CN116742173B - 一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，属于三元锂电池回收技术领域，将三元锂电池废料球磨分散后投入回转炉中进行初步热分解处理；产生的烟气通过第一烟气处理系统处理，回收无水烟尘和余热；将无水烟尘重新投入回转炉中，在混合气体的气氛下进行还原焙烧处理；产生的烟气通过第二烟气处理系统处理，回收含水烟尘；将含水烟尘提取得到低浓度含锂液，将还原焙烧处理后的物料等提取得到一水氢氧化锂，完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法；初步热分解过程中烟气的热量用于提取液的加热，有利于增加能源的利用率；还原焙烧过程中产生水会带走部分物料，通过真空釜分离后重新回收，有利于增加锂的回收率。
Description
技术领域
本发明属于三元锂电池废料回收技术领域，具体涉及一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、循环性能优越、充电效率高、自放电小、无记忆效应等诸多优点，被广泛应用在动力电池和其他储能材料上，用来生产新能源电车和日常消费类电子产品。三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面的镍钴锰的比例可以根据实际需要进行调整，三元复合正极材料再加上负极材料、电解液、隔膜等材料制备成三元锂电池，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池更加安全。
锂在地壳中的自然储量为1100万吨，约占地壳元素的0.0065％，在自然界中主要以盐湖卤水、锂辉石、锂云母及磷酸铝矿石的形式存在。锂主要是从含锂矿石和盐湖卤水提取，锂辉石矿品位低、质量不稳定、采选成本高，矿石主要依靠进口；盐湖卤水中含锂量低，镁锂比高，除杂复杂，所以二次锂资源的回收利用越来越重要。
现有的三元锂电池回收过程中，一般采用还原性气体进行还原焙烧，还原焙烧过程中会产生大量损耗，从而导致锂最终的回收率不高，为了提高锂的回收率，因此提出一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，以解决背景技术中的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，利用还原焙烧系统完成，包括如下步骤：
步骤一：将三元锂电池废料通过球磨设备进行研磨，三元锂电池废料和磨球的质量比为1：10，所用磨球为氧化锆磨球，球磨分散后将三元锂电池废料粉末投入回转炉中，在300-350℃的条件下热分解1-2h，然后按照10℃/min的升温速率升温至500-550℃继续热分解1.5-3h，完成初步热分解处理；
初步热分解处理过程中，通过第一烟气处理系统处理产生的烟气，回收无水烟尘和余热；
步骤二：初步热分解处理后，将第一烟气处理系统回收的无水烟尘重新投入回转炉中，并且将混合气体预热至450-500℃后通入回转炉中，在混合气体的气氛下，按照10℃/min的升温速率将回转炉的炉膛温度升高至650-700℃，还原焙烧2-3h，然后按照5℃/min的升温速率升温至950-1000℃，还原焙烧1-2h，完成还原焙烧处理；
还原焙烧处理过程中，通过第二烟气处理系统处理产生的烟气，回收烟尘，将含水烟尘和提取液通入真空釜中，调节固液比为1g/L，真空静置1-2h后过滤，将不溶性物质截留后得到低浓度含锂液；
步骤三：将还原焙烧处理后的物料转移提取池中，通入低浓度含锂液后并补充适量提取液得到水浸浆料，水浸浆料的固液比为20-30g/L，在50-70℃的条件下水浸提取2-3h，抽滤并收集滤液，将滤饼用提取液洗涤2-3次，将滤液和洗涤液混合后蒸发结晶，得到一水氢氧化锂，完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法。
进一步地，所述混合气体包括氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳的用量比为1g：2-4g。
进一步地，提取液为真空脱气处理后的去离子水，提取液通过换热器进行加热。
还原焙烧系统包括回转炉焙烧系统、第一烟气处理系统和第二烟气处理系统；回转炉焙烧系统包括回转炉和储气罐，储气罐用于储存混合气体，储气罐的出气管连接有加热器，通过加热器将混合气体加热至预设温度后再将混合气体通入回转炉中，防止过冷的气体影响回转炉的加热效率。
进一步地，第一烟气处理系统包括第一气体增压泵、换热器和第一旋风分离器，初步热分解处理过程中产生的烟气经过第一气体增压泵压缩后再通入换热器中，烟气经过压缩后流速更快，有助于带走烟尘，避免其中的烟尘积存在换热器中，换热器中用于换热的液体为提取液，通过初步热分解处理过程中烟气的热量加热提取液，有利于减少能耗，换热后的烟气通过第一旋风分离器分离出无水烟尘。
进一步地，第二烟气处理系统包括第二气体增压泵、第二旋风分离器和真空釜，第二气体增压泵，还原焙烧过程中产生的烟气经过第二气体增压泵压缩后通入第二旋风分离器中，第二旋风分离器将烟气中含水烟尘分离出来，再将还原焙烧过程中的含水烟尘投入真空釜中，用第一烟气处理系统中换热器加热后的提取液进行提取。
本发明的有益效果：
本发明三元锂电池废料回收用还原焙烧方法操作简单，便于生产应用，最终锂的综合回收率达到95.6％。本发明还原焙烧方法针对的是三元锂电池废料，球磨分散后有利于三元锂电池废料的充分热解，初步热解处理过程中首先将三元锂电池废料热分解，产生的烟尘不含水汽，干燥的烟气有利于回收热量和烟尘，烟尘重新投入回转炉中进行还原焙烧处理，初步热分解过程中烟气的热量用于提取液的加热，有利于增加能源的利用率；还原焙烧过程中产生水会带走部分物料，通过真空釜分离后重新回收，有利于增加锂的回收率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明三元锂电池废料回收用还原焙烧方法的流程图；
图2是本发明还原焙烧系统的连接示意图。
图中：1、回转炉；2、储气罐；3、第一旋风分离器；4、第二旋风分离器；5、真空釜；6、第一气体增压泵；7、换热器；8、第二气体增压泵；9、加热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，还原焙烧系统包括回转炉焙烧系统、第一烟气处理系统和第二烟气处理系统；回转炉焙烧系统包括回转炉1和储气罐2，储气罐2用于储存混合气体，储气罐2的出气管连接有加热器9，通过加热器9将混合气体加热至预设温度后再通入回转炉1中，防止过冷的气体影响回转炉1的加热效率。
第一烟气处理系统包括第一气体增压泵6、换热器7和第一旋风分离器3，初步热分解处理过程中产生的烟气经过第一气体增压泵6压缩后再通入换热器7中，烟气经过压缩后流速更快，有助于带走烟尘，避免其中的烟尘积存在换热器7中，换热器7中用于换热的液体为提取液，通过初步热分解处理过程中烟气的热量加热提取液，有利于减少能耗，换热后的烟气通过第一旋风分离器3分离出无水烟尘。
第二烟气处理系统包括第二气体增压泵8、第二旋风分离器4和真空釜5，第二气体增压泵8，还原焙烧过程中产生的烟气经过第二气体增压泵8压缩后通入第二旋风分离器4中，第二旋风分离器4将烟气中含水烟尘分离出来，再将还原焙烧过程中的含水烟尘投入真空釜5中，用第一烟气处理系统中换热器7加热后的提取液进行提取。
实施例1
请参阅图1，采用还原焙烧系统完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，包括如下步骤：
步骤一：将三元锂电池废料通过球磨设备进行研磨，三元锂电池废料和磨球的质量比为1：10，所用磨球为氧化锆磨球，球磨分散后将三元锂电池废料粉末投入回转炉1中，在300℃的条件下热分解1h，然后按照10℃/min的升温速率升温至500℃继续热分解1.5h，完成初步热分解处理；
初步热分解处理过程中，通过第一烟气处理系统处理产生的烟气，回收无水烟尘和余热；
步骤二：初步热分解处理后，将第一烟气处理系统回收的无水烟尘重新投入回转炉1中，并且将混合气体预热至450℃后通入回转炉1中，在混合气体的气氛下，按照10℃/min的升温速率将回转炉1的炉膛温度升高至650℃，还原焙烧2h，然后按照5℃/min的升温速率升温至950℃，还原焙烧1h，完成还原焙烧处理；其中混合气体包括氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳的用量比为1g：2g
还原焙烧处理过程中，通过第二烟气处理系统处理产生的烟气，回收烟尘，将含水烟尘和提取液通入真空釜5中，调节固液比为1g/L，真空静置1h后过滤，将不溶性物质截留后得到低浓度含锂液；
步骤三：将还原焙烧处理后的物料转移提取池中，通入低浓度含锂液后并补充适量提取液得到水浸浆料，水浸浆料的固液比为20g/L，在50℃的条件下水浸提取2h，抽滤并收集滤液，将滤饼用提取液洗涤2次，将滤液和洗涤液混合后蒸发结晶，得到一水氢氧化锂，完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，锂的综合回收率为95.6％。
实施例2
请参阅图1，采用还原焙烧系统完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，包括如下步骤：
步骤一：将三元锂电池废料通过球磨设备进行研磨，三元锂电池废料和磨球的质量比为1：10，所用磨球为氧化锆磨球，球磨分散后将三元锂电池废料粉末投入回转炉1中，在320℃的条件下热分解1.5h，然后按照10℃/min的升温速率升温至525℃继续热分解2h，完成初步热分解处理；
初步热分解处理过程中，通过第一烟气处理系统处理产生的烟气，回收无水烟尘和余热；
步骤二：初步热分解处理后，将第一烟气处理系统回收的无水烟尘重新投入回转炉1中，并且将混合气体预热至480℃后通入回转炉1中，在混合气体的气氛下，按照10℃/min的升温速率将回转炉1的炉膛温度升高至680℃，还原焙烧2.5h，然后按照5℃/min的升温速率升温至980℃，还原焙烧1.5h，完成还原焙烧处理；其中混合气体包括氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳的用量比为1g：3g
还原焙烧处理过程中，通过第二烟气处理系统处理产生的烟气，回收烟尘，将含水烟尘和提取液通入真空釜5中，调节固液比为1g/L，真空静置1-2h后过滤，将不溶性物质截留后得到低浓度含锂液；
步骤三：将还原焙烧处理后的物料转移提取池中，通入低浓度含锂液后并补充适量提取液得到水浸浆料，水浸浆料的固液比为25g/L，在60℃的条件下水浸提取2.5h，抽滤并收集滤液，将滤饼用提取液洗涤2.5次，将滤液和洗涤液混合后蒸发结晶，得到一水氢氧化锂，完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，锂的综合回收率为95.7％。
实施例3
请参阅图1，采用还原焙烧系统完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，包括如下步骤：
步骤一：将三元锂电池废料通过球磨设备进行研磨，三元锂电池废料和磨球的质量比为1：10，所用磨球为氧化锆磨球，球磨分散后将三元锂电池废料粉末投入回转炉1中，在350℃的条件下热分解2h，然后按照10℃/min的升温速率升温至550℃继续热分解3h，完成初步热分解处理；
初步热分解处理过程中，通过第一烟气处理系统处理产生的烟气，回收无水烟尘和余热；
步骤二：初步热分解处理后，将第一烟气处理系统回收的无水烟尘重新投入回转炉1中，并且将混合气体预热至500℃后通入回转炉1中，在混合气体的气氛下，按照10℃/min的升温速率将回转炉1的炉膛温度升高至700℃，还原焙烧3h，然后按照5℃/min的升温速率升温至1000℃，还原焙烧2h，完成还原焙烧处理；其中混合气体包括氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳的用量比为1g：4g
还原焙烧处理过程中，通过第二烟气处理系统处理产生的烟气，回收烟尘，将含水烟尘和提取液通入真空釜5中，调节固液比为1g/L，真空静置2h后过滤，将不溶性物质截留后得到低浓度含锂液；
步骤三：将还原焙烧处理后的物料转移提取池中，通入低浓度含锂液后并补充适量提取液得到水浸浆料，水浸浆料的固液比为30g/L，在70℃的条件下水浸提取3h，抽滤并收集滤液，将滤饼用提取液洗涤3次，将滤液和洗涤液混合后蒸发结晶，得到一水氢氧化锂，完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，锂的综合回收率为95.7％。
实施例1-实施例3中所用提取液为真空脱气处理后的去离子水，采用的回转炉1为电热式回转炉。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
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 (8)
1.一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，利用还原焙烧系统完成，包括如下步骤：
步骤一：将三元锂电池废料球磨分散后投入回转炉（1）中进行初步热分解处理；产生的烟气通过第一烟气处理系统处理，回收无水烟尘和余热；
步骤二：将无水烟尘重新投入回转炉（1）中，在混合气体的气氛下，按照10℃/min的升温速率升温至650-700℃，还原焙烧2-3h，然后按照5℃/min的升温速率升温至950-1000℃，还原焙烧1-2h，完成还原焙烧处理；产生的烟气通过第二烟气处理系统处理，回收含水烟尘；
步骤三：将含水烟尘用提取液调节固液比为1g/L，静置1-2h后过滤得到低浓度含锂液；将还原焙烧处理后的物料和低浓度含锂液混合，然后用提取液调节固液比为20-30g/L，在50-70℃的条件下水浸提取2-3h，抽滤并收集滤液，将滤饼洗涤，将滤液和洗涤液混合后蒸发结晶，得到一水氢氧化锂，完成三元锂电池废料回收用还原焙烧方法；
所述还原焙烧系统包括回转炉焙烧系统、第一烟气处理系统和第二烟气处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，所述初步热分解处理的具体步骤如下：
将三元锂电池废料在300-350℃的条件下热分解1-2h，然后按照10℃/min的升温速率升温至500-550℃继续热分解1.5-3h，完成初步热分解处理。
3.根据权利要求1所述的一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，所述混合气体通入回转炉（1）前预热至450-500℃。
4.根据权利要求1所述的一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，所述混合气体为氢气和一氧化碳按照1g：2-4g的用量比混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，所述提取液为真空脱气处理后的去离子水。
6.根据权利要求1所述的一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，所述回转炉焙烧系统包括回转炉（1）和储存混合气体的储气罐（2），储气罐（2）外接加热混合气体的加热器（9）。
7.根据权利要求1所述的一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，第一烟气处理系统包括用于压缩初步热分解处理过程中产生的烟气的第一气体增压泵（6），第一气体增压泵（6）依次连接有用于加热提取液的换热器（7）和分离无水烟尘的第一旋风分离器（3）。
8.根据权利要求1所述的一种三元锂电池废料回收用还原焙烧方法，其特征在于，第二烟气处理系统包括用于压缩还原焙烧过程中产生的烟气的第二气体增压泵（8），第二气体增压泵（8）依次连接有分离含水烟尘的第二旋风分离器（4）和回收低浓度含锂液的真空釜（5）。
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