CN114006070A - 一种废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法。本发明将废旧锂电池带电破碎，然后通过热解工艺处理电解液、隔膜、粘黏剂等有机物，再采用多组份筛分风选机分选出轻物料和重物料，从重物料中回收外壳、桩头等。轻物料通过气动力剥离机分离出极粉，剩下的物料通过色选分离出铜箔、铝箔。热解产生的废气通过高温焚烧、急冷、水洗、碱洗等工序处理后，达标排放。本发明能够实现废旧锂电池中有价金属高效回收，且具有流程短、能耗低、环境污染低、适用范围广的特点。

Description

一种废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法
技术领域
本发明涉及一种废旧锂电池的处理方法，具体涉及一种废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法。
背景技术
动力锂电池回收目前正处于快速发展的阶段，2020年中国市场锂离子电池理论回收量达到47.8万吨。预计到2025年中国锂离子电池理论回收量将达到98.8万吨，增长速度明显加快。目前较为成熟的锂电池回收大都采用人工拆解和摩擦打散的工艺，该方法存在回收率低，产品品位低，环境污染严重，且存在燃爆的安全风险等问题。
发明内容
针对上述现有废旧锂电池回收技术存在的缺陷，本发明提供一种简单、高效、安全、环保的废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，能够实现铜箔、铝箔、极粉、外壳等有价组分的高效回收，同时极粉的回收率高、品位高，且环境污染小。
本发明采用的技术方案如下：
一种废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，包括以下步骤：
(1)废旧锂电池通过振动给料机均匀给料，然后通过上料皮带运输至破碎机内；
(2)将废旧锂电池置于保护气氛及密封绝氧条件下进行带电破碎，同时破碎过程中释放出来的电解液气体通过尾气处理系统处理后，达标排放；
(3)将废旧锂电池破碎产物置于保护气氛下绝氧热解锂电池内的有机物(电解液、隔膜、粘黏剂等)，热解产生的有机废气通过尾气处理系统处理后，达标排放；
(4)将废旧锂电池热解产物通过筛分，将热解过程中脱落的极粉预先筛分，筛上物料为铜铝箔集流体和外壳，筛下物料为极粉；
(5)将步骤(4)所得筛上物料通过风选分离，得到包括铜箔、铝箔在内的轻物料，以及包括外壳、柱头在内的重物料；
(6)将步骤(5)所得重物料通过振筛去除表面粉料后，在通过磁选分选出铁外壳；
(7)将步骤(5)所得轻物料通过气流剥离机，将铜铝箔表面粘附的极粉剥离，然后通过气流分选，得到极粉和铜铝箔；
(8)将步骤(7)所得铜铝箔通过色选机进行分离，分别得到铜箔、铝箔；
(9)将步骤(2)、(3)破碎过程产生的电解液气体以及热解过程产生的有机废气通过焚烧、急冷、水洗、碱洗处理后，达标排放。
进一步地，步骤(2)中，带电破碎过程中，在破碎机的腔体内通入惰性气体(如氮气、二氧化碳等)，并保持腔体密闭；本发明在无需彻底放电的条件下，可以实现废旧锂电池的直接破碎，破碎过程采用一次剪切破碎，使电池中外壳、隔膜、铜箔、铝箔充分分离，便于后续有用组分的分离回收；破碎后物料呈片状，物料粒度为15-40mm。
进一步地，步骤(3)中，热解过程在保护气氛下进行，热解炉内氧含量低于5％，热解温度为400-600℃，热解时间为0.5-2h。热解设备采用多膛炉、回转炉或带式炉等，加热方式采用电磁加热、电阻丝加热，或者以天然气、重油、液化气或生物质燃料作为燃料。
进一步地，步骤(5)中，风选机采用循环风，减少风选过程粉尘，风选风速为10-25m/s。
进一步地，步骤(7)中，气流剥离机能够在不破碎铜铝箔的同时，将铜铝箔表面的极粉剥离下来。
进一步地，步骤(9)中，焚烧的温度为850-1200℃，时间为2-3s；急冷后尾气温度控制在200℃以下；急冷后尾气通过两级水洗、一级碱洗净化处理，碱洗采用氢氧化钠溶液做为洗液。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)采用带电破碎工艺，减少放电工序，缩短工艺流程，避免放电工序对水的污染问题。而且废旧锂电池只经过一次破碎，破碎后的物料为大片状料，减少极粉中铜铝含量，提高极粉品位。
(2)通过热解技术将pvdf等粘黏剂热解，使得极粉更容易剥离，提高极粉回收率，极粉回收率达到96％以上。
(3)采用气动力剥离技术剥离正负极粉，该技术剥离极粉时，不需要将铜铝箔打碎，减少极粉中铜铝箔的掺杂，提高极粉品位，使极粉品位达到97％以上。
(4)采用色选工艺对铜铝箔进行分选，铜铝分选效率高，分选率达99％以上。
(5)本工艺具有流程简单，适用范围广，回收率高，对环境污染少的特点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
(1)废旧锂电池单体通过振动给料机均匀给料，然后通过皮带运输机将电池单体运输至破碎机。
(2)采用带电破碎技术，将软包三元锂电池进行一次剪切破碎，破碎在密闭和氮气保护的条件下进行。破碎后物料粒度20-30mm，破碎过程挥发的电解液气体收集后通过尾气处理系统净化处理。
(3)破碎后的物料直接进行热解，在密闭、氮气保护，温度550℃的条件下进行热解，热解时间1h。将破碎料中的隔膜、电解液、粘黏剂等有机物热分解，分解产生的有机废气通过尾气处理系统净化处理。
(4)热解后的物料通过振动筛将以脱落的极粉预先筛分，筛网孔径80目，筛上物料通过立式风选机进行分选，将筛上物料中的铜铝箔分选出来。风选后的重物料为外壳、柱头等。
(5)风选出来的铜铝箔通过气流粉碎剥离机将铜铝箔表面粘附的极粉剥离下来，剥离的同时不将铜铝箔打碎。剥离后的铜铝箔和极粉通过分级机进行分离。
(6)剥离后的铜铝箔通过色选进行分离，得到高纯度的铜箔和铝箔。
(7)破碎过程挥发的电解液气体和高温热解产生的热解废气通过高温焚烧+急冷+水洗+碱洗等工序处理后，达标排放。焚烧温度850-1200℃，焚烧时间1-3秒。急冷后废气温度控制在200℃以下，碱洗采用质量分数为4％的氢氧化钠浓度进行喷淋。
(8)整个回收过程铜的回收率为96％，品位为99％；铝的回收率为96％，品位为99％；外壳及柱头的回收率为96％，品位为99％；极粉的回收率为96％，品位为98％。
实施例2
使用实施例1中的设备和工艺处理废旧磷酸铁锂电池，通过带电破碎、高温热解、筛分分选、极粉剥离、铜铝分选等工艺处理后，回收外壳、铜箔、铝箔、极粉。各物料的回收率均达到96％，极粉品位为98％，其他物料品位为99％。
实施例3
使用实施例1中的设备和工艺处理废旧18650电池，通过带电破碎、高温热解、筛分分选、极粉剥离、铜铝分选等工艺处理后，回收外壳、铜箔、铝箔、极粉。各物料的回收率均达到96％，极粉品位为98％，其他物料品位为99％。

Claims (6)

1.一种废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)废旧锂电池通过振动给料机均匀给料，然后通过上料皮带运输至破碎机内；
(2)将废旧锂电池置于保护气氛及密封绝氧条件下进行带电破碎，同时破碎过程中释放出来的电解液气体通过尾气处理系统处理后，达标排放；
(3)将废旧锂电池破碎产物置于保护气氛下绝氧热解锂电池内的有机物(电解液、隔膜、粘黏剂等)，热解产生的有机废气通过尾气处理系统处理后，达标排放；
(4)将废旧锂电池热解产物通过筛分，将热解过程中脱落的极粉预先筛分，筛上物料为铜铝箔集流体和外壳，筛下物料为极粉；
(5)将步骤(4)所得筛上物料通过风选分离，得到包括铜箔、铝箔在内的轻物料，以及包括外壳、柱头在内的重物料；
(6)将步骤(5)所得重物料通过振筛去除表面粉料后，在通过磁选分选出铁外壳；
(7)将步骤(5)所得轻物料通过气流剥离机，将铜铝箔表面粘附的极粉剥离，然后通过气流分选，得到极粉和铜铝箔；
(8)将步骤(7)所得铜铝箔通过色选机进行分离，分别得到铜箔、铝箔；
(9)将步骤(2)、(3)破碎过程产生的电解液气体以及热解过程产生的有机废气通过焚烧、急冷、水洗、碱洗处理后，达标排放。
2.根据权利要求1所述的废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，其特征在于，步骤(2)中，带电破碎过程中，在破碎机的腔体内通入惰性气体，并保持腔体密闭；本发明在无需彻底放电的条件下，可以实现废旧锂电池的直接破碎，破碎过程采用一次剪切破碎，使电池中外壳、隔膜、铜箔、铝箔充分分离，便于后续有用组分的分离回收；破碎后物料呈片状，物料粒度为15-40mm。
3.根据权利要求1所述的废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，其特征在于，步骤(3)中，热解过程在保护气氛下进行，热解炉内氧含量低于5％，热解温度为400-600℃，热解时间为0.5-2h；热解设备采用多膛炉、回转炉或带式炉，加热方式采用电磁加热、电阻丝加热，或者以天然气、重油、液化气或生物质燃料作为燃料。
4.根据权利要求1所述的废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，其特征在于，步骤(5)中，风选机采用循环风，风选风速为10-25m/s。
5.根据权利要求1所述的废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，其特征在于，步骤(7)中，气流剥离机能够在不破碎铜铝箔的同时，将铜铝箔表面的极粉剥离下来。
6.根据权利要求1所述的废旧锂电池高温热解及气动力剥离分选的方法，其特征在于，步骤(9)中，焚烧的温度为850-1200℃，时间为2-3s；急冷后尾气温度控制在200℃以下；急冷后尾气通过两级水洗、一级碱洗净化处理，碱洗采用氢氧化钠溶液做为洗液。
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