CN115896455B - 废旧锂电池正极片回收处理设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种废旧锂电池正极片回收处理设备及其方法，由于金属活动性顺序表中铁是强于氢，硫酸铁盐洗液中的铁离子优先与部分铝箔反应生成铝离子和亚铁离子，并抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。同时的，亚铁离子和正极材料粉中的镍钴锰酸锂发生氧化还原反应，使得氢离子被消耗以及亚铁离子被氧化成铁离子，从而使得铁离子在整个超声盐洗过程中达到动态平衡，进而始终抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。因此采用硫酸铁盐超声盐洗不仅能够减少氢气的产生量，而且也避免了使用有机溶剂和铝粉的产生，从而有效地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电池回收领域，特别是涉及一种废旧锂电池正极片回收处理设备及其方法。
背景技术
锂离子电池是目前世界上已工业化的充电性能最好的化学电池，具有能量密度高、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆和污染小等特点，在手机、笔记本电脑、照相机、电动工具等便携式电子设备以及汽车、航天和医疗设备等方面均有广泛应用、未来在电动自行车、电动汽车等领域的应用将迎来迅猛发展。据推算，2030年国内将有超过1.1TWh(太瓦时)的动力电池随乘用电动汽车和商用电动汽车售出。以5～8年的服役期，折损20％电量为退役条件来计算，2021年至2030年期间国内乘用电动汽车和商用电动汽车动力电池退役总量将会达到705万吨。锂离子电池中镍、钴、锰、锂等金属含量远高于自然界原生矿含量，而回收利用成本远远低于原矿处理成本，且回收废旧锂离子电池还会减少对环境的污染。因此，对废旧锂离子电池回收的产业化迫在眉睫，其成功回收也将收获相当大的经济效益和社会效益。
传统的废旧锂电池中的正极片处理步骤为：先将废旧锂电池正极片的铝箔与活性物料进行剥离，然后采用浸出的方法从活性物质中回收有价金属，其铝箔和正极材料粉的剥离方法主要有：焙烧法、有机溶剂处理法、物理破碎研磨法、煅烧-碱溶法等。其中，物理破碎研磨法涉及到有铝粉的产生、有机溶剂处理法涉及有机溶剂等危险化学品，煅烧-碱溶法会产生大量氢气，焙烧法容易让废旧锂电池中的正极片发生剧烈的化学反应，均存在较高的安全风险。
发明内容
本发明的目的是克服传统废旧锂电池正极片处理的安全风险较高的不足之处，提供一种不会产生铝粉，不需要有机溶剂等危险化学品，且不会大量产生氢气的废旧锂电池正极片回收处理设备及其方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种废旧锂电池正极片回收处理设备，包括：
破碎机构，所述破碎机构用于破碎废旧锂电池的正极片；
超声波清洗机构，所述超声波清洗机构包括超声波清洗机和第一振动筛，所述超声波清洗机的入料端与所述破碎机构的出料端连通，所述第一振动筛的入料端与所述超声波清洗机的下料端连通；
脱水干燥机构，所述脱水干燥机构包括脱水组件及干燥组件，所述脱水组件分别与所述干燥组件及所述第一振动筛的出料端连通；
沉铝机构，所述沉铝机构包括顺序连通的中转浆料槽、第一压滤机、沉铝反应槽及第二压滤机，所述中转浆料槽分别与所述第一振动筛的出液端和所述脱水组件的出液端连通；
第一控制泵，设于所述中转浆料槽与所述第一压滤机连通的管道上；
第二控制泵，设于所述沉铝反应槽与所述第二压滤机连通的管道上；
硫酸铁盐洗液循环机构，所述硫酸铁盐洗液循环机构包括硫酸铁盐洗滤液储存组件和硫酸铁盐洗液配置组件，所述硫酸铁盐洗滤液储存组件分别与所述硫酸铁盐洗液配置组件及所述第二压滤机连通，所述硫酸铁盐洗液配置组件与所述超声波清洗机连通。
在其中一个实施例中，所述破碎机构包括行吊机、破碎机、第一挡板输送机、第二振动筛、第二挡板输送机、粉料仓及螺旋输送机，所述行吊机用于将废旧锂电池正极片输送至所述破碎机，所述第一挡板输送机与所述破碎机连通，所述第二振动筛分别与所述第一挡板输送机和所述第二挡板输送机连通，所述第二挡板输送机与所述超声波清洗机连通，所述粉料仓分别与所述第二振动筛和所述螺旋输送机连通。
在其中一个实施例中，所述脱水组件设有离心机，所述离心机与所述中转浆料槽连通。
在其中一个实施例中，所述干燥组件包括上料机、振动流化床、换热器、鼓风机及第三挡板输送机，所述上料机分别与所述离心机及所述振动流化床连通，所述换热器的出风口与所述振动流化床的进风口连通，所述换热器的热源接口用于输送高温蒸汽，所述换热器的冷源接口与所述鼓风机的出风口连通，所述鼓风机的进风口用于收集空气，所述第三挡板输送机与所述振动流化床连通。
在其中一个实施例中，所述硫酸铁盐洗滤液储存组件包括硫酸铁盐洗滤液储槽及第三控制泵，所述硫酸铁盐洗滤液储槽与所述第二压滤机连通，所述第三控制泵设于所述硫酸铁盐洗滤液储槽与所述硫酸铁盐洗液配置组件连通的管道上。
在其中一个实施例中，所述硫酸铁盐洗液配置组件包括硫酸铁盐洗液配置槽、第四控制泵、硫酸铁盐洗液储槽及第五控制泵，所述硫酸铁盐洗液配置槽分别与所述硫酸铁盐洗液储槽连通，所述第三控制泵设于所述硫酸铁盐洗滤液储槽与所述硫酸铁盐洗液配置槽连通的管道上，所述第四控制泵设于所述硫酸铁盐洗液配置槽与硫酸铁盐洗液储槽连通的管道上，所述第五控制泵设于所述硫酸铁盐洗液储槽与所述超声波清洗机连通的管道上；
所述硫酸铁盐洗液配置组件还包括硫酸储槽和第六控制泵，所述硫酸储槽分别与所述中转浆料槽和所述硫酸铁盐洗液配置槽连通，所述第六控制泵设于所述硫酸储槽与所述中转浆料槽及所述硫酸铁盐洗液配置槽连通的管道上。
在其中一个实施例中，还包括尾气净化机构，所述尾气净化机构包括顺序连通的旋风除尘器、布袋除尘器、喷淋塔、引风机及烟囱，所述旋风除尘器分别与所述破碎机及第二振动筛连通，所述喷淋塔与所述超声波清洗机连通。
一种废旧锂电池正极片回收处理方法，采用上述任一实施例所述的废旧锂电池正极片回收处理设备进行，所述废旧锂电池正极片回收处理方法包括以下部分或全部步骤：
将废旧锂电池正极片进行破碎操作，以得到破碎后的废旧锂电池正极片混合料；
将所述破碎后的废旧锂电池正极片混合料进行分离筛选操作，以得到待回收的废旧锂电池正极片混合料；
对所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行超声波盐洗，并对盐洗后的所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行振荡分离，以得到待回收铝箔和硫酸铁盐洗液；
对所述待回收铝箔进行离心操作，以得到离心液和待干燥铝箔；
对所述待干燥铝箔进行干燥操作，以得到回收铝箔；
将所述硫酸铁盐洗液和所述离心液输送至所述中转浆料槽内混合后得到混合浆料；
对所述混合浆料进行沉铝反应，以得到铝化物沉淀。
在其中一个实施例中，在所述将所述硫酸铁盐洗液和所述离心液输送至所述中转浆料槽内混合后得到混合浆料之后，以及在对所述混合浆料进行沉铝反应，以得到铝化物沉淀之前，所述废旧锂电池正极片回收处理方法还包括以下步骤：
对所述混合浆料进行调pH操作。
在其中一个实施例中，所述混合浆料的pH值小于2。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、本申请的废旧锂电池正极片回收处理设备，通过使用破碎机构将废旧锂电池正极片破碎后输送至超声波清洗机，又因硫酸铁盐洗液配置组件与超声波清洗机连通，采用硫酸铁盐洗对废旧锂电池进行超声波清洗以使铝箔和正极材料粉分离。具体的，由于金属活动性顺序表中铁是强于氢，硫酸铁盐洗液中的铁离子优先与部分铝箔反应生成铝离子和亚铁离子，并抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。同时的，亚铁离子和正极材料粉中的镍钴锰酸锂发生氧化还原反应，使得氢离子被消耗以及亚铁离子被氧化成铁离子，从而使得铁离子在整个超声盐洗过程中达到动态平衡，进而始终抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。因此采用硫酸铁盐超声盐洗不仅能够减少氢气的产生量，而且也避免了使用有机溶剂和铝粉的产生，从而有效地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备的安全性。
2、超声盐洗后的铝箔经过第一振动筛分离筛选出来后输送至脱水组件进行脱水，再输送至干燥组件进行干燥处理并回收铝箔。但由于超声盐洗后的硫酸铁盐洗液及铝箔表面的液体内均掺杂部分铝离子，因此本申请废旧锂电池正极片回收处理设备，通过超声波清洗机内的硫酸铁盐洗液及脱水组件脱离的液体均转移至中转浆料槽混合，控制第一控制泵打开将混合浆料输送至第一压滤机进行过滤，并控制第二控制泵打开将过滤液输送至沉铝反应槽进行沉铝反应，反应后的浆料通过第二压滤机过滤后得到反应滤液及铝化物沉淀，而反应滤液则是转移硫酸铁盐洗滤液储存组件进行在回收再利用，以此达到硫酸铁盐洗液循环利用，从而有效地节省了回收成本，同时通过生成铝化物沉淀能够有效地回收了正极材料的有价金属。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为一实施例中废旧锂电池正极片回收处理设备的结构示意图；
图2为图1废旧锂电池正极片回收处理设备的局部结构示意图；
图3为图1废旧锂电池正极片回收处理设备的局部结构示意图；
图4为图1废旧锂电池正极片回收处理设备的局部结构示意图；
图5为图1废旧锂电池正极片回收处理设备的局部结构示意图；
图6为图1废旧锂电池正极片回收处理设备的局部结构示意图；
图7为一实施例中废旧锂电池正极片回收处理方法的流程图；
附图标记：废旧锂电池正极片回收处理设备10；破碎机构100；行吊机110；破碎机120；第一挡板输送机130；第二振动筛140；第二挡板输送机150；粉料仓160；螺旋输送机170；超声波清洗机构200；超声波清洗机210；第一振动筛220；脱水干燥机构300；脱水组件310；离心机3110；干燥组件320；上料机3210；振动流化床3220；换热器3230；鼓风机3240；第三挡板输送机3250；沉铝机构400；中转浆料槽410；第一压滤机420；沉铝反应槽430；第二压滤机440；第一控制泵500；第二控制泵600；硫酸铁盐洗液循环机构700；硫酸铁盐洗滤液储存组件710；硫酸铁盐洗滤液储槽7110；第三控制泵7120；硫酸铁盐洗液配置组件720；硫酸铁盐洗液配置槽7210；第四控制泵7220；硫酸铁盐洗液储槽7230；第五控制泵7240；硫酸储槽7250；第六控制泵7260；尾气净化机构800；旋风除尘器810；布袋除尘器820；喷淋塔830；引风机840；烟囱850。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1、图3和图5，为了更好地理解本申请的废旧锂电池正极片回收处理设备10，以下对废旧锂电池正极片回收处理设备10作进一步的解释说明：
一实施方式的废旧锂电池正极片回收处理设备10包括破碎机构100、超声波清洗机构200、脱水干燥机构300、沉铝机构400、第一控制泵500、第二控制泵600及硫酸铁盐洗液循环机构700。所述破碎机构100用于破碎废旧锂电池的正极片；所述超声波清洗机构200包括超声波清洗机210和第一振动筛220，所述超声波清洗机210与所述破碎机构100连通，所述第一振动筛220的入料端与所述超声波清洗机210的下料端连通；所述脱水干燥机构300包括脱水组件310及干燥组件320，所述脱水组件310分别与所述干燥组件320及所述第一振动筛220的出料端连通；所述沉铝机构400包括顺序连通的中转浆料槽410、第一压滤机420、沉铝反应槽430及第二压滤机440，所述中转浆料槽410分别与所述第一振动筛220的出液端和所述脱水组件310的出液端连通；所述第一控制泵500设于所述中转浆料槽410与所述第一压滤机420连通的管道上；所述第二控制泵600设于所述沉铝反应槽430与所述第二压滤机440连通的管道上；所述硫酸铁盐洗液循环机构700包括硫酸铁盐洗滤液储存组件710和硫酸铁盐洗液配置组件720，所述硫酸铁盐洗滤液储存组件710分别与所述硫酸铁盐洗液配置组件720及所述第二压滤机440连通，所述硫酸铁盐洗液配置组件720与所述超声波清洗机210连通。
在本实施例中，通过使用破碎机构100将废旧锂电池正极片破碎后输送至超声波清洗机210，又因硫酸铁盐洗液配置组件720与超声波清洗机210连通，采用硫酸铁盐洗对废旧锂电池进行超声波清洗以使铝箔和正极材料粉分离。具体的，由于金属活动性顺序表中铁是强于氢，硫酸铁盐洗液中的铁离子优先与部分铝箔反应生成铝离子和亚铁离子，并抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。同时的，亚铁离子和正极材料粉中的镍钴锰酸锂发生氧化还原反应，使得氢离子被消耗以及亚铁离子被氧化成铁离子，从而使得铁离子在整个超声盐洗过程中达到动态平衡，进而始终抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。因此采用硫酸铁盐超声盐洗不仅能够减少氢气的产生量，而且也避免了使用有机溶剂和铝粉的产生，从而有效地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备10的安全性。进一步地，超声盐洗后的铝箔经过第一振动筛220分离筛选出来后输送至脱水组件进行脱水，再输送至干燥组件320进行干燥处理并回收铝箔。但由于超声盐洗后的硫酸铁盐洗液及铝箔表面的液体内均掺杂部分铝离子，因此通过超声波清洗机210内的硫酸铁盐洗液及脱水组件310脱离的液体均转移至中转浆料槽410混合，控制第一控制泵500打开将混合浆料输送至第一压滤机420进行过滤，并控制第二控制泵600打开将过滤液输送至沉铝反应槽430进行沉铝反应，反应后的浆料通过第二压滤机440过滤后得到反应滤液及铝化物沉淀，而反应滤液则是转移硫酸铁盐洗滤液储存组件710进行在回收再利用，以此达到硫酸铁盐洗液循环利用，从而有效地节省了回收成本，同时通过生成铝化物沉淀能够有效地回收了正极材料的有价金属。
还需要说明的是，脱水组件300的作用是将第一振动筛220分离筛选出来的铝箔进行脱水处理，干燥组件320的作用是将脱水后的铝箔进行干燥处理并回收，而硫酸铁盐洗滤液指的是沉铝反应后的反应滤液，正极材料粉内含有镍钴锰酸锂，通过镍钴锰酸锂与亚铁离子发生氧化还原发应，使得氢离子被消耗，亚铁离子被氧化成铁离子，从而使得铁离子在整个超声盐洗过程中保持动态平衡。
如图1至图3所示，在其中一个实施例中，所述破碎机构100包括行吊机110、破碎机120、第一挡板输送机130、第二振动筛140、第二挡板输送机150、粉料仓160及螺旋输送机170，所述行吊机110用于将废旧锂电池正极片输送至所述破碎机120，所述第一挡板输送机130与所述破碎机120连通，所述第二振动筛140分别与所述第一挡板输送机130和所述第二挡板输送机150连通，所述第二挡板输送机150与所述超声波清洗机210连通，所述粉料仓160分别与所述第二振动筛140和所述螺旋输送机170连通。需要说明的是，首先大量的废旧锂电池正极片汇总后通过行吊机110输送至破碎机120内进行破碎操作，破碎后的废旧锂电池正极材料通过第一挡板输送机130输送至第二振动筛140进行分离筛选，分离筛选后的废旧锂电池正极材料输送至超声波清洗机210进行盐洗，即通过采用超声波清洗机210对废旧锂电池正极材料进行剥离，而此时废旧锂电池正极材料包括正极材料粉和铝箔，正极材料粉和部分铝箔溶在硫酸铁盐洗液上，以此完成正极材料粉与铝箔的剥离。其次，其余过筛的废旧锂电池正极材料则是输送至粉料仓160，再通过螺旋输送机170进行下料打包处理。
进一步地，所述破碎机机构还设有二氧化碳自动灭火装置，二氧化碳灭火装置设置在破碎机上。通过设置有二氧化碳灭火装置，能够在破碎过程中发生意外火灾时及时进行灭火处理，从而有效地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备的安全性能。进一步地，所述破碎机设有温度感应报警装置，所述温度感应报警装置与所述二氧化碳灭火装置联锁控制。通过设置二氧化碳灭火装置和温度感应报警装置联锁控制，在温度感应报警装置感应到破碎机内温度超过预设值时控制二氧化碳灭火装置进行灭火处理，能够及时有效地控制意外发生，进一步地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备10的安全性能。
如图1、图4和图5所示，在其中一个实施例中，所述脱水组件310设有离心机3110，所述离心机3110与所述中转浆料槽410连通。需要说明的是，通过离心机3110对盐洗后的铝箔进行离心操作，从而得到离心液和脱水后铝箔，脱水后的铝箔输送至干燥组件320进行干燥，而离心液则输送至中转浆料槽410内与硫酸铁盐洗液混合进行沉铝反应。
如图1和图4所示，在其中一个实施例中，所述干燥组件320包括上料机3210、振动流化床3220、换热器3230、鼓风机3240及第三挡板输送机3250，所述上料机3210分别与所述离心机3110及所述振动流化床3220连通，所述换热器3230的出风口与所述振动流化床3220的进风口连通，所述换热器3230的热源接口用于输送高温蒸汽，所述换热器3230的冷源接口与所述鼓风机3240的出风口连通，所述鼓风机3240的进风口用于收集空气，所述第三挡板输送机3250与所述振动流化床3220连通。需要说明的是，脱水后的铝箔通过上料机3210输送至振动流化床3220进行干燥，其中换热器3230通过高温蒸汽将空气加热，并输出热空气至振动流化床3220内对脱水后的铝箔进行干燥，干燥后的铝箔通过第三挡板输送机3250下料打包，以此完成铝箔的回收，且干燥组件320通过利用高温蒸汽进行换热，能够较大程度地节省了使用成本，同时还使废旧锂电池正极片回收处理设备10达到节能的效果。
如图1、图5和图6所示，在其中一个实施例中，所述硫酸铁盐洗液配置组件720包括硫酸铁盐洗液配置槽7210、第四控制泵7220、硫酸铁盐洗液储槽7230及第五控制泵7240，所述硫酸铁盐洗液配置槽7210分别与所述硫酸铁盐洗液储槽7230连通，所述第三控制泵7120与所述硫酸铁盐洗液配置槽7210连通的管道上，所述第四控制泵7220设于所述硫酸铁盐洗液配置槽7210设于所述硫酸铁盐洗液配置槽7210与硫酸铁盐洗液储槽7230连通的管道上，所述第五控制泵7240设于所述硫酸铁盐洗液储槽7230与所述超声波清洗机连通的管道上；所述硫酸铁盐洗液配置组件720还包括硫酸储槽7250和第六控制泵7260，所述硫酸储槽7250分别与所述中转浆料槽410和所述硫酸铁盐洗液配置槽7210连通，所述第六控制泵7260设于所述硫酸储槽7250与所述中转浆料槽410及所述硫酸铁盐洗液配置槽7210连通的管道上。可以理解的是，硫酸铁盐洗液循环制备过程为：取液样测金属含量，若金属含量达到一定程度，则硫酸铁盐洗液经第三控制泵7120送至浸出除杂回收，同时硫酸铁盐洗液配置槽7210重新加水、控制第六控制泵7260打开并加入硫酸、硫酸铁配置硫酸铁盐洗液。若金属含量未达到一定程度则硫酸铁盐洗液经第三控制泵7120送至硫酸铁盐洗液配置槽7210，硫酸铁盐洗液配置槽7210中根据硫酸铁盐洗液配置要求加入适量硫酸和硫酸铁，配置好硫酸铁盐洗液后，控制第四控制泵7220打开输送至硫酸铁盐洗液储槽7230，再通过控制第五控制泵7240打开将硫酸铁盐洗液输送至超声波清洗机210。通过硫酸铁盐洗液循环制备，将超声盐洗的硫酸铁盐洗液进行回收再利用，从而减少物料的损耗，进而减少物料的使用成本。
进一步地，在其中一个实施例中，第六控制泵与超声波清洗机连通。由于超声盐洗过程中pH值是不断变化的，因此可以通过控制第六控制泵打开并使硫酸储槽输出硫酸以对超声波清洗机及时进行pH调节。
进一步地，沉铝机构还设有第一pH监测仪，第一pH监测仪设置在中转浆料槽上。由于混合浆料内还存在有游离的氢氧根离子和三价铁离子，而三价铁离子在酸性条件下不会与氢氧根离子生成氢氧化铁胶体，通过设置有第一pH监测仪能够实时监测中转浆料槽内的pH值，并通过控制第六控制泵打开对中转浆料槽输送硫酸以使中转浆料槽内的pH值始终保持酸性条件，从而有效地提高硫酸铁盐洗液的回收率。
如图1所示，在其中一个实施例中，废旧锂电池正极片回收处理设备10还包括尾气净化机构800，所述尾气净化机构800包括顺序连通的旋风除尘器810、布袋除尘器820、喷淋塔830、引风机840及烟囱850，所述旋风除尘器810分别与所述破碎机120及第二振动筛140连通，所述喷淋塔830与所述超声波清洗机210连通。可以理解的是，破碎机120与第二振动筛140在工作时均会产生粉尘气流，通过旋风除尘器810将粉尘气流吸入进行一次除尘，再通过布袋除尘器820进行二次除尘，气流继续输送至喷淋塔830吸收，同时超声波清洁机产生的蒸汽也输送至喷淋塔830吸收，再通过引风机840引风至烟囱850进行尾气排放。
进一步地，超声波清洗机包括机体、超声波发生器及第一搅拌机，机体形成有容纳腔，超声波发生器设置在机体上，第一搅拌机固定在机体上，所述搅拌机的动力输出端穿设于机体，并设置在容纳腔内。通过设置超声波发生器能够使铝箔上正极材料粉的脱落，再通过搅拌机搅拌加速铝箔上正极材料粉的脱落。进一步地，超声波清洗机还设有扰流板、第一pH监测仪、氢气检测仪、第一液位监测仪及温度监测仪，扰流板设置容纳腔内，且设置在搅拌机的动力输出端的下方，第一pH监测仪、氢气监测仪、第一液位监测仪及温度监测仪均设置在机体上。扰流板能够降低搅拌时的涡流程度，从而加快铝箔上正极材料粉的脱落，第二pH监测仪能够实时监测盐洗过程中pH值变化，氢气监测仪能够实时监测氢气产生量，液位监测仪能够监测机体内的液位变化以便于控制进液量，温度监测仪则是实时监测机体内的温度变化，通过实时监测pH值、氢气产生量及温度变化，能够及时避免意外发生，进而有效地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备的安全性能。
进一步地，沉铝机构还包括第二搅拌机和第三搅拌机，第二搅拌机设置在中转浆料槽上，且第二搅拌机的动力输出端设于中转浆料槽内，第三搅拌机设置在沉铝反应槽上，且第三搅拌机的动力输出端设于沉铝反应槽内。通过设置第二搅拌机和第三搅拌机，能够加快中转浆料槽内浆料混合和加快沉铝反应的进行，以加快废旧锂电池正极片的回收处理效率。
进一步地，沉铝机构还设有第二pH监测仪、第三pH监测仪、第二液位监测仪及第三液位监测仪，第二pH监测仪和第二液位监测仪均设置在中转浆料槽上，第三pH监测仪和第三液位监测仪均设置在沉铝反应槽上。由于混合浆料内还存在有游离的氢氧根离子和三价铁离子，而三价铁离子在酸性条件下不会与氢氧根离子生成氢氧化铁胶体，通过设置第二pH监测仪和第二液位监测仪有能够实时监测中转浆料槽内的pH值和液位变化情况，并通过控制第六控制泵打开对中转浆料槽输送硫酸以使中转浆料槽内的pH值始终保持酸性条件，从而有效地提高硫酸铁盐洗液的回收率。同理的，通过设置第三pH监测仪和第三液位监测仪有能够实时监测沉铝反应槽内的pH值和液位变化情况，并根据液位情况控制第一控制泵及第二控制泵的打开或关闭。
进一步地，硫酸铁盐洗滤液储存组件还设有第四液位监测仪，第四液位监测仪设置在硫酸铁盐洗滤液储槽上。通过第四液位监测仪能够实时检测硫酸铁盐洗滤液储槽的液位变化情况，以便于控制硫酸铁盐洗滤液储槽进液量。
进一步地，硫酸铁盐洗液配置组件还设有第四搅拌机、第四pH监测仪及第五液位监测仪，第四搅拌机设置在硫酸铁盐洗液配置槽上，且第四搅拌机的动力输出端设于硫酸铁盐洗液配置槽内，第四pH监测仪和第五液位监测仪均设置在硫酸铁盐洗液配置槽上。通过设置有第四搅拌机，能够加快硫酸铁盐洗液的配置速度，再通过第四pH监测仪和第五液位监测仪实时监控硫酸铁盐洗液配置槽内的pH值和液位的变化，以便于控制进液量，同时还能控制第六控制泵打开对硫酸铁盐洗液配置槽输入硫酸以调节pH值。
进一步地，超声波发生器、第一搅拌机、第二搅拌机、第三搅拌机、第四搅拌机、第一控制泵、第二控制泵、第三控制泵、第四控制泵、第五控制泵、第六控制泵、第一pH监测仪、第二pH监测仪、第三pH监测仪、第四pH监测仪、氢气检测仪、第一液位监测仪、第二液位监测仪、第三液位监测仪、第四液位监测仪、第五液位监测仪及温度监测仪均与DCS监测操控系统电连接，使超声波发生器、第一搅拌机、第二搅拌机、第三搅拌机、第四搅拌机、第一控制泵、第二控制泵、第三控制泵、第四控制泵、第五控制泵、第六控制泵、第一pH监测仪、第二pH监测仪、第三pH监测仪、第四pH监测仪、氢气检测仪、第一液位监测仪、第二液位监测仪、第三液位监测仪、第四液位监测仪、第五液位监测仪及温度监测仪均与DCS监测操控系统电信号连通。通过DCS监测操控系统即可实时监测pH值变化、氢气产生量、液位变化及温度变化，并控制盐洗过程的开始或关闭，以防止意外因素导致盐洗过程反应剧烈产氢升温造成爆炸或冒槽事故的情况发生，进而有效地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备的安全性能。同理的，通过DCS监测操控系统控制沉铝反应，控制硫酸铁盐洗液循环制备及沉铝反应的开始或关闭，从而有效地提升了废旧锂电池正极片回收处理设备的操作便利性。
本申请还提一种废旧锂电池正极片回收处理方法，采用上述任一实施例所述的废旧锂电池正极片回收处理设备进行，包括以下步骤：将废旧锂电池正极片进行破碎操作，以得到破碎后的废旧锂电池正极片混合料；将所述破碎后的废旧锂电池混合料进行分离筛选操作，以得到待回收的废旧锂电池正极片混合料；对所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行超声波盐洗，并对盐洗后的所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行振荡分离，以得到待回收铝箔和硫酸铁盐洗液；对所述待回收铝箔进行离心操作，以得到离心液和待干燥铝箔；对所述待干燥铝箔进行干燥操作，以得到回收铝箔；将所述硫酸铁盐洗液和所述离心液输送至所述中转浆料槽内混合后得到混合浆料；对所述混合浆料进行沉铝反应，以得到铝化物沉淀。
上述的废旧锂电池正极片回收处理方法，通过对废旧锂电池正极片进行破碎和分离筛选操作得到待回收的废旧锂电池正极片混合料，再对待回收的废旧锂电池正极片混合料进行硫酸铁盐超声波清洗，其中由于金属活动性顺序表中铁是强于氢，硫酸铁盐洗液中的铁离子优先与待回收的废旧锂电池正极片混合料中部分的铝箔反应生成铝离子，并抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。同时的，亚铁离子和正极材料粉中的镍钴锰酸锂发生氧化还原反应，使得氢离子被消耗以及亚铁离子被氧化成铁离子，从而使得铁离子在整个超声盐洗过程中达到动态平衡，进而始终抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。因此采用硫酸铁盐超声盐洗不仅能够减少氢气的产生量，而且也避免了使用有机溶剂和铝粉的产生，从而有效地提升废旧锂电池正极片回收处理的安全性。同时地，对待回收铝箔进行离心和干燥操作得到离心液和回收铝箔，以此达到铝金属的回收。进一步地，由于硫酸铁盐洗液及离心液均掺杂部分铝离子，因此在将硫酸铁盐洗液和离心液混合后进行沉铝反应得到铝化物沉淀，能够较大程度地回收了正极材料的有价金属。
为更好地理解本申请的废旧锂电池正极片回收处理方法，以下对本申请的废旧锂电池正极片回收处理方法做进一步地解释说明，如图7所示，一实施方式的废旧锂电池正极片回收处理方法，包括以下步骤的部分或全部：
S102，将废旧锂电池正极片进行破碎操作，以得到破碎后的废旧锂电池正极片混合料。
在本实施例中，大量废旧锂电池正极片汇总到行吊机，并输送至破碎机进行破碎操作，以得到破碎后的废旧锂电池正极片混合料。
S104，将所述破碎后的废旧锂电池正极片混合料进行分离筛选操作，以得到待回收的废旧锂电池正极片混合料。
在本实施例中，通过分离筛选得到待回收的废旧锂电池正极片混合料，而待回收的废旧锂电池正极片混合料指的是铝箔及铝箔表面的正极材料。
S106，对所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行超声波盐洗，并对盐洗后的所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行振荡分离，以得到待回收铝箔和硫酸铁盐洗液。
在本实施例中，待回收的废旧锂电池正极片混合料进行硫酸铁盐超声波清洗，并对盐洗后的待回收的废旧锂电池正极片混合料进行振荡分离以得到待回收铝箔和硫酸铁盐洗液。其中硫酸铁盐洗液中的铁离子优先与待回收的废旧锂电池正极片混合料中部分的铝箔反应生成铝离子，并抑制氢离子与铝箔反应产生氢气。同时的，产生的亚铁离子和正极材料粉中的镍钴锰酸锂发生氧化还原反应，使得氢离子被消耗，亚铁离子被氧化成铁离子，铁离子在整个超声盐洗过程中达到动态平衡。即通过铁离子来抑制铝箔与氢离子反应，从而有效地减少氢气的产生量。
S108，对所述待回收铝箔进行离心操作，以得到离心液和待干燥铝箔。
在本实施例中，待回收铝箔上的液体掺杂有部分铝离子，通过离心机对待回收铝箔进行离心操作，以得到待干燥铝箔。
S112，对所述待干燥铝箔进行干燥操作，以得到回收铝箔。
在本实施例中，通过振荡流化床对待干燥铝箔进行干燥处理，从而完成对废旧锂电池正极片中铝箔的回收。
S114，将所述硫酸铁盐洗液和所述离心液输送至所述中转浆料槽内混合后得到混合浆料。
在本实施例中，由于超声盐洗后的硫酸铁盐洗液和离心液内均掺杂有铝离子，因此将硫酸铁盐洗液和离心液输送至中转浆料槽内混合得到混合浆料，以便后续工序的进行。
S116，对所述混合浆料进行沉铝反应，以得到铝化物沉淀。
在本实施例中，通过将混合浆料进行沉铝反应得到铝化物沉淀，以对废旧锂电池正极材料的有价金属的回收。
沉铝反应的具体步骤为：首先控制第一控制泵打开，将混合浆料输送至第一压滤机进行压滤，其中第一滤液输送至沉铝反应槽，第一铝渣回收。其次在沉铝反应槽取液样检测三价铁含量，加适量铁粉或亚硫酸钠作还原剂使三价铁离子还原成二价铁离子,再加适量碳酸钠调节pH沉淀铝离子以得到氢氧化铝，待沉淀完全后物料经第二控制泵送至第二压滤机压滤，第二滤渣打包收集做氢氧化铝产品，第二滤液进入硫酸铁盐洗滤液储槽内进行硫酸铁盐洗液循环制备。需要说明的是，混合浆料经过第一压滤机压滤将混合浆料内的氢氧化铁胶体过滤出来，避免影响后面氢氧化铝回收纯度。再通过检测三价铁含量以加入铁粉或亚硫酸钠使三价铁离子还原成二价铁离子，进而有效地提升了氢氧化铝的回收纯度。进一步地，经过第二压滤机压滤回收第二滤渣并打包做成氢氧化铝产品，从而有效地回收废旧锂电池正极片内的有价金属。而第二滤液输送至硫酸铁盐洗滤液槽内进行回收再利用，从而有效地节省物料的使用成本。
在其中一个实施例中，在所述将所述硫酸铁盐洗液和所述离心液输送至所述中转浆料槽内混合后得到混合浆料之后，以及在对所述混合浆料进行沉铝反应，以得到铝化物沉淀之前，所述废旧锂电池正极片回收处理方法还包括以下步骤：对所述混合浆料进行调pH操作。
在本实施例中，由于混合浆料内还存在有游离的氢氧根离子和三价铁离子，而三价铁离子在酸性条件下不会与氢氧根离子生成氢氧化铁胶体，因此需要对混合浆料进行调pH操作，能够减少三价铁离子的流失，进而提高硫酸铁盐洗液的回收率。
在其中一个实施例中，所述混合浆料的pH值小于2。可以理解的是，在pH值小于2的酸性条件下，能够有效地防止三价铁离子与氢氧根离子的结合，从而减少氢氧化铁胶体的生成，进而有效地提升了硫酸铁盐洗液的回收率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种废旧锂电池正极片回收处理设备，其特征在于，包括：
破碎机构，所述破碎机构用于破碎废旧锂电池的正极片；
超声波清洗机构，所述超声波清洗机构包括超声波清洗机和第一振动筛，所述超声波清洗机的入料端与所述破碎机构的出料端连通，所述第一振动筛的入料端与所述超声波清洗机的下料端连通；
脱水干燥机构，所述脱水干燥机构包括脱水组件及干燥组件，所述脱水组件分别与所述干燥组件及所述第一振动筛的出料端连通；
沉铝机构，所述沉铝机构包括顺序连通的中转浆料槽、第一压滤机、沉铝反应槽及第二压滤机，所述中转浆料槽分别与所述第一振动筛的出液端和所述脱水组件的出液端连通；
第一控制泵，所述第一控制泵设于所述中转浆料槽与所述第一压滤机连通的管道上；
第二控制泵，所述第二控制泵设于所述沉铝反应槽与所述第二压滤机连通的管道上；
硫酸铁盐洗液循环机构，所述硫酸铁盐洗液循环机构包括硫酸铁盐洗滤液储存组件和硫酸铁盐洗液配置组件，所述硫酸铁盐洗滤液储存组件分别与所述硫酸铁盐洗液配置组件及所述第二压滤机连通，所述硫酸铁盐洗液配置组件与所述超声波清洗机连通。
2.根据权利要求1所述的废旧锂电池正极片回收处理设备，其特征在于，所述破碎机构包括行吊机、破碎机、第一挡板输送机、第二振动筛、第二挡板输送机、粉料仓及螺旋输送机，所述行吊机用于将废旧锂电池正极片输送至所述破碎机，所述第一挡板输送机与所述破碎机连通，所述第二振动筛分别与所述第一挡板输送机和所述第二挡板输送机连通，所述第二挡板输送机与所述超声波清洗机连通，所述粉料仓分别与所述第二振动筛和所述螺旋输送机连通。
3.根据权利要求1所述的废旧锂电池正极片回收处理设备，其特征在于，所述脱水组件设有离心机，所述离心机与所述中转浆料槽连通。
4.根据权利要求3所述的废旧锂电池正极片回收处理设备，其特征在于，所述干燥组件包括上料机、振动流化床、换热器、鼓风机及第三挡板输送机，所述上料机分别与所述离心机及所述振动流化床连通，所述换热器的出风口与所述振动流化床的进风口连通，所述换热器的热源接口用于输送高温蒸汽，所述换热器的冷源接口与所述鼓风机的出风口连通，所述鼓风机的进风口用于收集空气，所述第三挡板输送机与所述振动流化床连通。
5.根据权利要求1所述的废旧锂电池正极片回收处理设备，其特征在于，所述硫酸铁盐洗滤液储存组件包括硫酸铁盐洗滤液储槽及第三控制泵，所述硫酸铁盐洗滤液储槽与所述第二压滤机连通，所述第三控制泵设于所述硫酸铁盐洗滤液储槽与所述硫酸铁盐洗液配置组件连通的管道上。
6.根据权利要求5所述的废旧锂电池正极片回收处理设备，其特征在于，所述硫酸铁盐洗液配置组件包括硫酸铁盐洗液配置槽、第四控制泵、硫酸铁盐洗液储槽及第五控制泵，所述硫酸铁盐洗液配置槽分别与所述硫酸铁盐洗液储槽连通，所述第三控制泵设于所述硫酸铁盐洗滤液储槽与所述硫酸铁盐洗液配置槽连通的管道上，所述第四控制泵设于所述硫酸铁盐洗液配置槽与硫酸铁盐洗液储槽连通的管道上，所述第五控制泵设于所述硫酸铁盐洗液储槽与所述超声波清洗机连通的管道上；
所述硫酸铁盐洗液配置组件还包括硫酸储槽和第六控制泵，所述硫酸储槽分别与所述中转浆料槽和所述硫酸铁盐洗液配置槽连通，所述第六控制泵设于所述硫酸储槽与所述中转浆料槽及所述硫酸铁盐洗液配置槽连通的管道上。
7.根据权利要求2所述的废旧锂电池正极片回收处理设备，其特征在于，还包括尾气净化机构，所述尾气净化机构包括顺序连通的旋风除尘器、布袋除尘器、喷淋塔、引风机及烟囱，所述旋风除尘器分别与所述破碎机及第二振动筛连通，所述喷淋塔与所述超声波清洗机连通。
8.一种废旧锂电池正极片回收处理方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的废旧锂电池正极片回收处理设备进行，所述废旧锂电池正极片回收处理方法包括以下部分或全部步骤：
将废旧锂电池正极片进行破碎操作，以得到破碎后的废旧锂电池正极片混合料；
将所述破碎后的废旧锂电池正极片混合料进行分离筛选操作，以得到待回收的废旧锂电池正极片混合料；
对所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行超声波盐洗，并对盐洗后的所述待回收的废旧锂电池正极片混合料进行振荡分离，以得到待回收铝箔和硫酸铁盐洗液；
对所述待回收铝箔进行离心操作，以得到离心液和待干燥铝箔；
对所述待干燥铝箔进行干燥操作，以得到回收铝箔；
将所述硫酸铁盐洗液和所述离心液输送至所述中转浆料槽内混合后得到混合浆料；
对所述混合浆料进行沉铝反应，以得到铝化物沉淀。
9.根据权利要求8所述的废旧锂电池正极片回收处理方法，其特征在于，在所述将所述硫酸铁盐洗液和所述离心液输送至所述中转浆料槽内混合后得到混合浆料之后，以及在对所述混合浆料进行沉铝反应，以得到铝化物沉淀之前，所述废旧锂电池正极片回收处理方法还包括以下步骤：
对所述混合浆料进行调pH操作。
10.根据权利要求9所述的废旧锂电池正极片回收处理方法，其特征在于，所述混合浆料的pH值小于2。
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