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CN107978815B - 废旧动力电池的预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于资源循环利用技术领域，具体涉及一种废旧动力电池的预处理方法。将废旧动力电池进行破碎，破碎后在贫氧炉中进行焙烧；破碎和焙烧过程中产生的气体依次通过富氧高温燃烧、纯水喷淋、纯水池吸收、化学池吸收和脱硝处理，净化后的尾气达标排放；焙烧后的废旧动力电池进行第二次粉碎，最后经两重分选分离出电池材料、金属和有机碳化物。本发明工艺简单，环境友好；解决了有机物和电解液中的有害元素挥发到空气中造成污染的问题，同时增加后续的浸出效率，提高生产效率，降低生产成本；将磁力分选与旋风分级相结合，并单独进行单独旋风分级，降低分级功耗，设备简单可靠，具有较高的经济价值，能够实现预处理材料的直接利用。

Description

废旧动力电池的预处理方法
技术领域
本发明属于资源循环利用技术领域，具体涉及一种废旧动力电池的预处理方法。
背景技术
据中国汽车研究中心评估，到2020年，中国报废的动力电池会达到20万吨。报废动力电池不仅含有大量的金属，也含有一定数量的有机物，有机物中含有一定比例的S、F、P、Cl等元素，存在的形式为固体和液体，物理性质差异也很大；水系动力电池的有机物在空气中能稳定存在，但却影响湿法处理的效果，需要预先分离出来才行，处理不当也会产生大量有毒气体；而有机动力电池的有机物，部分在空气中会助燃，并挥发出大量有毒气体，常规处理很难避免有毒气体释放，还会对生产作业环境产生很大的影响。
在废旧动力电池回收工艺流程中，一般采用拆解、粉碎、浸出、除铁、P204萃取、P507萃取、树脂深度除杂、电积等工艺，整个工艺流程没有考虑有机物、电解液的处理，会造成严重的二次污染，为废旧动力电池回收的绿色环保，传统的预处理方法一般将电池冷冻后回收电解液，或直接进行高温煅烧分解电解液和有机物。
上述两种预处理方法为目前现有技术的做法，前者需要消耗大量的制冷能耗，还需要特殊规格的装备，后者会产生大量的气体，回收试剂消耗量大，都会造成预处理成本大幅度增加，同时造成电池材料烧结固化后，降低后续浸出效率，可能对生产组织造成影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种废旧动力电池的预处理方法，工艺简单，环境友好，解决有机物和电解液中的有害元素挥发到空气中造成污染的问题，同时增加后续的浸出效率，提高生产效率，降低生产成本，分级功耗低，具有较高的经济价值，实现预处理材料的直接利用。
本发明所述的废旧动力电池的预处理方法，包括以下步骤：
(1)将废旧动力电池进行破碎，破碎后在贫氧炉中进行焙烧；
(2)破碎和焙烧过程中产生的气体依次通过富氧高温燃烧、纯水喷淋、纯水池吸收、化学池吸收和脱硝处理，净化后的尾气达标排放；
(3)焙烧后的废旧动力电池进行第二次粉碎，最后经两重分选分离出电池材料、金属和有机碳化物。
其中：
废旧动力电池为镍氢动力电池、电容型动力电池或锂离子动力电池。步骤(1)优选为先将废旧动力电池分类后进行破碎，对废旧动力电池分类，有利于破碎。
步骤(1)中破碎至粒径为5～10mm；步骤(3)中第二次粉碎至粒径为1～2mm。
将废旧动力电池进行破碎为：将废旧动力电池通过自动输送机送入呈负压的破碎机中进行破碎，负压优选为-100Pa～-300Pa。废旧动力电池在破碎的时候，会挥发一定的气体，部分电池带的电量在破碎过程中会瞬间释放，应发火星，甚至引燃可燃物，造成气体量增加，气体中的成分含有一定量的有毒气体和夹杂电解液与电池材料，具有一定的毒性，破碎机内部呈现负压，可以防止破碎过程中产生的气体外泄，通过负压将产生的气体引入富氧高温燃烧区，进行充分燃烧。
在贫氧炉中进行焙烧为低温焙烧，低温焙烧温度为300～450℃，焙烧时间为20～30min。
当废旧动力电池为镍氢动力电池或电容型动力电池时，焙烧温度为300℃，但极片比较厚，焙烧时间偏长，优选30min。
在贫氧炉炉焙烧可以最大限度地降低气体产生量，并使有机物以碳化物的形式存在，避免尾气中CO2含量过高，较高的CO2在后续的化学池中消耗大量化学试剂，增加生产成本。产生的气体在经过纯水喷淋之前，进行富氧高温燃烧，主要作用一是将气体中CO转化为CO2，二是将气体中的硫化物充分转化为SO3，富氧高温燃烧的条件为：氧气含量为40～55％，温度为800～870℃，时间为30～60s。再经纯水喷淋、纯水池吸收硫化物和磷化物，化学池吸收前面两道工序未吸收完全的硫化物和磷化物，化学池内化学试剂为氢氧化钙和氢氧化钠，氢氧化钠的质量分数为氢氧化钙的3～5％。尾气中还含有一定量的氮氧化物，通过脱硝装置进行脱销，尾气实现达标排放。
两重分选为磁力分选和旋风分选，具体为：经磁力分选得到非磁性材料和磁性材料，将非磁性材料经旋风分选分离出有机碳化物和电池材料，将磁性材料经旋风分选分离出金属和电池材料。焙烧后的材料，比重差异很大，如果只采用旋风分级，需要多级才能分离，且中间分出来的成分存在很大的混合比例。而先经磁力分选，可以直接分选磁性材料和非磁性材料，磁性材料和非磁性材料再分别进行旋风分选，缩减分级次数，分离效果好，效率高。
动力电池通常采用钢壳，分离出的金属作为废旧金属，可以作为废铁直接销售。而电池材料经过焙烧和分离后，纯度和化学活性都高，可以做为后续溶解工序的原材料，直接进入后续浸出，溶解时间可以大为缩短；有机碳化物经压缩后作为木炭燃料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的处理方法，工艺简单，环境友好；解决了有机物和电解液中的有害元素挥发到空气中造成污染的问题，同时增加后续的浸出效率，提高生产效率，降低生产成本。
(2)本发明将磁力分选与旋风分级相结合，并单独进行单独旋风分级，降低分级功耗，设备简单可靠，具有较高的经济价值，能够实现预处理材料的直接利用。
附图说明
图1是本发明所述的废旧动力电池的预处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
将分类出来的废旧镍氢动力电池，通过自动输送机送入呈负压的破碎机，负压为-100Pa，破碎成5～10mm的电池进入贫氧炉中进行低温焙烧，低温焙烧温度300℃，焙烧时间30min。破碎和焙烧过程中产生的气体，依次通过富氧高温燃烧、纯水喷淋、纯水池吸收、化学池吸收和脱硝处理，净化后的尾气经检测达标后排放，富氧高温燃烧的条件为：氧气含量为40～55％，温度为800℃，时间为60s，低温焙烧后的废旧电池进入二级粉碎机进行粉碎，粉碎至粒径为1～2mm，通过磁力分选出无磁性材料和磁性材料，磁性材料和非磁性材料分别进行旋风分选分离。分选分离出的金属直接作为废铁进行销售，电池材料作为后续溶解工序的原材料，有机碳化物经压缩后可以作为木炭燃料。
该方法适合于废旧镍氢动力电池的预处理，经此处理后，有机物中的S、Cl、N预先去除，去除率达到99.6％，且电池活性材料因为有机物的碳化，与集流体的附着力大为下降，稍微振动就剥离。此外，预处理后，电池材料的水分含量小于0.2％，后续两重分选过程中，粘附性小，分离出来的金属部件只需纯水冲洗一次即可，冲洗液和电池材料一同进入溶解槽，溶解效率大为提高，由原先的24h降低为7h。
实施例2：
将分类出来的废旧电容型动力电池，通过自动输送机送入呈负压的破碎机，负压为-300Pa，破碎成5～10mm的的电池分成进入贫氧炉中进行低温焙烧，低温焙烧温度400℃，焙烧时间25min。破碎和焙烧过程中产生的气体，依次通过富氧高温燃烧、纯水喷淋、纯水池吸收、化学池吸收和脱硝处理，净化后的尾气经检测达标后排放，富氧高温燃烧的条件为：氧气含量为40～55％，温度为850℃，时间为50s，低温焙烧后的废旧电池进入二级粉碎机进行粉碎，粉碎至粒径为1～2mm，通过磁力分选出无磁性材料和磁性材料，磁性材料和非磁性材料分别进行旋风分选分离。分选分离出的金属直接作为废铁进行销售，电池材料作为后续溶解工序的原材料，有机碳化物经压缩后可以作为木炭燃料。
该方法适合于废旧电容型动力电池的预处理，经此处理后，有机物中的S、F、N预先去除，去除率达到99.4％，且电池活性材料因为有机物的碳化，与集流体的附着力大为下降，稍微振动就剥离。此外，预处理后，电池材料的水分含量小于0.15％，后续两重分选过程中，粘附性小，分离出来的金属部件只需纯水冲洗一次即可，冲洗液和电池材料一同进入溶解槽，溶解效率大为提高，由原先的24h降低为8h。
实施例3：
将分类出来的废旧锂离子动力电池，通过自动输送机送入呈负压的破碎机，负压为-200Pa，破碎成5～10mm的的电池分成进入贫氧炉中进行低温焙烧，低温焙烧温度450℃，焙烧时间20min。破碎和焙烧过程中产生的气体，依次通过富氧高温燃烧、纯水喷淋、纯水池吸收、化学池吸收和脱硝处理，净化后的尾气经检测达标后排放，富氧高温燃烧的条件为：氧气含量为40～55％，温度为820℃，时间为35s，低温焙烧后的废旧电池进入二级粉碎机进行粉碎，粉碎至粒径为1～2mm，通过磁力分选出无磁性材料和磁性材料，磁性材料和非磁性材料分别进行旋风分选分离。分选分离出的金属直接作为废铁进行销售，电池材料作为后续溶解工序的原材料，有机碳化物经压缩后可以作为木炭燃料。
该方法适合于废旧锂离子动力电池的预处理，经此处理后，有机物中的S、Cl、F、P、N预先去除，去除率达到99.4％，且电池活性材料因为有机物的碳化，与集流体的附着力大为下降，稍微振动就剥离。此外，预处理后，电池材料的水分含量小于0.1％，后续两重分选过程中，粘附性小，分离出来的金属部件只需纯水冲洗一次即可，冲洗液和电池材料一同进入溶解槽，溶解效率大为提高，由原先的24h降低为8h。

Claims (7)

1.一种废旧动力电池的预处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将废旧动力电池在负压条件下进行破碎，破碎后在贫氧炉中进行焙烧；
(2)破碎和焙烧过程中产生的气体依次通过富氧高温燃烧、纯水喷淋、纯水池吸收、化学池吸收和脱硝处理，净化后的尾气达标排放；
(3)焙烧后的废旧动力电池进行第二次粉碎，最后经两重分选分离出电池材料、金属和有机碳化物；
其中：
在贫氧炉中进行焙烧为低温焙烧，低温焙烧温度为300～450℃，焙烧时间为20～30min；
富氧高温燃烧的条件为：氧气含量为40～55％，温度为800～870℃，时间为30～60s；
两重分选为：经磁力分选得到非磁性材料和磁性材料，将非磁性材料经旋风分选分离出有机碳化物和电池材料，将磁性材料经旋风分选分离出金属和电池材料。
2.根据权利要求1所述的废旧动力电池的预处理方法，其特征在于：废旧动力电池为镍氢动力电池、电容型动力电池或锂离子动力电池。
3.根据权利要求1所述的废旧动力电池的预处理方法，其特征在于：步骤(1)中破碎至粒径为5～10mm；步骤(3)中第二次粉碎至粒径为1～2mm。
4.根据权利要求1所述的废旧动力电池的预处理方法，其特征在于：将废旧动力电池进行破碎为：将废旧动力电池通过自动输送机送入呈负压的破碎机中进行破碎，负压为-100Pa～-300Pa。
5.根据权利要求1所述的废旧动力电池的预处理方法，其特征在于：当废旧动力电池为镍氢动力电池或电容型动力电池时，焙烧温度为300℃，焙烧时间为30min。
6.根据权利要求1所述的废旧动力电池的预处理方法，其特征在于：化学池内化学试剂为氢氧化钙和氢氧化钠，氢氧化钠的质量分数为氢氧化钙的3～5％。
7.根据权利要求1所述的废旧动力电池的预处理方法，其特征在于：分离出的金属直接作为废铁进行销售，电池材料作为后续溶解工序的原材料，有机碳化物经压缩后作为木炭燃料。
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