一种废旧锂电池全组分回收再利用的方法与流程

1.本发明涉及锂电池的回收利用，特别涉及一种废旧锂电池全组分回收再利用的方法。


背景技术：

2.随着新能源领域的蓬勃发展，锂电池回收成为该领域不可或缺的一个重要环节，目前市场上的工艺是采用盐水放电、多级破碎，再通过重力分选工艺回收锂电池中的有价成分。该工艺存在以下问题：(1)盐水放电过程放电周期长，水体污染严重。(2)生产现场黑粉跑冒严重，电解液气味浓厚，生产环境差。(3)采用多级破碎、磨粉工艺剥离极粉，导致极粉回收率、品位偏低，铜铝相互掺杂，无法分离。(4)电解液未处理，铝箔磨成粉末，都存在安全隐患。针对这些问题，本发明提供了一种废旧锂电池全组分回收再利用的方法，在安全环保的前提下，实现废旧锂电池回收的高回收率、高品位。


技术实现要素：

3.针对现有废旧锂电池回收工艺的缺陷，本发明提供一种废旧锂电池全组分回收再利用的方法，在安全环保的前提下，实现废旧锂电池回收的高回收率、高品位。
4.为了实现上述目的，本发明提供的一种废旧锂电池全组分回收再利用的方法，包括如下步骤：
5.(1)废旧锂离子电池通过自动上料装置运输到破碎机；
6.(2)采用带电破碎工艺，在绝氧和密闭的环境下，将废旧锂离子电池剪切破碎，使电池的外壳、隔膜、正负极片充分分散，无包裹；
7.(3)破碎后的物料在绝氧和密闭的环境下低温挥发，将电解液挥发，解决电解液的燃爆风险；
8.(4)低温挥发后的物料通过风选工艺进行分离，分别得到隔膜、正负极片、柱头及外壳等，经过清洗后分类储存；
9.(5)分选出的正负极片在绝氧和密闭的环境下高温热解，将极片上的有机成分(包括粘黏剂、残留的电解液和隔膜等)热解，使得正负极片上的极粉更容易剥离；
10.(6)热解后的物料通过筛分预先分离已脱落极粉，然后剥离极片上的极粉，实现铜铝箔和正负极粉的分离；
11.(7)剥离极粉后的铜铝箔通过色选工艺进行分离，得到高纯度的铜箔和铝箔；
12.(8)带电破碎和低温挥发过程挥发的电解液气体、热解过程产生的热解尾气集中一起处理，通过高温焚烧、急冷、收尘、水洗和碱洗工艺处理后，达标排放。
13.进一步地，步骤(2)中，进行破碎时，破碎腔内的氧含量控制在0％～5％；破碎后的物料充分分散、不包裹，物料成片状，粒径15-40mm，物料温度≤45℃。
14.进一步地，步骤(3)中，通过通入惰性气体达到绝氧目标，惰性气体包括n2、co2和氩气。低温挥发时间0.5-1h，挥发温度100-150℃，低温挥发炉内氧含量控制在0％～5％。
15.进一步地，步骤(4)中，通过一次风选将隔膜分选出来，然后再通过二次风选将正、负极片分选出来，剩下的重物料包括外壳、柱头等，分选得到的隔膜、柱头及外壳分别进行清洗，然后分类储存。
16.进一步地，步骤(5)中，通过通入惰性气体达到绝氧目标，惰性气体包括n2、co2、氩气等。高温热解时间0.5-1h，热解温度500-550℃，高温热解炉内氧含量控制在0％～5％。避免铜铝氧化、防控二恶英产生，同时避免有机气体燃爆风险。
17.进一步地，步骤(6)中，极粉剥离包括两种工艺：一种为干法剥离，通过气流剥离机，通过摩擦打散的方式将极粉剥离，然后通过气流分级将极粉与铜铝箔分开。极粉回收率96％-98％，品位96％-98％；另一种为湿法剥离，通过稀酸轻度腐蚀铜铝箔表面，达到剥离效果，然后通过筛分、压滤得到湿极粉，铜铝箔烘干后进入下一道工序。极粉回收率97％-99％，品位97％-99％。
18.进一步地，步骤(7)中，通过两次色选，将铜铝箔分离。铜铝分离率99％，产品纯度99％。
19.进一步地，步骤(8)中，高温焚烧温度保持850℃-1200℃，焚烧时间1-2s，将有机废气和二恶英等有害成分彻底氧化成co2和h2o，有机物去除率99.99％。焚烧后的尾气通过喷淋大量水雾将温度急速冷却至200℃以下，防止二恶英的再次生成。冷却后的尾气通过水洗、碱洗净化尾气中的hf、so2等酸性气体，使得hf等进入水相，然后用钙盐沉降，回收氟资源。
20.相对现有技术，本发明的有益效果在于：
21.1、本发明实现废旧锂电池全组分回收，资源最大化，且各组分回收率高，产品纯度高。极粉回收率96％-98％，品位96％-98％；铜箔、铝箔回收率95％-98％，品位99％；外壳及柱头回收率95％-98％，品位95-98％。
22.2、本发明采用带电破碎工艺，解决锂电池放电周期长，水体污染严重等问题。同时破碎采用一次剪切破碎，破碎料粒度大，物料充分分散、无包裹，提高极粉回收率和品位。
23.3、本发明采用低温挥发和高温热解技术，彻底解决锂电池回收过程电解液燃爆问题。且各设备均设有收尘装置，确保生产过程无组织排放达标，实现生产过程安全环保。
24.4、本发明采用高温热解技术，彻底裂解极片上的粘黏剂，使得极粉更容易剥离，提高极粉回收率。
25.5、本发明采用干法或湿法剥离技术，在剥离时均不打碎铜铝箔，减少极粉中铜铝含量，解决行业中极粉品位低的问题，同时解决铝粉爆炸的安全隐患。
附图说明
26.图1为本发明的工艺流程框图。
具体实施方式
27.以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
28.实施例1
29.1)通过自动上料装置将报废磷酸铁锂电池运输至破碎机。
30.2)在使用腔体密封并充入氮气保护的剪切式破碎机中将带电的报废磷酸铁锂电池进行一次剪切破碎，破碎后物料粒度30mm。
31.3)破碎后的物料直接进入低温挥发炉挥发电解液，挥发在密封并充入氮气保护的转炉中进行，挥发时间1h，挥发温度120℃。
32.4)将低温挥发后的产物用振动筛先筛分出细粒物料，再用立式风选机两次风选出轻产物隔膜、正负极片，重产物外壳、桩头。
33.5)步骤4)分选出来的隔膜、外壳、柱头通过清洗装置清洗干净，然后烘干分类储存。清洗水定期压滤回收清洗水中的极粉。
34.6)步骤4)分选出来的正负极片通过给料装置输送到热解炉内，在密封并充入氮气保护的转炉中热解1h，热解温度500℃。将正负极片料中的粘黏剂、残留的电解液和隔膜裂解成co2和h2o。
35.7)热解后的正负极片通过振动筛筛分出已脱落的极粉，然后通过干法剥离机摩擦剥离，在不打碎铜铝箔的情况下将极粉剥离下来，极粉剥离率98％，极粉中铜铝含量2.5％。
36.8)剥离极粉后的铜铝箔经过色选机进行分选，将铜铝分离，分离率99％，铜箔、铝箔品位99％。
37.9)步骤2)3)6)产生的挥发电解液、热解废气通过二次燃烧，将有机废气完全氧化，燃烧温度1200℃，废气在燃烧室内停留时间3s。燃烧后的尾气通过急冷，在2s内冷却至200℃以下，冷却后的尾气通过水洗、碱洗等净化工艺处理后达标排放。
38.整个过程的极粉回收率96％，铜箔、铝箔回收率96％，外壳及柱头回收率96％。
39.实施例2
40.使用实施例1中的上料、破碎、低温挥发、多组分分选、热解工序处理废旧磷酸铁锂电池单体，得到的正负极片采用湿法剥离，使用质量分数为0.5％的稀硫酸浸泡5分钟，然后通过振动筛筛分、高压水清洗，筛下浆料通过压滤机压滤，得到湿极粉，滤液返回重新使用。筛上物烘干后处理工艺与实施例1相同。
41.最终得到的极粉品位98％，回收率98％；铜箔、铝箔品位99％，回收率97％；外壳及柱头品位99％，回收率96％。
42.实施例3
43.采用实施例1中的工艺过程处理废旧三元锂离子电池单体，最终得到的极粉品位96％，回收率96％；铜箔、铝箔品位99％，回收率96％；外壳及柱头品位99％，回收率96％。
44.实施例4
45.采用实施例2中的工艺过程处理废旧三元锂离子电池单体，最终得到的极粉品位98％，回收率98％；铜箔、铝箔品位99％，回收率98％；外壳及柱头品位99％，回收率98％。