蒸馏水清洗2～3次以洗尽Co（OH）2表面残留的锂离子，将水洗液倒回含锂离子溶液中；S2：向Na2CO3溶液中加入含锂离子溶液,并加热至30～50℃，沉淀完全后过滤得到Li2CO3。
8.根据权利要求5所述的一种废旧电池安全回收拆解方法，其特征在于：所述有机物热解线包括高温炉，颗粒物进入高温炉加热时进行密封无氧处理，加热温度升至300～400℃。
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