CN114392829A - 一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，包括，将废旧三元锂电池无氧破碎；采用磁选法剔除磁性物质，再采用水流分选法分离出金属壳体碎块，收集极片碎片；用含酸水溶液浸泡所述极片碎片，通过超声波清洗使极片碎片上的极粉脱落，极粉进入溶液形成低固含量的浆料。本发明采用水流分选法分离壳体碎块，用水洗法收集黑粉，浆料管道输送，用浓密机连续浆料增稠，工艺过程不扬尘，环节少，维护简单。

Description

一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法
技术领域
本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及到一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法。
背景技术
随着电动汽车的发展，报废的三元锂电池会越来越多。从这些报废电池经无害化破碎分选出来的三元正极材料，其回收利用过程需经过酸浸，酸浸出镍钴锰锂金属盐溶液。
镍钴锰盐是三元前驱体的主要生产原料，而三元前驱体则是三元锂电池的主要生产原料。镍钴锰锂的酸浸一般采用硫酸+双氧水的工艺酸浸出镍钴锰锂。三元正极材料报废料的主要化学成分为镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2，是一种含高价态镍钴锰的化合物，酸浸时需加还原剂将高价镍钴锰还原成正二价的镍钴锰，其还原剂可用双氧水、亚硫酸钠、或二氧化硫等。
目前针对带电废旧三元锂电池的破碎、处理，并通过酸浸回收镍钴锰和锂的生产工艺，通常的方法是将废旧三元锂电池带电破碎，破碎物料进行无氧烘干或裂解，磁选磁性物质，气流分选分离出金属壳体碎块；其后极片碎片等物料再经过数次破碎与研磨、振动分选筛分离，分离出负极片上的铜箔、正极片上的铝箔，以及极片上脱落下来的极粉，极粉被输送到酸浸车间，与水、硫酸一起加入打浆釜搅拌，制作成固含量约20％的浆料；浆料、酸及双氧水一起加入酸浸反应釜，浸出镍钴锰和锂。
但是，风选过程中会产生大量扬尘，重物料分选不彻底，同时需要精准的风量调节，且极粉容易在管道内集结，进而影响风量和风选效果，增加分选系统处理负担。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的不足，本发明的其中一个目的是提供一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，本发明采用水流分选法分离壳体碎块，用水洗法收集黑粉，浆料管道输送，用浓密机连续浆料增稠，工艺过程不扬尘，环节少，维护简单；且采用单次破碎，铜箔、铝箔碎片尺寸较大，无铝细粉产出，无爆燃风险。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，包括，
将废旧三元锂电池无氧破碎；
采用磁选法剔除磁性物质，再采用水流分选法分离出金属壳体碎块，收集极片碎片；
用含酸水溶液浸泡所述极片碎片，通过超声波清洗使极片碎片上的极粉脱落，极粉进入溶液形成低固含量的浆料。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：还包括将所述低固含量的浆料进行增稠脱水，得到澄清液和增稠的浆料，将所述增稠的浆料进行酸浸处理，得到高品位极粉。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：所述进行酸浸处理，将所述增稠的浆料用于湿法冶炼中的酸浸处理工艺。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：所述澄清液以及水流分选的用后液，用酸调和后用于含酸高压水流冲击；
所述用酸调和，补充硫酸调和至酸含量为1.5～2％。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：还包括，将脱粉后的极片碎片用清水清洗，干燥、色选分选，分选出正极片和负极片。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：所述极片碎片的洗后液用于水流分选。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：所述将废旧三元锂电池无氧破碎，将废旧三元锂电池带电破碎成3～5cm的碎片，碎片不折叠、卷曲，极片碎片蓬松。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：所述无氧破碎，注入保护气体，气体中氧气的含量低于2％。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：还包括，将废旧三元锂电池无氧破碎后进行无氧低温裂解碳化，温度为400～500℃，无氧裂解时间一小时以上。
作为本发明带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法的一种优选方案，其中：所述无氧低温裂解碳化，注入保护气体，气体中氧气的含量低于2％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用水流分选法分离壳体碎块，用水洗法收集黑粉，浆料管道输送，用浓密机连续浆料增稠，工艺过程不扬尘，环节少，维护简单；且采用单次破碎，铜箔、铝箔碎片尺寸较大，无铝细粉产出，无爆燃风险。本发明适合于极片黑粉回收和镍钴锰锂湿法冶炼的联合场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明回收处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
如图1所述，本实施例提供的一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，为带电无氧破碎、低温无氧裂解、磁选、水流分选壳体碎块、含酸水溶液浸泡超声脱粉、色选分选法分离铜箔铝箔、浆料增稠脱水和酸浸；其中，
(1)所述带电无氧破碎是指将废旧三元锂电池密闭输送至破碎机，在氮气保护无氧环境(氧气含量低于2％)下破碎成3～5cm的极片、隔膜碎片及壳体碎块。
(2)所述低温无氧裂解，是将破碎后的物料密闭输送到低温无氧裂解炉，所述低温无氧裂解炉的温度在400～500℃，所述低温无氧裂解炉在加入破碎后的物料前进行抽真空且保持封闭，所述混合物料中掺杂的塑料隔膜及电解液进行裂解碳化，无氧裂解时间1.5小时，裂解后的混合物料只剩下正、负极片和金属；裂解后的破碎物料从高温裂解炉中无氧冷却后排出。
(3)所述磁选是将冷却后的破碎物料在强磁场的作用下分离出铁钢壳体等磁性物质。
(4)所述水流分选壳体碎块，是将破碎物料投入到水流分选机中，由下往上的水流中，水流携带极片碎片往上移动，而壳体碎块由于重力在水流中下沉；从水流的上方取走极片碎片，从水流下方取走壳体碎块。
(5)所述含酸水溶液浸泡超声脱粉，用含酸水溶液浸泡所述极片碎片，通过超声波清洗使极片碎片上的极粉脱落，使水流分选壳体碎块后的正、负极片碎片，在含酸水溶液浸泡和超声波清洗的共同作用下，极片上的黑粉脱落干净，正极片变成铝箔、负极片变成铜箔、黑粉进入溶液变成低固含量浆料的过程。含酸水溶液是浓密机的澄清液、水流分选的用后液以及湿法冶炼的用后液，用酸调和后用于浸泡极片以及超声波震动脱粉的含酸水溶液；用酸调和是指补充硫酸调和至酸含量为2％；浸泡极片后硫酸与极片的黑粉发生反应将消耗硫酸，及时补充液体的残酸含量，保证pH值低于3.5。
脱粉后的极片碎片从溶液中分离出时，容易沾上少量黑粉，用清水或湿法冶炼的用后液将脱粉后的铜箔铝箔碎片在超声波震动下再次清洗，使黑粉几乎都进入液体中。
(6)所述色选分选铜箔铝箔，为含酸高压水流脱粉后的铝箔、铜箔经清水冲洗热风烘干后，根据视频成像中铝箔、铜箔碎片的颜色差异，区别出铝箔碎片、铜箔碎片，再用气流喷嘴逐个挑选，分离铜箔碎片与铝箔碎片。
(7)所述浆料增稠脱水，为上述极片脱除黑粉的浆料输送到浓密机中增稠。浆料通过重力沉降浓缩为含固量为20％以上的底流浆料，借助安装于浓密机内慢速运转的耙的作用，使增稠的底流浆料由浓密机底部的底流口卸出，用作酸浸制浆的原料。浓密机上部产生较清净的澄清液(溢流)，由顶部的环形溜槽排出，用作所述水流分选壳体碎块和所述含酸高压水流极片脱粉的溶液循环使用。
(8)所述酸浸，包括，浆料制作和酸溶。所述浆料为含镍钴锰酸锂的粉料、石墨粉料、水与酸液的混合料；来自所述浆料增稠脱水的浓密机，其增稠的底流浆料调制成固含量20～25％的浆料。所述酸溶在酸浸反应釜内进行，通过添加浆料、硫酸、双氧水，酸浸出镍钴锰锂。
极粉回收率为99.9％、极粉中铜铝含量为0.9％。
实施例2
本实施例2与实施例1基本相同，区别在于步骤(5)不同，具体的，
(5)采用含酸高压水流极片脱粉，使水流分选壳体碎块后的正、负极片碎片，在高压含酸水流冲击、滚筒筛网摩擦的共同作用下，极片上的黑粉脱落干净，正极片变成铝箔、负极片变成铜箔、黑粉进入溶液变成低固含量浆料的过程。所述高压水流为含有水、1.5～2％残酸以及少量黑粉的混合液体的高压射流。
极粉回收率为99.6％、极粉中铜铝含量为2.2％。
本发明在常规带电废旧三元锂电池湿法回收的基础上，作出如下改进：
(1)电池破碎料在500℃温度附近进行一小时以上的无氧裂解碳化，彻底失效和松散了电池极片上黑粉的粘结剂，靠水流冲击与漏网摩擦可将极片脱粉干净，改变了主要依靠碱浸和酸浸实现极片脱粉的常规湿法工艺。
(2)弃用了常规的风流分选金属壳体碎块工艺，采用水流分选法分离金属壳体碎块。
(3)极片脱粉后的低固含量的浆料输送至浓密机，连续生成增稠的底流浆料和较清净的澄清液(溢流)，实现了回收生产过程的连续稳定。
(4)浓密机增稠的底流浆料用作酸浸的浆料，以浆料增稠代替常规的浆料制作，合并了酸浸的浆料制作环节。
(5)浓密机较清净的澄清液用于极片脱粉，实现了液体的循环使用。
(6)本发明采用水流分选法分离壳体碎块，用水洗法收集黑粉，浆料管道输送，用浓密机连续浆料增稠，工艺过程不扬尘，环节少，工艺皮实，维护简单。且采用单次破碎，铜箔、铝箔碎片尺寸较大，无铝细粉产出，无爆燃风险。而常规风选工艺，需要精准的风量调节，且黑粉容易在管道内集结，进而影响风量和风选效果，时常需专业维护。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：包括，
将废旧三元锂电池无氧破碎；
采用磁选法剔除磁性物质，再采用水流分选法分离出金属壳体碎块，收集极片碎片；
用含酸水溶液浸泡所述极片碎片，通过超声波清洗使极片碎片上的极粉脱落，极粉进入溶液形成低固含量的浆料。
2.如权利要求1所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：还包括将所述低固含量的浆料进行增稠脱水，得到澄清液和增稠的浆料，将所述增稠的浆料进行酸浸处理，得到高品位极粉。
3.如权利要求3所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：所述进行酸浸处理，将所述增稠的浆料用于湿法冶炼中的酸浸处理工艺。
4.如权利要求2或3所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：所述澄清液以及水流分选的用后液，用酸调和后用于所述含酸水溶液浸泡；
所述用酸调和，补充硫酸调和至酸含量为1.5～2％。
5.如权利要求1～3中任一项所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：还包括，将脱粉后的极片碎片用清水清洗，干燥、色选分选，分选出正极片和负极片。
6.如权利要求5所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：所述极片碎片的洗后液用于水流分选。
7.如权利要求1～3、6中任一项所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：所述将废旧三元锂电池无氧破碎，将废旧三元锂电池带电破碎成3～5cm的碎片，碎片不折叠、卷曲，极片碎片蓬松。
8.如权利要求7所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：所述无氧破碎，注入保护气体，气体中氧气的含量低于2％。
9.如权利要求1～3、6、8中任一项所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：还包括，将废旧三元锂电池无氧破碎后进行无氧低温裂解碳化，温度为400～500℃，无氧裂解时间一小时以上。
10.如权利要求9所述的带电废旧三元锂电池的酸浸回收方法，其特征在于：所述无氧低温裂解碳化，注入保护气体，气体中氧气的含量低于2％。
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