CN116689142A - 一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及筛分设备技术领域，具体为一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，包括使用筛分机将混合电极粉中的铜片和铝片分离；对筛分出的混合电极粉进行磨矿，减小各组分材料的颗粒；向混合电极粉中加入水和介质粉强力搅拌，搅拌均匀后送入离心设备中进行离心分离；对离心获得的不同比重材料分别送入两个弱磁选机，将比重较大的材料送入悬振设备进行分离，将比重较小的材料送入高梯度强磁选机进行分离；有益效果为：筛分筒的表面贯穿开设有筛分孔，辊筒设置于筛分筒上部且表面设置有退料凸块，辊筒与筛分筒之间传动转动，退料凸块恰好能够卡入筛分孔内腔并将筛分孔内卡住的铜片和铝片推离，避免铜片和铝片逐渐堆积而影响筛分效果。

Description

一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺
技术领域
本发明涉及筛分设备技术领域，具体为一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺。
背景技术
废旧的磷酸铁锂电池中通常含有铜片、铝片等有价值的金属，若能对其进行回收，可减少资源浪费。
现有技术中，废旧磷酸铁锂电池的混合电极粉在处理时，首先挑拣出部分尺寸较大的铜片和铝片，再通过化学和冶金工艺使用火法、湿法回收锂电池中的其他材料。
但目前，化学和冶金工艺不仅能耗和设备成本高，而且易产生二次污染，并且，大尺寸的铜片和铝片在进行挑拣去除时，分离的效率较为低下，残留的铜片和铝片会影响后续工艺的正常进行，导致材料回收率降低。为此，本发明提出一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，以解决上述背景技术中提出的铜和铝的回收率低且回收能耗高、成本高、二次污染严重的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，包括以下步骤：
步骤一、使用带有圆柱形筛分筒的筛分机将混合电极粉中的铜片和铝片分离；
步骤二、对筛分出的混合电极粉进行磨矿，减小各组分材料的颗粒；
步骤三、向混合电极粉中加入水和介质粉强力搅拌，搅拌均匀后送入离心设备中进行离心分离；
步骤四、对离心获得的两种不同比重材料分别送入两个弱磁选机中，之后将比重较大的材料送入悬振设备进行分离，将比重较小的材料送入高梯度强磁选机进行分离。
优选的，所述筛分机包括外壳体，所述筛分筒转动安装于外壳体内腔，且外壳体和筛分筒均倾斜设置，所述筛分筒的表面开设有多个呈环形阵列分布的条形凹槽，所述条形凹槽的槽底贯穿开设有多个呈等间距分布的筛分孔，所述筛分孔呈椭圆形，所述筛分筒的表面端部设置有从动齿圈。
优选的，所述筛分筒的上部设置有辊筒，所述辊筒的表面端部设置有与从动齿圈啮合的驱动齿圈，所述辊筒的表面固定设置有多个呈环形阵列分布的条形凸板，所述条形凸板的表面固定设置有多个呈等间距分布的退料凸块，所述退料凸块与筛分孔对应且活动插接。
优选的，所述条形凹槽的数量为奇数，相邻两个所述条形凸板之间的间距为相邻两个条形凹槽之间间距的两倍。
优选的，所述外壳体的底部与筛分筒之间留有间隙，所述外壳体的两端分别设置有支撑环和封盖，所述支撑环垫在筛分筒和外壳体之间，所述支撑环的侧面下部固定设置有弧形垫板，所述弧形垫板内壁开设有供从动齿圈转动的避让槽。
优选的，所述封盖覆盖在筛分筒的下端开口处外侧，所述封盖的表面下部开设有与筛分筒内腔连通的第二料口，所述第二料口的开口处设置有导料板，所述封盖的表面安装有电机座，所述电机座的表面安装有驱动辊筒转动的驱动电机。
优选的，所述筛分筒的下端内腔通过轴架固定安装有悬吊轴，所述封盖的表面设置有供悬吊轴转动连接的轴套，所述外壳体的表面固定安装有固定架。
优选的，所述外壳体的表面上部开设有供辊筒安装的安装槽，所述安装槽的两端外侧均设置有与外壳体固定连接的轴座，所述辊筒的转轴与轴座活动贯穿连接，所述外壳体表面的底部设置有第一料口。
优选的，所述步骤四中，弱磁选机分离出磁性介质返回步骤三循环，作为介质粉重新加入混合电极粉中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在外壳体的内腔转动安装有筛分筒，筛分筒的表面贯穿开设有筛分孔，辊筒设置于筛分筒上部且表面设置有退料凸块，辊筒与筛分筒之间传动转动，退料凸块恰好能够卡入筛分孔内腔并将筛分孔内卡住的铜片和铝片推离，避免铜片和铝片逐渐堆积而影响筛分效果，提高分离效率；本发明利用各材料的比重和比磁化系数不同，使用离心设备、磁选设备和悬振设备来对混合电极粉中的其余材料进行循环多次的物理分离，直至获得各组分材料，其工艺流程短、可实现大规模工业化，无需焙烧、酸浸、碱浸，无化学试剂加入，能耗低，设备简单分离效率高，不产生有毒有害气体和固废，生产过程中产生的废水可循环使用，对环境友好。
附图说明
图1为本发明筛分机结构立体示意图；
图2为本发明筛分机结构内部示意图；
图3为本发明筛分筒结构立体示意图；
图4为本发明辊筒结构立体示意图；
图5为本发明外壳体结构立体示意图；
图6为本发明辊筒和筛分筒结构剖面示意图；
图7为本发明工艺流程示意图。
图中：1、外壳体；11、安装槽；12、轴座；13、第一料口；14、固定架；2、筛分筒；21、条形凹槽；22、筛分孔；23、从动齿圈；24、悬吊轴；25、轴架；3、辊筒；31、条形凸板；32、退料凸块；33、驱动齿圈；4、支撑环；41、弧形垫板；42、避让槽；5、封盖；51、第二料口；52、导料板；53、轴套；54、电机座；6、驱动电机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”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“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：
实施例一，一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，包括以下步骤：
步骤一、使用带有圆柱形筛分筒2的筛分机将混合电极粉中的铜片和铝片分离；
步骤二、对筛分出的混合电极粉进行磨矿，减小各组分材料的颗粒，其中混合电极粉加水调整至浓度为70％，并使用棒磨机进行磨矿处理；
步骤三、向混合电极粉中加入水和介质粉强力搅拌(其中，水与介质的质量比为1.40∶1-2.44∶1，水+介质：混合电极粉为9∶1左右)，搅拌均匀后送入离心设备中进行离心分离，该处离心设备使用尼尔森离心选矿机，重力倍数为40G，液态水化量为1.5L/min，可分离出比重较大产品(石墨+磁性介质+铜箔铝箔)和比重较小产品(磷酸铁锂正极+磁性介质+少量石墨)；
步骤四、对离心获得的两种不同比重材料分别送入两个弱磁选机中，之后将比重较大的材料送入悬振设备进行分离，将比重较小的材料送入高梯度强磁选机进行分离，其中：
1、比重较大产品：加水配置浓度10％，弱磁选机的磁场强度调节为1500Oe，分离出的磁性介质返回上一级重复使用；分离出的石墨+铜箔铝箔产品加水配置成10％浓度，调节悬振设备(悬振选矿机)的悬振坡度为4°，分选出铜箔、铝箔产品和石墨负极产品；
2、比重较小产品：加水配置浓度10％，弱磁选机的磁场强度调节为1500Oe，分离出磁性介质返回上一级重复使用；分离出的少量石墨+磷酸铁锂正极与水混合，配置矿浆浓度为5％，调节高梯度强磁选机的磁场强度6500Oe，脉冲强度240次/min，对石墨和磷酸铁锂进行分选，分选出石墨负极产品和磷酸铁锂产品。
具体案例有：
一、以上海某磷酸铁锂电池混合电极粉为原料，样品中固定碳含量为25.15％：
①通过筛分机将混合电极粉中的铜片和铝片分离，再将筛下的混合电极粉浓度调整到70％，进入棒磨机进行磨矿；
②将-0.038mm重介质粉与水混合，水与介质质量比＝1.40∶1，水+介质：混合电极质量比＝9∶1，然后与磨矿后的混合电极进入搅拌桶进行搅拌，混合均匀的矿浆进入尼尔森离心选矿机，重力倍数40G，液态水化量为1.5L/min；分离出比重较大产品(石墨+磁性介质+铜箔铝箔)和比重较轻产品(磷酸铁锂正极+磁性介质+少量石墨)；
③将比重较大产品(石墨+磁性介质+铜箔铝箔)，加水配置浓度10％，进入弱磁选机，磁场强度调节为1500Oe，分离出磁性介质和石墨+铜箔铝箔，磁性介质返回上一级重复使用；
④将石墨+铜箔铝箔产品加水配置成10％浓度，调节悬振坡度为4°，分选出铜箔+铝箔产品和石墨负极产品；
⑤将比重较轻产品(磷酸铁锂正极+磁性介质+少量石墨)，加水配置浓度10％，进入弱磁选机，磁场强度1500Oe，分离出磁性介质和少量石墨+磷酸铁锂正极；
⑥少量石墨+磷酸铁锂正极，与水混合，配置矿浆浓度为5％，磁场强度6500Oe，脉冲强度为240次/min，对石墨和磷酸铁锂进行分选，分选出石墨产品和磷酸铁锂产品；
⑦将步骤④和步骤⑥中的石墨产品混合后过滤，形成最终石墨负极产品；将铜箔+铝箔和铜片+铝片混合后，形成铜箔+铝箔产品；
本案例最终可得到正极磷酸铁锂纯度为97.24％，石墨含量0.88％，磷酸铁锂回收率96.61％；石墨负极纯度92.37％，石墨回收率95.84％；铜箔纯度50.14％，铝箔纯度40.21％，铜回收率89.43％，铝回收率84.57％。
二、以安徽某磷酸铁锂电池混合电极粉为原料，样品中碳含量为28.52％：
本实施例采用的工艺流程方法与案例一基本相同，区别点仅在于本案例在步骤②中水与介质质量比＝2.44∶1，尼尔森离心选矿机的重力倍数45G，液态水化量为2.0L/min；步骤⑥磁场强度6800Oe，脉冲强度为300次/min；
本案例可得到正极磷酸铁锂纯度为95.07％，石墨含量1.96％，磷酸铁锂回收率94.76％；石墨负极纯度91.25％，石墨回收率93.86％；铜箔纯度48.47％，铝箔纯度41.33％，铜回收率85.64％，铝回收率87.16％。
三、以江西某磷酸铁锂电池混合电极粉为原料，样品中碳含量为21.58％：
本实施例采用的工艺流程方法与案例一1基本相同，区别点仅在于本案例在步骤②中水与介质质量比＝0.95∶1，尼尔森离心选矿机重力倍数35G，液态水化量为1.0L/min；步骤⑥磁场强度6500Oe，脉冲强度为270次/min；
本案例可得到正极磷酸铁锂纯度为97.45％，石墨含量1.32％，磷酸铁锂回收率95.18％；石墨负极纯度90.77％，石墨回收率89.94％；铜箔纯度49.57％，铝箔纯度39.21％，铜回收率88.62％，铝回收率85.04％。
上述各案例，均利用磷酸铁锂混合电极中各个物质的物理性质进行分选，磷酸铁锂混合电极中存在负极材料球形石墨，正极材料磷酸铁锂、部分有价金属例如：铜和铝。各个材料的比重和比磁化系数皆有差距，其中石墨材料比重约为1.9-2.3g/cm3，磷酸铁锂比重约为1.5g/cm3，铜的比重约8.9g/cm3，铝比重约2.7g/cm3，比重存在较大差异，且颗粒的形状对于分选效果影响巨大；
其次，石墨属于非磁性矿物，属于典型的非金属矿物，比磁化系数低于15×10-6cm3/g；由于磷酸铁锂，含有铁元素，具有一定的磁性，但磁性较弱，可通过调节强磁选机磁场强度进行两种物质的分选。
再者，铜箔和铝箔具有较强的延展性，可通过物理筛分的方式回收部分片状较大的铜箔和铝箔，为后续的回收工艺减少片状铜箔和铝箔分选影响，从而提高整体流程对于铜箔和铝箔的回收率。
实施例二，在实施例一的基础上，为了对筛分机进行结构描述，本申请的筛分机包括外壳体1，筛分筒2转动安装于外壳体1内腔，且外壳体1和筛分筒2均倾斜设置(如图1和图2所示)，筛分筒2的表面开设有多个呈环形阵列分布的条形凹槽21，条形凹槽21的槽底贯穿开设有多个呈等间距分布的筛分孔22，筛分孔22呈椭圆形，筛分筒2的表面端部设置有从动齿圈23，如图3所示，筛分筒2转动时能够对内腔的材料进行筛分处理，将小颗粒的材料经筛分孔22排出，大颗粒和大直径的材料滞留在内腔。
实施例三，在实施例二的基础上，为了避免铜片和铝片卡进筛分孔22内腔，本申请还具有在筛分筒2的上部设置有辊筒3，辊筒3的表面端部设置有与从动齿圈23啮合的驱动齿圈33，如图2和图4所示，辊筒3转动时通过驱动齿圈33和从动齿圈23之间的啮合能够驱动筛分筒2进行转动，从而实现对筛分筒2内腔材料的滚动筛分，辊筒3的表面固定设置有多个呈环形阵列分布的条形凸板31，条形凸板31的表面固定设置有多个呈等间距分布的退料凸块32，退料凸块32与筛分孔22对应且活动插接，退料凸块32的截面设置为与筛分孔22一致的椭圆形，由于辊筒3与筛分筒2之间同步转动，因此辊筒3转动时，退料凸块32能够插入对应位置的筛分孔22内腔，从而将卡在筛分孔22内腔的铜片和铝片推离。
实施例四，在实施例三的基础上，为了将铜片和铝片分散到筛分筒2内壁的各个位置来减小对物料筛分的阻碍，本申请的条形凹槽21的数量为奇数，相邻两个条形凸板31之间的间距为相邻两个条形凹槽21之间间距的两倍，如图6所示的示意图，图中筛分孔22的数量为十三，退料凸块32的数量为三，当辊筒3和筛分筒2同步转动时，退料凸块32会跳过一个筛分孔22而与下一个筛分孔22进行插接，筛分筒2在旋转一圈的过程中，仅有奇数位置的筛分孔22会与退料凸块32对应(以筛分筒2最上部的筛分孔22作为起点位置一)，当筛分筒2再次旋转一圈时，又仅有偶数位置的筛分孔22会与退料凸块32对应，如此反复，每当筛分筒2旋转两圈，所有的筛分孔22才会被退料凸块32插入一次来实现退料(特指铜片和铝片)，因此当筛分筒2内腔的铜片和铝片在筛分孔22内腔卡住时，铜片和铝片会具有更多的时间留置在外壳体1内腔的上部，而不是堆积在外壳体1内腔的底部，铜片和铝片会被分散至筛分筒2内壁的各个位置，避免对其他物料的筛分造成阻碍。
实施例五，在实施例四的基础上，为了对筛分筒2上端部支撑，本申请还具有在外壳体1的底部与筛分筒2之间留有间隙，外壳体1的两端分别设置有支撑环4和封盖5，支撑环4垫在筛分筒2和外壳体1之间，支撑环4的侧面下部固定设置有弧形垫板41，弧形垫板41内壁开设有供从动齿圈23转动的避让槽42，如图2和图5所示，支撑环4和弧形垫板41配合可对筛分筒2的上端部进行支撑，且避免从动齿圈23的转动受到阻碍。
实施例六，在实施例五的基础上，为了避免铜片和铝片四处飞散，本申请的封盖5覆盖在筛分筒2的下端开口处外侧，封盖5的表面下部开设有与筛分筒2内腔连通的第二料口51，第二料口51的开口处设置有导料板52，封盖5的表面安装有电机座54，电机座54的表面安装有驱动辊筒3转动的驱动电机6，如图5所示，第二料口51的开设用于排出筛分筒2内腔的铜片和铝片到指定位置，驱动电机6的设置用于为辊筒3的转动提供动力。
实施例七，在实施例六的基础上，为了对筛分筒2进行悬空安装，本申请还具有在筛分筒2的下端内腔通过轴架25固定安装有悬吊轴24，封盖5的表面设置有供悬吊轴24转动连接的轴套53，外壳体1的表面固定安装有固定架14，如图3和图5所示，轴套53用于对悬吊轴24进行悬挂支撑，从而确保筛分筒2在外壳体1的内腔保持悬空和转动。
实施例八，在实施例七的基础上，为了对辊筒3定位，本申请还具有在外壳体1的表面上部开设有供辊筒3安装的安装槽11，安装槽11的两端外侧均设置有与外壳体1固定连接的轴座12，辊筒3的转轴与轴座12活动贯穿连接，外壳体1表面的底部设置有第一料口13，如图5所示，轴座12的设置用于对辊筒3进行定位，避免辊筒3发生移动，第一料口13的设置用于将外壳体1内腔底部的物料排走。
实施例九，在实施例八的基础上，为了节省材料资源，本申请的步骤四中，弱磁选机分离出磁性介质返回步骤三循环，作为介质粉重新加入混合电极粉中，以节省资源，提高材料重复利用率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、使用带有圆柱形筛分筒(2)的筛分机将混合电极粉中的铜片和铝片分离；
步骤二、对筛分出的混合电极粉进行磨矿，减小各组分材料的颗粒；
步骤三、向混合电极粉中加入水和介质粉强力搅拌，搅拌均匀后送入离心设备中进行离心分离；
步骤四、对离心获得的两种不同比重材料分别送入两个弱磁选机中，之后将比重较大的材料送入悬振设备进行分离，将比重较小的材料送入高梯度强磁选机进行分离。
2.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述筛分机包括外壳体(1)，所述筛分筒(2)转动安装于外壳体(1)内腔，且外壳体(1)和筛分筒(2)均倾斜设置，所述筛分筒(2)的表面开设有多个呈环形阵列分布的条形凹槽(21)，所述条形凹槽(21)的槽底贯穿开设有多个呈等间距分布的筛分孔(22)，所述筛分孔(22)呈椭圆形，所述筛分筒(2)的表面端部设置有从动齿圈(23)。
3.根据权利要求2所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述筛分筒(2)的上部设置有辊筒(3)，所述辊筒(3)的表面端部设置有与从动齿圈(23)啮合的驱动齿圈(33)，所述辊筒(3)的表面固定设置有多个呈环形阵列分布的条形凸板(31)，所述条形凸板(31)的表面固定设置有多个呈等间距分布的退料凸块(32)，所述退料凸块(32)与筛分孔(22)对应且活动插接。
4.根据权利要求3所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述条形凹槽(21)的数量为奇数，相邻两个所述条形凸板(31)之间的间距为相邻两个条形凹槽(21)之间间距的两倍。
5.根据权利要求4所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述外壳体(1)的底部与筛分筒(2)之间留有间隙，所述外壳体(1)的两端分别设置有支撑环(4)和封盖(5)，所述支撑环(4)垫在筛分筒(2)和外壳体(1)之间，所述支撑环(4)的侧面下部固定设置有弧形垫板(41)，所述弧形垫板(41)内壁开设有供从动齿圈(23)转动的避让槽(42)。
6.根据权利要求5所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述封盖(5)覆盖在筛分筒(2)的下端开口处外侧，所述封盖(5)的表面下部开设有与筛分筒(2)内腔连通的第二料口(51)，所述第二料口(51)的开口处设置有导料板(52)，所述封盖(5)的表面安装有电机座(54)，所述电机座(54)的表面安装有驱动辊筒(3)转动的驱动电机(6)。
7.根据权利要求6所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述筛分筒(2)的下端内腔通过轴架(25)固定安装有悬吊轴(24)，所述封盖(5)的表面设置有供悬吊轴(24)转动连接的轴套(53)，所述外壳体(1)的表面固定安装有固定架(14)。
8.根据权利要求7所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述外壳体(1)的表面上部开设有供辊筒(3)安装的安装槽(11)，所述安装槽(11)的两端外侧均设置有与外壳体(1)固定连接的轴座(12)，所述辊筒(3)的转轴与轴座(12)活动贯穿连接，所述外壳体(1)表面的底部设置有第一料口(13)。
9.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂综合回收工艺，其特征在于：所述步骤四中，弱磁选机分离出磁性介质返回步骤三循环，作为介质粉重新加入混合电极粉中。
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