TWI805478B - 流體浮選分離電池拆解物之方法和浮選系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種流體浮選分離電池拆解物之方法及浮選系統。所述流體浮選分離電池拆解物之方法包含：切割步驟和浮選步驟，並透過提供具有特定流速之流體持續對放置於浮選裝置中的電池拆解物進行浮選；其中，所述浮選裝置包含一管體、一多孔導流板和一篩網，所述多孔導流板開設成型有複數穿透孔；以及所述流體從所述管體的所述下開口通入所述管體，並依序通過所述多孔導流板和所述篩網以分離第一電極碎片、第二電極碎片和隔離膜碎片。本發明的流體浮選分離電池拆解物之方法和浮選系統可提升廢棄電池之電池拆解物的分離效率，利於回收再生利用。

Description

流體浮選分離電池拆解物之方法和浮選系統

本發明有關於一種流體浮選分離電池拆解物之方法和浮選系統，尤其是用於回收鋰電池的流體浮選分離電池拆解物之方法和浮選系統。

人類對於電的依賴與日遽增，並逐步研發出各式各樣的電池種類：濕電池、乾電池、燃料電池和放射物電池以因應不同需求；其中，日常生活中常見的拋棄式乾電池包含碳鋅電池、鹼錳電池和鋰電池等，以及可充電乾電池包含鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等，並依據行政院環境保護署統計，台灣每年的乾電池使用量可達1.1萬噸。

基於環境保護與永續發展已為普世價值，且廢電池包含多種可再生利用的材料，以車用鋰電池為例，其作為正極集流體的鋁箔和作為負極集流體的銅箔，以及其他所含貴金屬等皆可再生利用，故如何提升廢電池中所含各別不同材料的回收率為一重要課題。

為解決上述課題，本發明提供一種流體浮選分離電池拆解物之方法，包含：切割步驟：提供一廢棄電池，並切割所述廢棄電池以獲得所述電池拆解物；其中，所述廢棄電池包含一第一電極、一第二電極和一隔離膜，所述電池拆解物包含一第一電極碎片、一第二電極碎片和一隔離膜碎片，且所述第一電極碎片的比重大於所述第二電極碎片的比重，所述第二電極碎片的比重大於所述隔離膜碎片的比重；以及浮選步驟：提供流速為1.06公斤/秒至1.60公斤/秒的所述流體持續對放置於一浮選裝置中的所述電池拆解物進行浮選，以分離所述第一電極碎片、所述第二電極碎片和所述隔離膜碎片；其中，所述浮選裝置包含一管體、一多孔導流板和一篩網，其中所述管體具有相對之一下開口和一上開口，所述多孔導流板和所述篩網容置於所述管體內，所述多孔導流板設於所述下開口和所述篩網之間，且所述流體從所述管體的所述下開口通入所述管體，並依序通過所述多孔導流板和所述篩網；所述多孔導流板開設成型有複數穿透孔，所述穿透孔之孔的總截面積與所述多孔導流板之輪廓截面積的比值為0.09至0.14；所述篩網具有相對的一下網口和一上網口、貫通所述下網口和所述上網口之一軸向通道，以及從所述下網口延伸並內縮至所述上網口的一外側壁；所述上網口朝向所述管體的所述上開口，所述上網口的截面積小於所述管體的截面積；以及所述外側壁與所述管體形成一容置空間，以攔截所述第二電極碎片。

本發明透過調控所述流體提供給所述電池拆解物的水流沖力和浮力，使得所述浮選裝置可同時分離出不同比重的材料，亦即，透過所述流體帶動所述第一電極碎片、所述第二電極碎片和所述隔離膜碎片上浮，並最終使所述第一電極碎片沉降於多孔導流板，所述第二電極碎片沉降於所述外側壁與所述管體所形成的所述容置空間，所述隔離膜碎片漂浮於鄰近所述上開口，以達分離所述第一電極碎片、所述第二電極碎片和所述隔離膜碎片之功效。

此外，本發明除調整所述流體的流速來分離不同比重的材料外，所述多孔導流板設於所述下開口和所述篩網之間有助於所述流體於通過所述多孔導流板前先行集中，並於所述流體通過所述多孔導流板之所述穿透孔後，進一步提升所述流體的流速與調整流動路徑，而有效提升本發明的浮選率，以提升待回收物，例如：所述第一電極碎片和所述第二電極碎片各別的回收率。

在一實施態樣中，所述流體包含水。

在一實施態樣中，所述第一電極包含一正極集流體和塗佈於所述正極集流體的一正極活性材料塗層；所述第二電極包含一負極集流體；及/或所述隔離膜包含高分子材料。

較佳的，所述正極集流體包含鋁；較佳的，所述負極集流體包含銅。具體而言，所述正極集流體可為鋁箔，及/或所述負極集流體可為銅箔。

較佳的，所述高分子材料包含塑膠材料。更佳的，所述塑膠材料包含聚丙烯、聚乙烯之任一或其組合。

在一實施態樣中，所述正極活性材料塗層包含磷酸鐵鋰(LiFePO ₄)、鎳鈷錳酸鋰(LiNiMnCoO ₂)、鎳鈷鋁酸鋰(LiNiCoAlO ₂)之任一或其組合。

依據本發明，所述多孔導流板之輪廓截面積係指未扣除所述穿透孔之孔的截面積。

較佳的，於浮選步驟前，所述電池拆解物係置於所述多孔導流板和所述篩網之間。

在一實施態樣中，所述電池拆解物各自呈片狀。具體而言，呈片狀的電池拆解物，例如：呈片狀的所述第一電極碎片、呈片狀的所述第二電極碎片和呈片狀的所述隔離膜碎片，而將更容易受所述流體帶動而上浮，而可降低能耗及提升浮選率。較佳的，所述電池拆解物之面積各自為5平方公分至30平方公分。更佳的，所述電池拆解物之最長邊與最短邊之比為1至3，例如：1、1.5、2、2.5或3。

在一實施態樣中，所述多孔導流板呈圓板型，及/或所述管體呈圓管狀。較佳的，所述多孔導流板的直徑與所述管體的直徑相同，即表示所述多孔導流板與所述管體的內側面直接卡合相接，以利所述多孔導流板與所述管體分離以取出待回收物。

在一實施態樣中，所述浮選裝置進一步包含一第一連接單元連接所述多孔導流板與所述管體。較佳的，所述第一連接單元可拆卸地連接所述多孔導流板與所述管體的內側面，以利所述多孔導流板與所述管體分離以取出待回收物。

在一實施態樣中，所述多孔導流板具有相對的一第一平面和一第二平面，所述穿透孔各自從所述第一平面延伸至所述第二平面，所述穿透孔位於所述第二平面之中心，及/或圍繞所述第二平面之中心呈環狀排列，並形成複數圈；以及所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間具有一第一夾角，且所述第一夾角為大於0度且小於或等於90度。此外，所述第一平面朝向所述管體之所述下開口，以及所述第二平面朝向所述管體之所述上開口。

較佳的，所述穿透孔圍繞所述第二平面之中心呈環狀排列，並形成複數圈係指各圈的穿透孔以所述第二平面之中心為圓心，共同形成同心圓狀排列。

所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面間具有所述第一夾角，且本發明所述之第一夾角係指小於或等於90度的夾角。舉例而言，當所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面垂直時，表示第一夾角為90度；或者，當所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面呈45度夾角時，表示第一夾角為45度。

在一些實施態樣中，所述多孔導流板的所述穿透孔彼此之間呈等間隔設置，或所述多孔導流板的同圈所述穿透孔彼此之間呈等間隔設置。

本發明透過調整穿透孔的排列方式跟穿透孔的第一夾角之角度可進一步提升本發明的浮選率，以提升待回收物的回收率。

在一實施態樣中，所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角全部或部分為90度。較佳的，位於所述多孔導流板的所述第二平面之中心的所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面間之所述第一夾角為90度。「所述多孔導流板的所述第二平面之中心」係指一點位在所述多孔導流板之所述第二平面上，且所述點與所述第二平面邊上之任一點的距離皆相等，例如：所述第二平面呈圓形，則所述點為圓心；又或者，所述第二平面為對稱形狀，例如：正方形、菱形，則所述點為對角線的交點。

在一實施態樣中，僅位於所述多孔導流板的所述第二平面之中心的所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面間之所述第一夾角為90度。

在一實施態樣中，各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角皆為大於0度且小於90度，且各圈的所述穿透孔的偏斜方向相同，亦即各圈的所述穿透孔呈環狀排列，並朝同方向偏斜，例如：皆朝順時鐘之方向偏斜、或皆朝逆時鐘之方向偏斜。

依據本發明，各圈的所述穿透孔的偏斜方向，係指各圈的所述穿透孔投影至所述第一平面或所述第二平面的區域面積的偏斜方向。此外，所述穿透孔投影至所述第一平面或所述第二平面的區域面積係指假設所述穿透孔所涵蓋空間為一實體，並投影至所述第一平面或所述第二平面的區域面積。

在一實施態樣中，各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且不同圈的所述穿透孔的偏斜方向不同。

在一實施態樣中，各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且相鄰2圈的所述穿透孔的偏斜方向相反，亦即同圈的所述穿透孔呈環狀排列，並朝同方向偏斜，例如：皆朝順時鐘之方向偏斜、或皆朝逆時鐘之方向偏斜，且相鄰2圈的所述穿透孔各自呈環狀排列，並朝相反方向偏斜，例如：第一圈的所述穿透孔的偏斜方向為順時鐘之方向，第二圈的所述穿透孔的偏斜方向為逆時鐘之方向，第三圈的所述穿透孔的偏斜方向為順時鐘之方向，以及第四圈的所述穿透孔的偏斜方向為逆時鐘之方向，以此類推。

在一實施態樣中，不同圈的環狀排列的所述穿透孔之數量不同，且由所述多孔導流板的所述第二平面之中心向外圍的方向依序漸增，以利控制所述流體通過所述多孔導流板後的流速及水流路徑，並提升浮選率。

在一實施態樣中，所述穿透孔設於鄰近或位於所述第二平面的外輪廓處，並為完整的孔洞或部分的孔洞，可避免所述電池拆解物於浮選後停留於鄰近所述第二平面的外輪廓處。

在一實施態樣中，所述穿透孔的直徑全部相同或部分相同。本發明的所述穿透孔的直徑全部相同時，利於控制所述流體通過所述多孔導流板後的流速及水流路徑的均一性，並提升浮選率。

較佳的，所述第一夾角為30度至60度，例如：30度、35度、40度、45度、50度、55度或60度。

在一實施態樣中，僅位於所述多孔導流板的所述第二平面之中心的所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面間之所述第一夾角為90度，其餘各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且各圈的所述穿透孔的偏斜方向相同。據此，通過所述多孔導流板的流體可形成漩渦狀之水流，以進一步提升本發明之方法的浮選率，並提升各待回收物的回收率。

較佳的，僅位於所述多孔導流板的所述第二平面之中心的所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面間之所述第一夾角為90度，其餘各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且相鄰2圈的所述穿透孔的偏斜方向相反。據此，通過所述多孔導流板的流體可形成交錯狀之水流。依據本發明，大於0度且小於90度的穿透孔偏斜角度以及相鄰2圈的所述穿透孔的偏斜方向相反的排列方式，各自皆可進一步提升本發明之方法的浮選率，並提升各待回收物的回收率。

在本發明中，「所述上網口朝向所述管體的所述上開口」即表示所述上網口遠離所述管體的所述下開口。

在一實施態樣中，所述篩網位於所述多孔導流板和所述管體的所述上開口之間。

在一實施態樣中，所述篩網與所述管體直接接觸。較佳的，所述篩網之所述上網口及所述下網口呈圓形，及/或所述管體呈圓管狀。更佳的，所述篩網之所述下網口的直徑與所述管體的直徑相同，即表示所述篩網之所述下網口與所述管體的內側面直接卡合相接。

在一實施態樣中，所述浮選裝置進一步包含一第二連接單元連接所述篩網與所述管體。較佳的，所述第二連接單元可拆卸地連接所述篩網與所述管體的內側面，以利所述篩網與所述管體分離以取出待回收物。

在一實施態樣中，所述篩網的所述上網口的截面積小於所述下網口的截面積。較佳的，所述篩網的所述上網口的截面積與所述下網口的截面積的比值為0.5至0.9，例如：0.5、0.6、0.7、0.8或0.9。

較佳的，所述篩網的外側壁沿所述篩網之下網口至所述上網口的方向漸縮成型。換句話說，所述篩網鄰近所述下網口的截面積大於鄰近所述上網口的截面積。

在一實施態樣中，所述篩網可為一中心貫通的網籃，但不限於此。舉例而言，所述篩網由所述下網口朝所述上網口之方向逐漸內縮，例如：所述篩網通過中心的縱切面係為沿所述上網口至所述下網口方向呈上窄下寬的梯形。在另一實施態樣中，所述篩網呈燈籠狀，亦即所述篩網位於與所述上網口和所述下網口等距處的寬度分別大於位於所述上網口處的寬度和位於所述下網口處的寬度，且所述篩網各自從所述等距處朝所述上網口和所述下網口之方向逐漸內縮，例如：所述篩網通過中心的縱切面係為沿所述上網口至所述下網口方向呈燈籠狀。

依據本發明，因為所述篩網的所述上網口的截面積小於所述管體的截面積，故所述篩網與所述管體之內管壁之間形成狹長型的所述容置空間，並用於分離待回收物，例如：所述第二電極碎片，藉由流體浮力依序穿過所述篩網之下網口和上網口後，最終沉降於所述篩網和所述管體之內管壁之間的狹長型的所述容置空間，並被所述篩網攔截，而無法穿過所述篩網，而與其他待回收物，例如：沉降於所述多孔導流板的所述第一電極碎片或漂浮於鄰近所述上開口的所述隔離膜分離。

在一實施態樣中，所述電池拆解物之最長邊小於所述篩網之所述上網口之口徑。較佳的，所述篩網之所述上網口之口徑和所述管體的直徑之比例為1：1.1至1：2，但不限於此。具體而言，所述篩網之所述上網口之口徑和所述管體的直徑之比例為1：1.1、1：1.3、1：1.5、1：1.7、1：1.9或1：2。

在一實施態樣中，所述篩網之上網口之口徑為10公分至20公分，但不限於此。

在一實施態樣中，所述多孔導流板與所述下開口的距離約為10公分至30公分，例如：10公分、15公分、20公分、25公分或30公分。較佳的，所述多孔導流板與所述下開口的距離約為17公分至21公分。依據本發明，所述多孔導流板與所述下開口的距離將不影響浮選率。

在一實施態樣中，所述管體的直徑為14公分至17公分，例如：14公分、14.7公分、15.4公分、16.1公分、16.8公分或17公分。較佳的，所述管體的直徑為15.4公分。

在一實施態樣中，所述多孔導流板與所述篩網的距離約為7公分至20公分，例如：7公分、10公分、15公分或20公分；較佳的，所述多孔導流板與所述篩網的距離約為10公分至16公分。

在一實施態樣中，所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為0.5倍至1.5倍，以提升浮選率。

較佳的，所述多孔導流板的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角全部為90度，且所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為1倍至1.5倍，可獲得最佳的浮選率。

較佳的，僅位於所述多孔導流板的所述第二平面之中心的所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面間之所述第一夾角為90度，其餘各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且相鄰2圈的所述穿透孔的偏斜方向相反，以及所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為0.8倍至1.3倍，可獲得最佳的浮選率。

較佳的，僅位於所述多孔導流板的所述第二平面之中心的所述穿透孔的中心軸線與所述第二平面間之所述第一夾角為90度，其餘各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且各圈的所述穿透孔的偏斜方向相同，以及所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為0.5倍至1倍，可獲得最佳的浮選率。

在一實施態樣中，所述軸向通道的長度為3公分至10公分，例如：3公分、5公分、7公分、9公分或10公分。較佳的，所述軸向通道的長度為5公分至7公分。

本發明另提供一種浮選系統，包含：一浮選裝置，包含一管體、一多孔導流板和一篩網，其中所述管體具有相對之一下開口和一上開口，所述多孔導流板和所述篩網容置於所述管體內，所述多孔導流板設於所述下開口和所述篩網之間；所述多孔導流板開設成型有複數穿透孔，所述穿透孔之孔的總截面積與所述多孔導流板之輪廓截面積的比值為0.09至0.14；所述篩網具有相對的一下網口和一上網口、貫通所述下網口和所述上網口之一軸向通道，以及從所述下網口延伸並內縮至所述上網口的一外側壁；所述上網口朝向所述管體的所述上開口，所述上網口的截面積小於所述管體的截面積，以及所述外側壁與所述管體形成一容置空間；以及一流體供應單元，用於提供一流體，以使所述流體從所述管體的所述下開口通入所述管體，並依序通過所述多孔導流板和所述篩網。

在一實施態樣中，本發明之浮選系統用於分離電池拆解物。較佳的，所述電池拆解物包含一第一電極碎片、一第二電極碎片和一隔離膜碎片。更佳的，所述容置空間用於攔截所述第二電極碎片。

在一實施態樣中，所述流體供應單元包含一流體調整器，用於調整流體流速。舉例而言，所述流體調整器可為幫浦，但不限於此。

在一實施態樣中，所述流體供應單元具有一流體供應出口，且所述流體供應出口位於所述多孔導流板和所述管體之所述下開口之間，但不限於此。

在一實施態樣中，所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為0.5倍至1.5倍，亦即所述多孔導流板與所述篩網間的距離比所述管體的直徑為0.5：1至1.5：1，以提升浮選率。

在一實施態樣中，所述浮選系統更包含一流體循環裝置，用以將從所述管體的上開口流出的流體導入所述流體供應單元。舉例而言，所述流體循環裝置可為回收桶，但不限於此。

綜上，本發明透過流體之浮力於所述浮選裝置中同時分離出不同比重的材料，亦即主要藉由調整流體流速、所述穿透孔之孔的總截面積與所述多孔導流板之輪廓截面積的比值、所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例、多孔導流板的穿透孔之第一夾角的角度、穿透孔的環狀排列、不同圈之穿透孔之偏斜方向、穿透孔數量，以及所述多孔導流板設於所述下開口和所述篩網之間的位置配置、穿透孔直徑均一度的結構設計、設置具有攔截功能的篩網，和/或將所述電池拆解物切割成特定尺寸和形狀，進一步提升本發明的浮選率，以提升待回收物的回收率，有助於資源再生利用。

以下提供數種操作方式，以便說明本發明之實施方式；熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。

實施例1：流體浮選分離電池拆解物之方法

如圖1所示，本實施例之流體浮選分離電池拆解物之方法，包含：切割步驟：提供一廢棄電池，並切割所述廢棄電池以獲得所述電池拆解物2；其中，所述廢棄電池包含一第一電極、一第二電極和一隔離膜，所述電池拆解物2包含一第一電極碎片20、一第二電極碎片21和一隔離膜碎片22，且所述第一電極碎片20的比重大於所述第二電極碎片21的比重，所述第二電極碎片21的比重大於所述隔離膜碎片22的比重。具體而言，切割商用18650鋰電池以獲得呈片狀的所述電池拆解物2，而包含呈片狀的所述第一電極碎片20，即塗佈正極活性材料塗層：磷酸鐵鋰(LiFePO ₄)、鎳鈷錳酸鋰(LiNiMnCoO ₂)和鎳鈷鋁酸鋰(LiNiCoAlO ₂)塗層的鋁箔、呈片狀的所述第二電極碎片21，即銅箔，和呈片狀的所述隔離膜碎片22，即聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯-聚乙烯複合材料膜，且所述第一電極碎片20、所述第二電極碎片21和所述隔離膜碎片22的尺寸皆為3公分*3公分。

所述磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰塗層的比重為20 mg/cm ²、鋁箔的比重為4.211 mg/cm ²，以及銅箔的比重為8.647 mg/cm ²。因所述第一電極碎片20包含所述磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰塗層和鋁箔，故所述第一電極碎片20的比重大於所述第二電極碎片21的比重。此外，商用18650鋰電池的鋁箔係塗佈2層的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰塗層，故3公分*3公分的所述第一電極碎片20的重量為3*3*(4.211+2*20)=398毫克，第二電極碎片的重量則為3*3* 8.647=77.8毫克，亦即第一電極碎片的重量為第二電極碎片的重量的511%，約為5倍。

浮選步驟：提供流速為1.33公斤/秒的水作為所述流體3，並持續對放置於一浮選裝置1中的所述電池拆解物2進行浮選，以分離所述第一電極碎片20、所述第二電極碎片21和所述隔離膜碎片22。

結果如圖2A至圖2C所示，經本實施例之流體浮選分離電池拆解物之方法後，分別可得所述第一電極碎片之塗佈所述磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰塗層的鋁箔、所述第二電極碎片之銅箔，和所述隔離膜碎片之聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯-聚乙烯複合材料膜。

此外，如圖1所示，所述浮選裝置1包含一管體10、一多孔導流板11和一篩網12，其中所述管體10具有相對之一下開口101和一上開口102，所述多孔導流板11和所述篩網12容置於所述管體10內，所述多孔導流板11設於所述下開口101和所述篩網12之間，且所述多孔導流板11與所述下開口101的距離約為19公分，所述多孔導流板11與所述篩網12的距離約為10公分至16公分；以及所述流體3從所述管體10的所述下開口101通入所述管體10，並依序通過所述多孔導流板11和所述篩網12。

所述多孔導流板11開設成型有複數穿透孔111A，所述穿透孔111A之孔的總截面積與所述多孔導流板11之輪廓截面積的比值為0.11604。此外，所述多孔導流板11的複數穿透孔111A可具有多種態樣，並分別於圖3A(即對應實施例1)、圖4A(即對應實施例2)和圖5A(即對應實施例3)作說明，圖1中所示之多孔導流板11的配置僅為概要示意圖。

所述篩網12具有相對的一下網口121和一上網口122、貫通所述下網口121和所述上網口122之一軸向通道123，且所述軸向通道123的長度約為6公分，以及從所述下網口121延伸並內縮至上網口122的一外側壁124，且所述外側壁124呈傾斜狀；所述上網口122朝向所述管體10的所述上開口102，所述上網口122的截面積小於所述管體10的截面積，亦小於所述下網口121的截面積；所述外側壁124與所述管體10形成一容置空間125，以攔截所述第二電極碎片21。

所述管體10為一壓克力管，內直徑為154公釐，壓克力管的內截面積為18626.50平方公釐，所述穿透孔111A之孔的直徑皆為8公釐，所述穿透孔111A之孔的總截面積為2161.42平方公釐。依據流體流量=流體密度(ρ)*流體流速(v)*流體通過的截面積(A)，以及流體流量於通過所述多孔導流板11前和後的流量相同，亦即ρv ₁A ₁=ρv ₂A ₂公式可知，流體3通過所述多孔導流板11後的流速(即v ₂)為11.4615843公斤/秒，亦即為流體3通過所述多孔導流板11前的流速(即v ₁)之8.6倍。

圖3A為實施例1所用的多孔導流板11，其中所述多孔導流板11為一呈圓板型的保麗龍板(購自台榮包裝材料行)，其板厚約為1.5公分。所述多孔導流板11具有相對的第一平面112和第二平面113，所述穿透孔111A各自從所述第一平面112延伸至所述第二平面113，且所述穿透孔111A的中心軸線1110各自與所述第二平面113垂直，亦即所述穿透孔111A的中心軸線1110各自與所述第二平面113間之第一夾角θ ₁全部皆為90度。

如圖3A和圖3B所示，所述穿透孔111A圍繞所述第二平面113之中心呈環狀排列，並形成複數圈，亦即所述複數圈以同心圓狀由內而外排列；其中，所述穿透孔111A由所述第二平面113之中心向外圍的方向依序為位於所述多孔導流板11的中心之1個穿透孔111A、第一圈包含6個穿透孔111A、第二圈包含8個穿透孔111A、第三圈包含16個穿透孔111A和第四圈包含24個穿透孔111B；其中，所述穿透孔111A為完整的孔洞，以及所述穿透孔111B為部分的孔洞。更進一步者，第四圈的所述穿透孔111B位於所述第二平面113的外輪廓處，並為部分的孔洞，可避免所述電池拆解物於浮選後停留於鄰近所述第二平面113的外輪廓處。

此外，當採用如圖3A所示的多孔導流板11時，當所述多孔導流板11與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為1倍至1.5倍時，可獲得最佳的浮選率。

最後，如圖3C所示，以Solidwork軟體模擬本發明實施例1之流體浮選分離電池拆解物之方法的水流路徑，可發現水流經過實施例1之多孔導流板前、後的路徑基本上皆呈直線型，並於鄰近所述多孔導流板處和管體中央處提升流體流速。

實施例2：流體浮選分離電池拆解物之方法

實施例2的流體浮選分離電池拆解物之方法與實施例1的流體浮選分離電池拆解物之方法相似，差別在於所述多孔導流板的穿透孔之第一夾角的角度，進而影響管體內穿過所述多孔導流板的穿透孔後之水流路徑。

如圖4A所示，所述多孔導流板11為一呈圓板型的保麗龍板(購自台榮包裝材料行)，其板厚約為1.5公分。所述多孔導流板11具有相對的第一平面112和第二平面113，所述穿透孔111A各自從所述第一平面112延伸至所述第二平面113；其中，位於所述多孔導流板11的所述第二平面113之中心的所述穿透孔111A與所述第二平面113垂直，亦即位於中心的所述穿透孔111A的中心軸線1110與所述第二平面113間之第一夾角為90度；其餘位於第一圈至第四圈的所述穿透孔111A的中心軸線1110與所述第二平面113間之第一夾角θ ₂全部為45度；以及相鄰2圈之穿透孔111A的偏斜方向相反，並從所述第二平面113之中心向外圍的方向依序為逆時鐘、順時鐘、逆時鐘和順時鐘。換句話說，相鄰2圈中的所述穿透孔111A投影至所述第二平面113的區域面積朝相反方向偏斜，並從所述第二平面113之中心向外圍的方向依序為逆時鐘、順時鐘、逆時鐘和順時鐘。

如圖4A和圖4B所示，所述穿透孔111A圍繞所述第二平面113之中心呈環狀排列，並形成複數圈，亦即所述複數圈以同心圓狀排列；其中，所述穿透孔111A由所述第二平面113之中心向外圍的方向依序為位於所述多孔導流板11的中心之1個穿透孔111A、第一圈包含6個穿透孔111A、第二圈包含8個穿透孔111A、第三圈包含16個穿透孔111A和第四圈包含24個穿透孔111B；其中，所述穿透孔111A為完整的孔洞，以及所述穿透孔111B為部分的孔洞。更進一步者，第四圈的所述穿透孔111B位於所述第二平面113的外輪廓處，並為部分的孔洞，可避免所述電池拆解物於浮選後停留於鄰近所述第二平面113的外輪廓處。

此外，當採用如圖4A所示的多孔導流板11時，當所述多孔導流板11與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為0.8倍至1.3倍時，可獲得最佳的浮選率。

如圖4C所示，以Solidwork軟體模擬本發明實施例2之流體浮選分離電池拆解物之方法的水流路徑，可發現本發明採用所述多孔導流板可提升流速，並調整水流路徑，並與實施例1所示水流路徑不同。特別說明者，依據上述流體流量=流體密度(ρ)*流體流速(v)*流體通過的截面積(A)，以及流體流量於通過所述多孔導流板前和後的流量相同，亦即ρv ₁A ₁=ρv ₂A ₂公式可知，因實施例1和實施例2的所述穿透孔的直徑和數量皆相同，亦即流體通過的截面積(A)相同，且實施例1和實施例2的流體流量亦相同，故水通過實施例2之所述多孔導流板後的流速亦為11.4615843公斤/秒，而與實施例1相同。

然而，從圖4C可發現，以Solidwork軟體模擬本發明實施例2之流體浮選分離電池拆解物之方法的水流路徑中，當水流經過實施例2的多孔導流板後，水流路徑呈交錯狀，與實施例1的直線型水流路徑不同，且於鄰近所述多孔導流板處提升流體流速，但未見於管體中央處提升流速，而與實施例1所示管體中央處提升流體流速不同。

實施例3：流體浮選分離電池拆解物之方法

實施例3的流體浮選分離電池拆解物之方法與實施例1的流體浮選分離電池拆解物之方法相似，差別在於所述多孔導流板的穿透孔之第一夾角的角度，進而影響管體內穿過所述多孔導流板的穿透孔後之水流路徑。

如圖5A所示，所述多孔導流板11為一呈圓板型的保麗龍板(購自台榮包裝材料行)，其板厚約為1.5公分。所述多孔導流板11具有相對的第一平面112和第二平面113，所述穿透孔111A各自從所述第一平面112延伸至所述第二平面113；其中，位於所述多孔導流板11的所述第二平面113之中心的所述穿透孔111A與所述第二平面113垂直，亦即位於中心的所述穿透孔111A的中心軸線1110與所述第二平面113間之第一夾角為90度；其餘位於第一圈至第四圈的所述穿透孔111A的中心軸線1110與所述第二平面113間之第一夾角θ ₃全部為45度；以及各圈之穿透孔111A的偏斜方向相同，並皆為順時鐘。

如圖5A和圖5B所示，所述穿透孔111A圍繞所述第二平面113之中心呈環狀排列，並形成複數圈，亦即所述複數圈以同心圓狀排列；其中，所述穿透孔111A由所述第二平面113之中心向外圍的方向依序為位於所述多孔導流板11的中心之1個穿透孔111A、第一圈包含6個穿透孔111A、第二圈包含8個穿透孔111A、第三圈包含16個穿透孔111A和第四圈包含24個穿透孔111B；其中，所述穿透孔111A為完整的孔洞，以及所述穿透孔111B為部分的孔洞。更進一步者，第四圈的所述穿透孔111B位於所述第二平面113的外輪廓處，並為部分的孔洞，可避免所述電池拆解物於浮選後停留於鄰近所述第二平面113的外輪廓處。

此外，當採用如圖5A所示的多孔導流板11時，當所述多孔導流板11與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為0.5倍至1倍時，可獲得最佳的浮選率。

如圖5C所示，以Solidwork軟體模擬本發明實施例3之流體浮選分離電池拆解物之方法的水流路徑。特別說明者，因實施例1和實施例3的所述穿透孔的直徑和數量皆相同，亦即流體通過的截面積(A)相同，且實施例1和實施例3的流體流量亦相同，故水通過實施例3之所述多孔導流板後的流速亦為11.4615843公斤/秒，而與實施例1相同。

然而，從圖5C可發現，實施例3之流體浮選分離電池拆解物之方法的水流路徑在通過所述多孔導流板後呈漩渦狀，與實施例1的直線型水流路徑不同。此外，實施例3鄰近所述多孔導流板處的水流路徑密度明顯高於遠離所述多孔導流板處的水流路徑密度，而與實施例1和2相對較為均勻分布的水流路徑密度不同。

測試結果1：實施例1至3的浮選率結果

實施例1至3除所用多孔導流板不同外，其餘測試條件皆相同，且各實施例皆為重複2次實驗，而得到2組結果，各組所得浮選率如表1所示。

表1中的「投料重量」為商用18650鋰電池標示的各待回收物之原始含量；「浮選重量」為分離後得到的各待回收物之回收重量，即第一電極碎片的浮選重量為收集沉降於多孔導流板的第一電極碎片且乾燥後所秤得的重量；以及第二電極碎片的浮選重量為收集沉降於篩網的第二電極碎片且乾燥後所秤得的重量。浮選率(%)=(浮選重量/投料重量)*100%。

表1：實施例1至3的浮選率結果

組別	待回收物	投料重量(克)	浮選重量(克)	浮選率(%)
實施例1	第1次	第一電極碎片	15.71	14.56	92.7
第二電極碎片	4.86	3.67	75.5
第2次	第一電極碎片	15.95	14.62	91.7
第二電極碎片	4.39	3.47	79.0
實施例2	第1次	第一電極碎片	12.97	12.39	95.5
第二電極碎片	4.39	3.77	85.9
第2次	第一電極碎片	12.98	12.98	100.0
第二電極碎片	4.84	4.09	84.5
實施例3	第1次	第一電極碎片	13.25	12.94	97.7
第二電極碎片	4.45	3.13	70.3
第2次	第一電極碎片	12.90	11.60	89.9
第二電極碎片	4.41	3.49	79.1

從表1可知，實施例1至3的第一電極碎片的浮選率皆達89%以上，實施例1至3的第二電極碎片的浮選率皆達70%以上，由此可證，本發明可有效分離並回收第一電極碎片和第二電極碎片。此外，實施例2之流體浮選分離電池拆解物之方法所得第一電極碎片的浮選率分別達100%和95.5%，平均為97.75%，明顯優於實施例1的平均的92.2%和實施例3的平均的93.8%；實施例2之第二電極碎片的浮選率分別為85.9%和84.5%，平均為85.2%，明顯優於實施例1的平均的77.25%和實施例3的平均的74.7%，故實施例2之流體浮選分離電池拆解物之方法具有最佳的浮選率。

測試結果2：採用不同尺寸的電池拆解物的浮選率結果

實施例4和5除所用電池拆解物的尺寸與上述實施例2不同，其餘測試條件同實施例2；其中，如上所述，實施例2的電池拆解物尺寸皆為3公分*3公分；實施例4的電池拆解物尺寸則皆為4公分*4公分；實施例5的電池拆解物尺寸則皆為5公分*5公分。

其次，實施例2、4和5各自的第一電極碎片的重量皆約為各自的第二電極碎片的重量的5倍。最後，實施例4和5皆為重複2次實驗，而得到2組結果，各組所得浮選率如表2所示。

表2：實施例4和5的浮選率結果

組別	待回收物	投料重量(克)	浮選重量(克)	浮選率(%)
實施例4	第1次	第一電極碎片	13.33	13.33	100.0
第二電極碎片	4.34	3.80	87.6
第2次	第一電極碎片	13.33	13.33	100.0
第二電極碎片	4.34	3.94	90.8
實施例5	第1次	第一電極碎片	13.89	13.89	100.0
第二電極碎片	4.43	4.0	90.3
第2次	第一電極碎片	13.89	13.89	100.0
第二電極碎片	4.43	4.00	90.3

從表2可知，實施例4和5的第一電極碎片的浮選率皆達100.0%，實施例4和5的第二電極碎片的浮選率皆達87.6%以上，而可有效分離及回收第一電極碎片和第二電極碎片。此外，實施例4和5之流體浮選分離電池拆解物之方法所得第二電極碎片的平均浮選率分別為89.2%和90.3%，優於實施例2的平均浮選率(85.2%)，並以實施例5的浮選率為最佳，故提升電池拆解物尺寸將有助於提升浮選率。最後，基於實施例2、4和5的第一電極碎片的重量皆為第二電極碎片的重量的5倍，且實施例2、4和5單位面積所受浮力亦應相同，故研判提升電池拆解物的重量將有助於提升浮選率。

實施例7：浮選系統

如圖6所示，本發明之浮選系統S，包含：一浮選裝置1，包含一管體10、一多孔導流板11和一篩網12，其中所述管體10具有相對之下開口101和上開口102，所述多孔導流板11和所述篩網12容置於所述管體10內，所述多孔導流板11設於所述下開口101和所述篩網12之間，且所述多孔導流板11開設成型有複數穿透孔111A，所述穿透孔111A之孔的總截面積與所述多孔導流板11之輪廓截面積的比值為0.09至0.14；所述篩網12具有相對的下網口121和上網口122、貫通所述下網口121和所述上網口122之一軸向通道123，以及從所述下網口121延伸並內縮至所述上網口122的一外側壁124，且所述外側壁124呈傾斜狀；所述上網口122朝向所述管體10的所述上開口102，所述上網口122的截面積小於所述管體10的截面積；以及所述外側壁124與所述管體10形成一容置空間125，以攔截所述第二電極碎片(未顯示)；以及一流體供應單元4，用於提供一流體3，以使所述流體3從所述管體10的所述下開口101通入所述管體10，並依序通過所述多孔導流板11和所述篩網12。

此外，所述多孔導流板11與所述篩網12間的距離D與所述管體10的直徑R的比例為0.5倍至1.5倍。

更進一步者，所述流體供應單元4具有一流體供應出口40，且所述流體供應出口40與所述管體10連通，並位於所述管體10的所述下開口101與所述多孔導流板11之間。具體而言，所述流體供應單元4包含幫浦。

最後，所述浮選系統S更包含一流體循環裝置5，即回收桶，用以將所述管體10的上開口102流出的流體3導入所述流體供應單元4。

綜上，本發明藉由調整流體流速、所述穿透孔之孔的總截面積與所述多孔導流板之輪廓截面積的比值、所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例、多孔導流板的穿透孔之第一夾角的角度、穿透孔的環狀排列、不同圈之穿透孔之偏斜方向、穿透孔數量，以及所述多孔導流板設於所述下開口和所述篩網之間的位置配置、穿透孔直徑均一度的結構設計、設置具有攔截功能的篩網，和/或將所述電池拆解物切割成特定尺寸和形狀，進一步提升本發明的浮選率，以提升待回收物的回收率，有助於資源再生利用。

1:浮選裝置 10:管體 101:下開口 102:上開口 11:多孔導流板 111A,111B:穿透孔 1110:中心軸線 112:第一平面 113:第二平面 12:篩網 121:下網口 122:上網口 123:軸向通道 124:外側壁 125:容置空間 2:電池拆解物 20:第一電極碎片 21:第二電極碎片 22:隔離膜碎片 3:流體 4:流體供應單元 40:流體供應出口 5:流體循環裝置 S:浮選系統 D:距離 R:直徑 θ ₁,θ ₂,θ ₃:第一夾角

圖1為本發明實施例1之流體浮選分離電池拆解物之方法的示意圖。 圖2A為第一電極碎片沉降於多孔導流板的照片；圖2B為第二電極碎片沉降於篩網外側壁與管體所形成的容置空間的照片；以及圖2C為隔離膜漂浮於管體上開口處的照片。 圖3A為本發明實施例1所用多孔導流板的立體圖；圖3B為其俯視圖；以及圖3C為使用其的水流路徑模擬圖。 圖4A為本發明實施例2所用多孔導流板的立體圖；圖4B為其俯視圖；以及圖4C為使用其的水流路徑模擬圖。 圖5A為本發明實施例3所用多孔導流板的立體圖；圖5B為其俯視圖；以及圖5C為使用其的水流路徑模擬圖。 圖6為本發明之浮選系統的示意圖。

無

1:浮選裝置

10:管體

101:下開口

102:上開口

11:多孔導流板

111A:穿透孔

12:篩網

121:下網口

122:上網口

123:軸向通道

124:外側壁

125:容置空間

2:電池拆解物

20:第一電極碎片

21:第二電極碎片

22:隔離膜碎片

3:流體

Claims (11)

1. 一種流體浮選分離電池拆解物之方法，包含： 切割步驟：提供一廢棄電池，並切割所述廢棄電池以獲得所述電池拆解物；其中，所述廢棄電池包含一第一電極、一第二電極和一隔離膜，所述電池拆解物包含一第一電極碎片、一第二電極碎片和一隔離膜碎片，且所述第一電極碎片的比重大於所述第二電極碎片的比重，所述第二電極碎片的比重大於所述隔離膜碎片的比重；以及 浮選步驟：提供流速為1.06公斤/秒至1.60公斤/秒的所述流體持續對放置於一浮選裝置中的所述電池拆解物進行浮選，以分離所述第一電極碎片、所述第二電極碎片和所述隔離膜碎片； 其中，所述浮選裝置包含一管體、一多孔導流板和一篩網，其中所述管體具有相對之一下開口和一上開口，所述多孔導流板和所述篩網容置於所述管體內，所述多孔導流板設於所述下開口和所述篩網之間，且所述流體從所述管體的所述下開口通入所述管體，並依序通過所述多孔導流板和所述篩網； 所述多孔導流板開設成型有複數穿透孔，所述穿透孔之孔的總截面積與所述多孔導流板之輪廓截面積的比值為0.09至0.14； 所述篩網具有相對的一下網口和一上網口、貫通所述下網口和所述上網口之一軸向通道，以及從所述下網口延伸並內縮至所述上網口的一外側壁；所述上網口朝向所述管體的所述上開口，所述上網口的截面積小於所述管體的截面積；以及所述外側壁與所述管體形成一容置空間，以攔截所述第二電極碎片。
2. 如請求項1所述之方法，其中所述第一電極包含一正極集流體和塗佈於所述正極集流體的一正極活性材料塗層，所述第二電極包含一負極集流體，以及所述隔離膜包含高分子材料。
3. 如請求項1所述之方法，其中所述多孔導流板呈圓板型，所述管體呈圓管狀，且所述多孔導流板的直徑與所述管體的直徑相等。
4. 如請求項1所述之方法，其中所述多孔導流板具有相對的一第一平面和一第二平面，所述穿透孔各自從所述第一平面延伸至所述第二平面，所述穿透孔位於所述第二平面之中心，及/或圍繞所述第二平面之中心呈環狀排列，並形成複數圈，以及所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間具有一第一夾角，且所述第一夾角為大於0度且小於或等於90度。
5. 如請求項4所述之方法，其中所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角全部為90度。
6. 如請求項4所述之方法，其中各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且各圈的所述穿透孔的偏斜方向相同。
7. 如請求項4所述之方法，其中各圈的所述穿透孔的中心軸線各自與所述第二平面間之所述第一夾角為大於0度且小於90度，且相鄰2圈的所述穿透孔的偏斜方向相反。
8. 如請求項1所述之方法，其中所述篩網的所述上網口的截面積與所述下網口的截面積的比值為0.5至0.9。
9. 如請求項1所述之方法，其中所述多孔導流板與所述篩網間的距離與所述管體的直徑的比例為0.5倍至1.5倍。
10. 一種浮選系統，包含： 一浮選裝置，包含一管體、一多孔導流板和一篩網，其中所述管體具有相對之一下開口和一上開口，所述多孔導流板和所述篩網容置於所述管體內，所述多孔導流板設於所述下開口和所述篩網之間；所述多孔導流板開設成型有複數穿透孔，所述穿透孔之孔的總截面積與所述多孔導流板之輪廓截面積的比值為0.09至0.14；所述篩網具有相對的一下網口和一上網口、貫通所述下網口和所述上網口之一軸向通道，以及從所述下網口延伸並內縮至所述上網口的一外側壁；所述上網口朝向所述管體的所述上開口，所述上網口的截面積小於所述管體的截面積；以及所述外側壁與所述管體形成一容置空間；以及 一流體供應單元，用於提供一流體，以使所述流體從所述管體的所述下開口通入所述管體，並依序通過所述多孔導流板和所述篩網。
11. 如請求項10所述之浮選系統，其中所述流體供應單元包含一流體調整器。

Images