CN114011533A - 一种废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置及方法，所述湿式球磨装置包括剥离装置，所述剥离装置的一端设置有进料口和介质口，另一端设置有出料口，介质口依次连接有介质运输装置和介质分离装置，所述介质分离装置内设置有喷淋装置，所述剥离装置在靠近所述出料口的一端还设置有驱动装置，物料和介质进入剥离装置内进行湿磨后排出，依次进入介质分离装置和介质运输装置，并经喷淋装置进行淋洗，再返回剥离装置完成一个循环。在本发明中，针对废旧锂电池的特性开发一种电极粉剥离的新型湿式球磨装置，提出采用一台设备代替现有粉碎‑磨矿‑筛分工艺，不仅能够简化流程，还能提高效率，使得电极粉的品位和回收率均能达到95％以上。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及废旧锂电池电极粉的处理，尤其涉及一种废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置及方法。
背景技术
近年来，随着新能源汽车的大量报废以及人们对3C产品的依赖程度的提高，越来越多的废旧锂电池涌现到市场中，这部分电池若不加以回收利用，其中镍、钴、锰等重金属易造成水土污染，电解质分解产生HF、P2O5等有毒物质。此外，锂电池中Co、Li、Ni、Mn、Al、Cu、Fe等有价金属资源含量很高，极具回收价值，因此，对废旧锂电池进行有效回收势在必行，废旧锂电池的回收主要分为预处理和二次处理两部分，预处理的效果可以直接影响二次处理效果。
CN112871991A公开了一种废旧锂电池低温蒸发回收电极粉系统及方法，所述系统包括：拆解系统、破碎系统、低温蒸发系统、分选系统、除尘系统、气体回收系统和惰性气体保护系统；所述拆解系统与破碎系统连接，所述破碎系统与低温蒸发系统连接，所述低温蒸发系统与分选系统连接，所述气体回收系统与低温蒸发系统，所述惰性气体保护系统分别与破碎系统、低温蒸发系统和气体回收系统连接，所述除尘系统分别与破碎系统和分选系统连接；该发明技术方案带来的有益效果：占地面积小，黑粉的回收率＞98％，铜和铝的回收率＞98％，废气中VOC<50mg/m3，无二噁英产生，无废水产生，安全性高。
CN105234147A公开了一种超级电容器的资源化回收方法，该回收方法包括：将放电完毕的超级电容器单体拆解获得电芯和电极片；其中，电芯经蒸馏得到电解液溶剂；电极片经剪切、研磨、过筛后，分离得到电极粉和铝箔，电极粉用去离子水洗涤，分离上层水溶液和洗涤后的电极粉，然后向洗涤后的电极粉中加入碱性水溶液再次洗涤，最后将电极粉进行高温活化处理，得到回收的电极粉材料。该发明的回收方法在保证废旧的超级电容器单体的无害化处理的同时，在不引入有机溶剂等有害物质的基础上，有效地将构成单体的主要材料进行回收再利用，不仅实现了超级电容器全寿命周期的环境友好性，而且提高了电极、电解液等主要材料的再使用价值。
CN111701495A公开了一种废旧电池电极粉分离回收装置，搅拌桶为上部开口的圆柱形桶体，搅拌桶内具有搅拌室，搅拌桶设有有介质口和物料口；搅拌主轴设在搅拌桶中间，搅拌主轴上端与主传动机构连接，主传动机构使得搅拌主轴旋转；多个搅拌副轴位于搅拌室中并与副传动机构连接，副传动机构直接或间接与搅拌主轴下端连接、各搅拌副轴上均设有形状各不相同的桨叶；搅拌主轴带动多个搅拌副轴旋转，同时多个搅拌副轴能够自转；支架与搅拌桶连接并且向外延伸超出搅拌桶。
现有工艺主要流程是粉碎，将电极片碎料的粒度进一步降低，使大部分电极粉脱落，然后进行筛分，使电极粉分离出来，然后对剩余物料在进行磨矿-筛分处理，回收剩余电极粉，此流程不仅工艺繁琐，而且由于粉碎和磨矿的加入使得集流体极易过粉碎进入电极粉中，对电极粉造成污染，同时由于电极粉的粒度很小，所需的筛孔尺寸也很小，这会严重影响干法筛分的筛分效率，同时会产生大量的粉尘污染和噪声，不仅如此，现有的针对废旧锂电池的粉碎、磨矿设备基本是从替他领域直接应用过来，很少有针对废旧锂电池特性而开发的设备，这也造就此类设备有适用性不足、效率低等问题。
因此，亟需设计开发一种电极粉剥离的新型装置，以满足实际生产生活的需求的同时，还可以简化流程提高处理效率。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置及方法，在本发明中，针对废旧锂电池的特性开发一种电极粉剥离的新型湿式球磨装置，提出采用一台设备代替现有粉碎-磨矿-筛分工艺，不仅能够简化流程，还能提高效率，使得电极粉的品位和回收率均能达到95％以上。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置，所述湿式球磨装置包括剥离装置，所述剥离装置的一端设置有进料口和介质口，另一端设置有出料口，所述介质口依次连接有介质运输装置和介质分离装置，所述介质分离装置内设置有喷淋装置，所述介质分离装置连接所述剥离装置的出料口，所述剥离装置在靠近所述出料口的一端还设置有驱动装置，物料和介质进入剥离装置内进行湿磨后排出，依次进入介质分离装置和介质运输装置，并经喷淋装置进行淋洗，再返回剥离装置完成一个循环。
在本发明中，针对废旧锂电池的特性开发一种电极粉剥离的新型湿式球磨装置，提出采用一台设备代替现有粉碎-磨矿-筛分工艺，不仅能够简化流程，还能提高效率，使得电极粉的品位和回收率均能达到95％以上。
需要说明的是，本发明主要针对废旧锂电池的预处理环节中的电极粉剥离，同时也可用于其他物料；本发明主要应用于电池回收领域，且干法湿法均可；本发明所采用的排料方式为定时排料，而不是现有设备的连续排料，所要达到的目的主要是剥离作用，并选择性的对物料进行粉碎；且本发明所用药剂均可重复利用，注意的是，本发明提出的废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置，不同于现有技术中单一的粉碎处理，本申请采用一个整体装置就可以完成粉碎-磨矿-筛分工艺，简化了流程，还能提高效率。
作为本发明一种优选的技术方案，所述剥离装置为湿磨罐。
作为本发明一种优选的技术方案，所述剥离装置出料口的一端向下倾斜。
优选地，所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角为1～30°，例如可以是1°、3°、5°、7°、9°、10°、13°、15°、18°、20°、25°、27°、30°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角为1～30°，是因为这有利于介质、物料和药剂的排出，还能保证介质对物料的研磨效果，同时减少介质对剥离装置传动一侧的磨损，减少装置因重量分配不均而造成损伤，当所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角超过本发明所述限定值30°时，会导致物料的过粉碎，同时加重对剥离装置传动一侧的磨损，还会造成传动装置的损伤这是由于当所述角度超过30°时，物料、介质和药剂会过分倾向于出料口一侧，介质的堆积会增加研磨力，对物料造成过粉碎，降低电极粉品位，而且还会导致出料口一侧的重量过大，会有头重脚轻的现象，从而减少传动装置的使用寿命，增加筒体的磨损。当所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角低于本发明所述限定值1°时，会导致物料、介质和药剂排出困难，这是由于当剥离装置的角度低于1°时，剥离装置接近水平面，当完成剥离后，物料、介质和药剂很难从出料口完全排出，会导致剥离装置内有残留，尤其是电极粉，会严重影响电极粉的回收率，而且残留的铜箔铝箔会进入下一个循环，导致过粉碎。
作为本发明一种优选的技术方案，所述介质口固定连接介质运输装置，且不随所述剥离装置运动而运动。
作为本发明一种优选的技术方案，所述介质分离装置为振动筛。
优选地，所述的振动筛为直线振动筛或圆振动筛。
优选地，所述的振动筛的筛孔尺寸小于介质尺寸，且大于集流体粒度。
作为本发明一种优选的技术方案，所述介质分离装置一端设置有出料溜槽，所述出料溜槽插入至所述介质运输装置内。
作为本发明一种优选的技术方案，所述介质运输装置为斗式提升机或螺旋输送机。
优选地，所述介质运输装置与水平面的最小夹角为30～90°，例如可以是30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了所述介质运输装置与水平面的最小夹角为30～90°，是因此夹角范围有利于设备的稳定运行，且可缩短设备的整体长度，减少成本，介质运输装置为直立或斜立装置，其与水平面的最小夹角最大时，即垂直于水平面时角度为90°，其余位置时最小夹角均小于90°；当所述介质运输装置与水平面的最小夹角低于本发明所述限定值30°，会导致介质运输装置过长，增加成本和检修压力，是因为当夹角小于30°时，想要提升相同高度的物料所需要的装置长度就会更长，同时也会增加设备的整体长度，这会极大的增加装置成本和检修压力。
作为本发明一种优选的技术方案，所述驱动装置包括大齿轮和设置于大齿轮上的小齿轮，所述小齿轮连接电动机，用于提供给剥离装置动力。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的湿式球磨装置的方法，所述方法包括：
在工作过程中，物料和药剂由进料口进入，此时出料口关闭，介质通过介质口进入剥离装置后，进料口关闭，并启动驱动装置将动力传给剥离装置，开始进行湿磨至预定时间后，剥离装置停止转动打开进料口和出料口，介质、物料和药剂排出并进入介质分离装置中，关闭出料口且加入新的物料和药剂，经喷淋装置进行淋洗，再返回剥离装置，完成一个循环。
作为本发明一种优选的技术方案，所述药剂为水、N-甲基吡咯烷酮、甲酸或乙酸中任意一种或两种及以上的组合。
优选地，所述介质为球形介质。
优选地，所述介质为不锈钢球、锆球或铁球。
优选地，所述球形介质的直径为10～200mm，例如可以是10mm、50mm、60mm、70mm、80mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm、200mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明中，针对废旧锂电池的特性开发一种电极粉剥离的新型湿式球磨装置，提出采用一台设备代替现有粉碎-磨矿-筛分工艺，不仅能够简化流程，还能提高效率，使得电极粉的品位和回收率均能达到95％以上。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置结构主视图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置结构俯视图；
其中，1-湿磨罐；2-进料口；3-出料口；4-介质口；5-大齿轮；6-小齿轮；7-电动机；8-介质分离装置；9-喷淋装置；10-介质运输装置。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置，如图1和2所示，所述湿式球磨装置包括剥离装置，剥离装置的一端设置有进料口2和介质口4，另一端设置有出料口3，介质口4依次连接有介质运输装置10和介质分离装置8，介质分离装置8内设置有喷淋装置9，介质分离装置8连接剥离装置的出料口3，剥离装置在靠近出料口3的一端还设置有驱动装置，物料和介质进入剥离装置内进行湿磨后排出，依次进入介质分离装置8和介质运输装置10，并经喷淋装置9进行淋洗，再返回剥离装置完成一个循环。
在本发明中，针对废旧锂电池的特性开发一种电极粉剥离的新型湿式球磨装置，提出采用一台设备代替现有粉碎-磨矿-筛分工艺，不仅能够简化流程，还能提高效率，使得电极粉的品位和回收率均能达到95％以上。
需要说明的是，本发明主要针对废旧锂电池的预处理环节中的电极粉剥离，同时也可用于其他物料；本发明主要应用于电池回收领域，且干法湿法均可；本发明所采用的排料方式为定时排料，而不是现有设备的连续排料，所要达到的目的主要是剥离作用，并有选择的对物料进行粉碎；且本发明所用的药剂均可重复利用，注意的是，本发明提出的废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置，不同于现有技术中的粉碎处理，本申请采用一个整体装置就可以完成粉碎-磨矿-筛分工艺，简化了流程，还能提高效率。
剥离装置为湿磨罐1，进一步地，剥离装置出料口3的一端向下倾斜，更进一步地，剥离装置的倾斜面和水平面的夹角为1～30°，本发明特别限定了所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角为1～30°，是因为这有利于介质、物料和药剂的排出，还能保证介质对物料的研磨效果，同时减少介质对剥离装置传动一侧的磨损，减少装置因重量分配不均而造成损伤，当所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角超过本发明所述限定值30°时，会导致物料的过粉碎，同时加重对剥离装置传动一侧的磨损，还会造成传动装置的损伤这是由于当所述角度超过30°时，物料、介质和药剂会过分倾向于出料口3一侧，介质的堆积会增加研磨力，对物料造成过粉碎，降低电极粉品位，而且还会导致出料口3一侧的重量过大，会有头重脚轻的现象，从而减少传动装置的使用寿命，增加筒体的磨损。当所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角低于本发明所述限定值1°时，会导致物料、介质和药剂排出困难，这是由于当剥离装置的角度低于1°时，剥离装置接近水平面，当完成剥离后，物料、介质和药剂很难从出料口3完全排出，会导致剥离装置内有残留，尤其是电极粉，会严重影响电极粉的回收率，而且残留的铜箔铝箔会进入下一个循环，导致过粉碎。
介质口4固定连接介质运输装置10，且不随所述剥离装置运动而运动，介质分离装置8为振动筛，进一步地，振动筛为直线振动筛或圆振动筛，振动筛的筛孔尺寸小于介质尺寸，且大于集流体粒度。
介质分离装置8一端设置有出料溜槽，出料溜槽插入至介质运输装置10内，介质运输装置10为斗式提升机或螺旋输送机，进一步地，介质运输装置10与水平面的最小夹角为30～90°，本发明特别限定了所述介质运输装置10与水平面的最小夹角为30～90°，是因此夹角范围有利于设备的稳定运行，且可缩短设备的整体长度，减少成本，介质运输装置10为直立或斜立装置，其与水平面的最小夹角最大时，即垂直于水平面时角度为90°，其余位置时最小夹角均小于90°；当所述介质运输装置10与水平面的最小夹角低于本发明所述限定值30°，会导致介质运输装置10过长，增加成本和检修压力，是因为当夹角小于30°时，想要提升相同高度的物料所需要的装置长度就会更长，同时也会增加设备的整体长度，这会极大的增加装置成本和检修压力。
驱动装置包括大齿轮5和设置于大齿轮5上的小齿轮6，小齿轮6连接电动机7，用于提供给剥离装置动力。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种湿式球磨装置的方法，所述方法包括：
在工作过程中，物料和药剂由进料口2进入，此时出料口3关闭，介质通过介质口4进入剥离装置后，进料口2关闭，并启动驱动装置将动力传给剥离装置，开始进行湿磨至预定时间后，剥离装置停止转动打开进料口2和出料口3，介质、物料和药剂排出并进入介质分离装置8中，关闭出料口3且加入新的物料和药剂，经喷淋装置9进行淋洗，再返回剥离装置，完成一个循环，进一步地，药剂为水、N-甲基吡咯烷酮、甲酸或乙酸中任意一种或两种及以上的组合，介质为球形介质，进一步地，介质为不锈钢球、锆球或铁球，更进一步地，球形介质的直径为10～200mm。
需要注意的是，本发明所描述的以及图1和2所展示的主要是针对当球磨介质粒度大于集流体粒度时的情况，当球磨介质小于集流体粒度时，只需在介质分离装置8内再添加一层筛板，使第一层筛板筛孔尺寸大于介质粒度小于集流体尺寸，第二层筛板筛孔尺寸小于介质粒度即可。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种废旧锂电池电极粉剥离的湿式球磨装置，其特征在于，所述湿式球磨装置包括剥离装置，所述剥离装置的一端设置有进料口和介质口，另一端设置有出料口，所述介质口依次连接有介质运输装置和介质分离装置，所述介质分离装置内设置有喷淋装置，所述介质分离装置连接所述剥离装置的出料口，所述剥离装置在靠近所述出料口的一端还设置有驱动装置；
物料和介质进入剥离装置内进行湿磨后排出，依次进入介质分离装置和介质运输装置，并经喷淋装置进行淋洗，再返回剥离装置完成一个循环。
2.根据权利要求1所述的湿式球磨装置，其特征在于，所述剥离装置为湿磨罐。
3.根据权利要求1或2所述的湿式球磨装置，其特征在于，所述剥离装置出料口的一端向下倾斜；
优选地，所述剥离装置的倾斜面和水平面的夹角为1～30°。
4.根据权利要求1-3任一项所述的湿式球磨装置，其特征在于，所述介质口固定连接介质运输装置，且不随所述剥离装置运动而运动。
5.根据权利要求1-4任一项所述的湿式球磨装置，其特征在于，所述介质分离装置为振动筛；
优选地，所述的振动筛为直线振动筛或圆振动筛；
优选地，所述的振动筛的筛孔尺寸小于介质尺寸，且大于集流体粒度。
6.根据权利要求1-5任一项所述的湿式球磨装置，其特征在于，所述介质分离装置一端设置有出料溜槽，所述出料溜槽插入至所述介质运输装置内。
7.根据权利要求1-6任一项所述的湿式球磨装置，其特征在于，所述介质运输装置为斗式提升机或螺旋输送机；
优选地，所述介质运输装置与水平面的最小夹角为30～90°。
8.根据权利要求1-7任一项所述的湿式球磨装置，其特征在于，所述驱动装置包括大齿轮和设置于大齿轮上的小齿轮，所述小齿轮连接电动机，用于提供给剥离装置动力。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的湿式球磨装置的方法，其特征在于，所述方法包括：
在工作过程中，物料和药剂由进料口进入，此时出料口关闭，介质通过介质口进入剥离装置后，进料口关闭，并启动驱动装置将动力传给剥离装置，开始进行湿磨至预定时间后，剥离装置停止转动打开进料口和出料口，介质、物料和药剂排出并进入介质分离装置中，关闭出料口且加入新的物料和药剂，经喷淋装置进行淋洗，再返回剥离装置，完成一个循环。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述药剂为水、N-甲基吡咯烷酮、甲酸或乙酸中任意一种或两种及以上的组合；
优选地，所述介质为球形介质；
优选地，所述介质为不锈钢球、锆球或铁球；
优选地，所述球形介质的直径为10～200mm。
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