一种废旧锂电池热解废气中氟资源回收装置及方法与流程

本发明属于资源回收，尤其涉及一种废旧锂电池热解废气中氟资源回收装置及方法。

背景技术：

1、废旧锂电池在热解处理过程中，聚偏氟乙烯黏结剂等含氟组分受热分解，释放出氟化氢气体。传统碱液喷淋吸收工艺仅实现气态氟向液相的简单转移，所得含氟废液成分高度复杂，其中铝离子源自电池外壳或集流体的腐蚀产物，铵离子则来自电解液添加剂的热解残留。铝、铵离子与氟离子相互作用，形成多级氟铝络合物体系，例如、至等稳定络合物，同时体系呈现强酸碱缓冲特性。这种复杂环境导致直接加钙沉淀时，结晶过饱和度难以稳定维持：过饱和度波动引发氟化钙晶体非均匀生长，产品粒度细小、杂质夹杂严重，固液分离效率低下，无法获得高纯度氟化钙资源。现有回收技术普遍依赖单一离子浓度或固定ph值监测，采用恒定沉淀剂投加速率，既无法动态解析液相中游离氟离子与氟铝络合物的分布状态，也不能补偿体系缓冲容量变化对沉淀过程的干扰。当废气流量或成分发生波动时，沉淀过程失控，造成氟回收率不稳定与产品品质劣化，难以满足工业级氟资源再利用要求。因此，迫切需要开发一种能够实时量化液相氟形态分布、动态适应缓冲体系变化并精确调控结晶过饱和度的回收方法。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种废旧锂电池热解废气中氟资源回收装置及方法，旨在解决至少一个上述问题。

2、本发明是这样实现的，一种废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，包括以下步骤：步骤s10，将热解废气通入吸收系统中进行捕集，确立进入结晶反应器的液相初始总氟、总铝及总铵浓度的边界数据；步骤s20，基于沉淀剂的投加状态实时更新结晶反应器内的瞬时总氟浓度，并结合体系实时ph值，自适应解析体系内的游离氟离子浓度及氟铝络合物总浓度；步骤s30，依据反应体系内游离物种分布状态，动态计算体系的瞬时总酸碱缓冲容量，构建前馈控制增益修正系数；步骤s40，结合实时监测的钙离子活度与解析的游离氟离子浓度计算结晶动态过饱和度，并耦合所述前馈控制增益修正系数，自适应调节沉淀剂的目标投加流速；步骤s50，依据目标投加流速与动态过饱和度，调节结晶反应器搅拌转速以匹配流体剪切能量耗散率，控制晶体生长并完成固液分离。

3、进一步的技术方案，在所述步骤s10中，液相初始总氟浓度的边界数据通过气液传质动力学模型解析获得；所述气液传质动力学模型以废气与吸收液的体积流量为基准，并耦合吸收设备的相间传质特性及气液有效接触参数，表征氟化物从气相向液相传递的浓度衰减逼近关系。

4、进一步的技术方案，在所述步骤s20中，结晶反应器内的瞬时总氟浓度基于考虑了沉淀剂稀释效应的连续物料衡算方程实时更新；游离氟离子浓度通过多组分非线性化学平衡模型解析求解，所述非线性化学平衡模型建立了瞬时总氟浓度与游离氟离子浓度的映射关系，且映射关系同步耦合了体系内弱酸的分级电离平衡响应以及金属与氟离子的多级配位络合平衡响应；氟铝络合物总浓度基于总铝浓度与各级氟铝络合物累积浓度稳定常数的分布系数函数计算获得。

5、进一步的技术方案，在所述步骤s30中，瞬时总酸碱缓冲容量由质子交换守恒导数模型表征，导数模型将体系水的离子积解离、铵盐的酸解离以及氟铝络合物的等效水解对体系氢离子浓度的变化率进行加和求导计算；前馈控制增益修正系数为包含瞬时总酸碱缓冲容量与体系当前氢离子浓度的无量纲非线性增益函数。

6、进一步的技术方案，在所述步骤s40中，结晶动态过饱和度由体系实时钙离子活度、解析的游离氟离子浓度以及目标产物的浓度溶度积常数共同决定的热力学状态函数表征；沉淀剂的目标投加流速由复合控制模型确定，该复合控制模型包括用于消除实际总氟与目标残留总氟偏差的化学计量需求项，以及基于结晶动态过饱和度构建的自发成核动力学补偿项；前馈控制增益修正系数作为乘法因子作用于所述复合控制模型。

7、进一步的技术方案，在所述步骤s50中，结晶反应器的搅拌转速通过晶体线性生长匹配模型确定；匹配模型将结晶动态过饱和度所表征的宏观热力学驱动力，与由搅拌桨几何结构及转速决定的微观流体剪切能量耗散率进行非线性解耦耦合，使得转速提供的混合流场剪切力与当前的晶体生长速率相匹配。

8、进一步的技术方案，步骤s10中的初始总铝及总铵浓度由预设的软测量关联模型动态提供；结晶反应器内部存在因液体积存造成的稀释效应时，通过引入循环液流量比对瞬时总铝浓度进行实时补偿修正。

9、进一步的技术方案，体系ph值由耐氢氟酸型在线ph计连续反馈；体系钙离子活度由在线钙离子选择性电极测定，测定信号均经一阶惯性滤波处理；固液分离通过微孔旋流分离器进行，底流氟化钙晶体排出，溢流上清液作为循环吸收液泵送回系统。

10、进一步的技术方案，全流程由内置处理器的自动控制系统执行，针对步骤s20的质量守恒非线性方程，控制系统采用牛顿-拉夫逊迭代算法近似求根，利用上一周期的计算值作为本控制周期的启动迭代初值，以消除代数环死锁。

11、一种废旧锂电池热解废气中氟资源回收装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。

12、相比于现有技术，本发明的有益效果：

13、1.本发明打破了传统单一离子浓度或固定ph反馈控制的局限，通过多组分非线性化学平衡模型实时解析真实游离氟浓度，并创新性地利用瞬时总酸碱缓冲容量构建前馈控制增益修正系数。该机制能够提前补偿铝铵共存体系带来的非线性缓冲扰动，实现复杂液相状态下沉淀剂流速的精准、自适应调节。

14、2.本发明将表征宏观化学驱动力的动态过饱和度模型，与决定微观物理流场的流体剪切能量耗散率模型进行深度非线性解耦耦合。通过匹配晶体线性生长速率精确控制搅拌转速，有效抑制了二次成核与晶体团聚，促进了高纯度大粒径氟化钙晶体的均匀生长，从根本上攻克了产物粒度细小、固液分离困难的工艺瓶颈。

15、3.本发明控制系统内置牛顿-拉夫逊迭代算法，通过利用上一周期状态作为启动初值，彻底消除了复杂质量守恒方程组求解过程中的代数环死锁风险；配合数据滤波与软测量补偿技术，大幅增强了系统抵抗废气流量与成分波动的鲁棒性，确保了氟资源回收过程的高效、连续且稳定运行。

1.一种废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，在所述步骤s10中，液相初始总氟浓度的边界数据通过气液传质动力学模型解析获得；

3.根据权利要求2所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，在所述步骤s20中，结晶反应器内的瞬时总氟浓度基于考虑了沉淀剂稀释效应的连续物料衡算方程实时更新；

4.根据权利要求3所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，在所述步骤s30中，瞬时总酸碱缓冲容量由质子交换守恒导数模型表征，导数模型将体系水的离子积解离、铵盐的酸解离以及氟铝络合物的等效水解对体系氢离子浓度的变化率进行加和求导计算；

5.根据权利要求3所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，在所述步骤s40中，结晶动态过饱和度由体系实时钙离子活度、解析的游离氟离子浓度以及目标产物的浓度溶度积常数共同决定的热力学状态函数表征；

6.根据权利要求5所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，在所述步骤s50中，结晶反应器的搅拌转速通过晶体线性生长匹配模型确定；

7.根据权利要求1所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，步骤s10中的初始总铝及总铵浓度由预设的软测量关联模型动态提供；结晶反应器内部存在因液体积存造成的稀释效应时，通过引入循环液流量比对瞬时总铝浓度进行实时补偿修正。

8.根据权利要求1所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，体系ph值由耐氢氟酸型在线ph计连续反馈；体系钙离子活度由在线钙离子选择性电极测定，测定信号均经一阶惯性滤波处理；

9.根据权利要求1所述的废旧锂电池热解废气中氟资源回收方法，其特征在于，全流程由内置处理器的自动控制系统执行，针对步骤s20的质量守恒非线性方程，控制系统采用牛顿-拉夫逊迭代算法近似求根，利用上一周期的计算值作为本控制周期的启动迭代初值，以消除代数环死锁。

10.一种废旧锂电池热解废气中氟资源回收装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。