发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种环保且电解液脱除干净的废锂电池电解液无害化脱除工艺。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:废锂电池电解液无害化脱除工艺,包括下述步骤:
步骤一,将锂电池撕碎;
步骤二,在封闭状态下,将电池碎片进行真空加热和水化分解脱液;
步骤三,通过真空泵将真空加热和水化脱液过程中电解液产生的分解气体进行冷凝,分离排除低沸点电解液;
步骤四,冷凝后的气体进行碱液喷淋脱除有害气体,气体中的五氟化磷、氟化氢与碱液反应生成无害化的氟化纳、磷酸盐产物;
步骤五,剩余气体最后通过活性炭吸附净化后排出。
由于采用了上述技术方案,废锂电池电解液无害化脱除工艺,在密封状态下,电解液产生的分解气体依次通过冷凝、碱液喷淋和活性炭吸附净化的处理,能够将分解气体中的五氟化磷、氟化氢有害气体清除掉,避免污染环境,解决了现有技术中存在的极片回收过程中有害气体外漏的问题。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种环保且电解液脱除干净的废锂电池电解液无害化脱除装置。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:废锂电池电解液无害化脱除装置,包括撕碎机,所述撕碎机的进料口连接有上料装置,所述撕碎机的出口处密封安装有真空加热/水解脱液装置,所述撕碎机的顶端出气端口通过抽气管道连接有气体过滤器,所述真空加热/水解脱液装置的出气端口也通过抽气管道连接所述气体过滤器,所述气体过滤器的出口端通过管道连接有气体冷凝器,所述气体冷凝器通过管道连接有碱液喷淋装置,所述气体冷凝器和所述碱液喷淋装置之间的管道上安装有真空泵,所述碱液喷淋装置的出气端口连接有活性炭吸附装置,所述活性炭吸附装置连接有剩余气体净化排放管;所述碱液喷淋装置上安装有喷淋液冷凝器,所述喷淋液冷凝器和所述气体冷凝器都连接有制冷机,所述气体冷凝器的底部连接液体收集密封容器。
作为一种优选的技术方案,所述真空加热/水解脱液装置包括真空加热脱液罐体,所述真空加热脱液罐体内安装有加热装置和温度/压力/湿度检测装置,所述真空加热脱液罐体还安装有液体喷淋装置和螺旋搅拌装置。
作为一种优选的技术方案,所述液体喷淋装置包括安装在所述真空加热脱液罐体一侧的液体箱,所述液体箱连接有伸入所述真空加热脱液罐体内的液体管,所述真空加热脱液罐体内安装有与所述液体管连接的喷淋管,所述喷淋管上安装有多个喷淋头;在所述真空加热脱液罐体内的最低部设置溶液收集容器。
作为一种优选的技术方案,所述撕碎机的出气端口处安装有负压吸附阀门,所述真空加热/水解脱液装置的出气端口处也安装有负压吸附阀门。
作为一种优选的技术方案,所述碱液喷淋装置包括碱液喷淋塔,所述碱液喷淋塔的底端连通有碱液循环箱,所述喷淋液冷凝器安装在所述碱液循环箱和所述碱液喷淋塔之间,所述碱液喷淋塔连接有气体循环装置。
作为一种优选的技术方案,所述气体循环装置包括分别与所述碱液喷淋塔顶端和底端连通的气体循环管,所述气体循环管上安装有管道风机。
作为一种优选的技术方案,所述活性炭吸附装置包括所述碱液喷淋装置的出气端口连通的活性炭箱,所述活性炭箱内设置有活性炭,所述活性炭箱的出气端口连接所述剩余气体净化排放管。
由于采用了上述技术方案,废锂电池电解液无害化脱除装置,包括撕碎机,所述撕碎机的进料口连接有上料装置,所述撕碎机的出口处密封安装有真空加热/水解脱液装置,所述撕碎机的顶端出气端口通过抽气管道连接有气体过滤器,所述真空加热/水解脱液装置的出气端口也通过抽气管道连接所述气体过滤器,所述气体过滤器的出口端通过管道连接有气体冷凝器,所述气体冷凝器通过管道连接有碱液喷淋装置,所述气体冷凝器和所述碱液喷淋装置之间的管道上安装有真空泵,所述碱液喷淋装置的出气端口连接有活性炭吸附装置,所述活性炭吸附装置连接有剩余气体净化排放管;所述碱液喷淋装置上安装有喷淋液冷凝器,所述喷淋液冷凝器和所述气体冷凝器都连接有制冷机,所述气体冷凝器的底部连接液体收集密封容器;将撕碎得到的大块极片中残留的六氟磷酸锂、碳酸脂类有机物电解液及分解的有害气体通过气体冷凝器液化排除和碱液清洗吸收干净,并将排放的空气净化处理;杜绝或减少了废锂电池回收过程中的废气释放,解决了现有技术中存在的极片回收过程中有害气体外漏的问题。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种环保且电解液脱除干净的废锂电池电解液无害化脱除装置的使用方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:废锂电池电解液无害化脱除装置的使用方法,包括下述步骤:
步骤一,开启真空泵,通过上料装置将废锂电池单体或模块送入撕碎机内,撕碎后直接排入真空加热/水解脱液装置内,上料过程中真空加热/水解脱液装置保持室温状态,关闭真空加热/水解脱液装置出料口,撕碎机和真空加热/水解脱液装置均与真空泵保持管道连通状态;
步骤二,上料完毕后,关闭撕碎机的上料口,真空加热/水解脱液装置将物料加热到30~100度,然后向物料内喷淋碱液或水,均匀搅拌,使得碱液与电池碎片混合均匀;
步骤三,在60~80度条件下,真空加热/水解脱液装置内的水蒸汽、低沸点碳酸脂类溶剂通过气体过滤器滤掉固体颗粒,再经过冷凝器使之成为液态流至下部液体容器,大部脱去碳酸酯类低熔点油性溶剂,进入后续固体分离程序;
步骤四,真空加热/水解脱液装置内高温热分解和水化的沸点高的六氟磷酸锂气体及分解气体依次经过气体过滤器和冷凝器后进入碱液喷淋装置内,进行气水充分交换,反复喷淋吸收;通过六氟磷酸锂的湿化热解,产生的氢氟酸HF、磷酸与碱液的中和反应消除了常规破碎中产生的HF、PF5等有害气体;
步骤五,最后不能吸收的空气经过喷淋塔顶端的活性炭箱吸附净化后排出;
步骤六,脱液完成后,向真空加热脱液罐体内定量加注纯水,并均匀搅拌,罐内沉淀的氟化纳固体溶于水溶液中,由真空罐内底部的放水阀收集至相关容器。
作为一种优选的技术方案,在所述步骤二中,上料完毕后,在所述撕碎机的出气口端切断所述撕碎机与所述真空泵的连通。
由于采用了上述技术方案,废锂电池电解液无害化脱除装置的使用方法,本方法将撕碎得到的大块极片中残留的六氟磷酸锂、碳酸脂类有机物电解液通过碱液清洗干净,并将废气回收处理;杜绝或减少了废锂电池回收过程中的废气释放,解决了现有技术中存在的极片回收过程中有害气体外漏的问题。该废锂电池撕碎与电解液无害化脱除装置处理工艺合理,处理过程环境污染小,更有利于保证后续极片粉碎、回收过程中各物料的顺利分离。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,进一步阐述本发明。在下面的详细描述中,只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑,本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。
废锂电池电解液无害化脱除工艺,包括下述步骤:
步骤一,将锂电池撕碎;
步骤二,在封闭状态下,将电池碎片进行真空加热和水化分解脱液;
步骤三,通过真空泵将真空加热和水化脱液过程中电解液产生的分解气体进行冷凝,分离排除低沸点电解液;
步骤四,冷凝后的气体进行碱液喷淋脱除有害气体,气体中的五氟化磷、氟化氢与碱液反应生成无害化的氟化纳、磷酸盐产物;
步骤五,剩余气体最后通过活性炭吸附净化后排出。
废锂电池电解液无害化脱除工艺,在密封状态下,电解液产生的分解气体依次通过冷凝、碱液喷淋和活性炭吸附净化的处理,能够将分解气体中的五氟化磷、氟化氢有害气体清除掉,避免污染环境,解决了现有技术中存在的极片回收过程中有害气体外漏的问题。
如图1和图2所示,废锂电池电解液无害化脱除装置,包括撕碎机21,所述撕碎机21的进料口连接有上料装置,所述撕碎机21的出口处密封安装有真空加热/水解脱液装置,所述撕碎机21的顶端出气端口通过抽气管道连接有气体过滤器23,所述真空加热/水解脱液装置的出气端口也通过抽气管道连接所述气体过滤器23,所述撕碎机21的出气端口处安装有负压吸附阀门(图中未示出),所述真空加热/水解脱液装置的出气端口处也安装有负压吸附阀门。所述气体过滤器23的出口端通过管道连接有气体冷凝器24,所述气体冷凝器24通过管道连接有碱液喷淋装置,所述气体冷凝器24和所述碱液喷淋装置之间的管道上安装有真空泵27,所述碱液喷淋装置的出气端口连接有活性炭吸附装置,所述活性炭吸附装置连接有剩余气体净化排放管28;所述碱液喷淋装置上安装有喷淋液冷凝器26;所述喷淋液冷凝器26和所述气体冷凝器24都连接有制冷机25。所述气体冷凝器24的底部连接液体收集密封容器。
所述上料装置包括上料架11,所述上料架11上安装有上料输送带12,所述上料输送带12上排列安装有多个上料小车13,所述上料架11的底端安装有上料斗14。
所述真空加热/水解脱液装置包括真空加热脱液罐体22,所述真空加热脱液罐体22内安装有加热装置和温度/压力/湿度检测装置,所述真空加热脱液罐体22还安装有液体喷淋装置和螺旋搅拌装置。所述液体喷淋装置包括安装在所述真空加热脱液罐体22一侧的液体箱31,所述液体箱31连接有伸入所述真空加热脱液罐体22内的液体管32,所述真空加热脱液罐体22内安装有与所述液体管32连接的喷淋管,所述喷淋管上安装有多个喷淋头。所述加热装置、温度检测装置和螺旋搅拌装置均属于本领域常用的设备,其工作原理和结构对于本领域技术人员来说是公知常识,这里不再赘述。在所述真空加热脱液罐体22内的最低部设置溶液收集容器
所述碱液喷淋装置包括碱液喷淋塔41,所述碱液喷淋塔41的底端连通有碱液循环箱42,所述喷淋液冷凝器26安装在所述碱液循环箱42和所述碱液喷淋塔41之间,所述碱液喷淋塔41连接有气体循环装置。所述气体循环装置包括分别与所述碱液喷淋塔41顶端和底端连通的气体循环管51,所述气体循环管51上安装有管道风机52。
所述活性炭吸附装置包括所述碱液喷淋装置的出气端口连通的活性炭箱6,所述活性炭箱6内设置有活性炭,所述活性炭箱6的出气端口连接所述剩余气体净化排放管28。
本废锂电池电解液无害化脱除装置的主要部件功能介绍:
1、上料装置:负责将废锂电池模块或单体送入撕碎机21;
2、撕碎机21:负责废锂电池的撕碎,使电池破碎至2~8厘米大块片状,有利于脱去所含的电解液;
3、真空加热脱液罐体22:具有室温至100度范围内的温控加热、喷洒水雾、螺旋搅拌、真空脱气功能。被撕碎的锂电碎块,当温度达到60~80度时,均匀定量喷洒纯水或碱水,电池碎片中的六氟磷酸锂、碳酸酯类发生热解、水解和气化;
4、气体过滤器23:过滤抽出气体可能含的固体物,保护真空泵27运行;
5、气体冷凝器24和喷淋水冷凝器:将从真空加热脱液罐体22抽出的高温气体进行冷凝液化,分离大部分碳酸酯类电解液溶剂,喷淋水冷凝器主要作用是给碱液喷淋塔41内的喷淋碱液降温;
6、真空泵27:为将真空加热脱液罐体22内部产生的废气抽离罐体提供负压动力,将废气送入碱液喷淋塔41;撕碎机21通过气体过滤器23和气体冷凝器24与真空泵27连通,所以真空泵27也能够为撕碎机21提供负压,使得撕碎机21里面产生的有害气体在负压作用下被运送到碱液喷淋塔41中;
7、碱液喷淋塔41:将真空加热脱液罐体22和撕碎机21中抽出的含有五氟化磷、氟化氢的气体送至气水交换的碱液喷淋塔41,并通过氢氧化钠碱液的反复吸收生成无害化的氟化纳、磷酸盐产物,内含空气成分再经过活性炭吸附装置后无毒排放;
8、活性炭吸附装置:将碱液喷淋塔41送来的亚洁净空气再次吸收,并排放无毒洁净空气。
本装置将撕碎得到的大块极片中残留的六氟磷酸锂、碳酸脂类有机物电解液通过碱液清洗干净,并将废气回收处理;杜绝或减少了废锂电池回收过程中的废气释放,解决了现有技术中存在的极片回收过程中有害气体外漏的问题。
如图3所示,废锂电池电解液无害化脱除装置的使用方法,包括下述步骤:
步骤一,开启真空泵27,通过上料装置将废锂电池单体或模块送入撕碎机21内,撕碎后直接排入真空加热/水解脱液装置内,上料过程中真空加热/水解脱液装置保持室温状态,关闭真空加热/水解脱液装置出料口,撕碎机21和真空加热/水解脱液装置均与真空泵27保持管道连通状态;
步骤二,上料完毕后,关闭撕碎机21的上料口,关闭安装撕碎机21出气口端的负压吸附阀门,切断所述撕碎机21与所述真空泵27的连通,真空加热/水解脱液装置将物料加热到30~100度,然后向物料内喷淋碱液或水,均匀搅拌,使得碱液与电池碎片混合均匀;
步骤三,在60~80度条件下,真空加热/水解脱液装置内的水蒸汽、低沸点碳酸脂类溶剂通过气体过滤器23滤掉固体颗粒,再经过冷凝器使之成为液态流至下部液体容器,大部脱去碳酸酯类低熔点油性溶剂,进入后续固体分离程序;
步骤四,真空加热/水解脱液装置内高温热分解和水化的沸点高的六氟磷酸锂气体及分解气体依次经过气体过滤器23和冷凝器后进入碱液喷淋装置内,进行气水充分交换,反复喷淋吸收;通过六氟磷酸锂的湿化热解,产生的氢氟酸HF、磷酸与碱液的中和反应消除了常规破碎中产生的HF、PF5等有害气体;
步骤五,最后不能吸收的空气经过喷淋塔顶端的活性炭箱6吸附净化后排出;
步骤六,脱液完成后,向真空加热脱液罐体内定量加注纯水,并均匀搅拌,罐内沉淀的氟化纳固体溶于水溶液中,由真空罐内底部的放水阀收集至相关容器。
废旧锂电池无害化和资源化回收利用在我国已经迫在眉睫,不少大学和研究院目前仅停留在理论和实验室试验阶段。本申请的课题组以废旧锂电池无害化、资源化和产业化回收利用为重点进行实际研发,该生产线采用真空热解和水解脱液(脱六氟磷酸锂)和清洁式粉碎分离为主要技术手段,可将放电处理后的废旧锂电池模块直接进入生产线,最后分离出电池外壳碎片、隔膜碎片、铜铝箔碎粒和正负极片涂粉(黑粉),生产线加装废锂电池电解液无害化脱除装置后,生产线无有害水、气和粉尘排放。
脱除电解液过程如下:
1、通过上料装置将废锂电池单体或模块送入撕碎机21内,撕碎后直接排入真空加热脱液罐体22内,并且撕碎机21在撕碎加料过程中,可能产生的含有电解液的气体通过撕碎机21顶端的管道,将气体抽入碱液喷淋塔41中脱毒处理。上料过程中真空加热脱液罐体22保持室温状态,关闭真空加热脱液罐体22出料口,开通真空加热脱液罐体22与抽真空管道连接的负压吸附阀门,开启撕碎机21顶部的负压吸附阀门,使电池撕碎过程中和真空加热脱液罐体22中产生的少量含电解液的废气,通过真空泵27直接送入碱液喷淋装置,进而进行脱毒处理。
2、上料完毕后,关闭撕碎机21上料口与撕碎机21顶部的负压吸附阀门,开启真空加热脱液罐体22内的加热装置,在缓慢反复搅拌的条件下,使电池碎片均匀加热至设定温度,设定温度范围为30~100度,再启动真空加热脱液罐体22内设置的液体喷淋装置,向罐体内喷入碱液(如NaOH溶液)或水,均匀搅拌,使得碱液与电池碎片混合均匀。此时,真空加热脱液罐体22内电解液发生的反应方程式为:
通过六氟磷酸锂的湿化热解,产生的氢氟酸HF、磷酸与碱液的中和反应消除了常规破碎中产生的HF、PF5等有害气体。
3、上料装置工作的同时开启真空泵27,真空加热脱液罐体22内温度60~80度条件下,水蒸汽、低沸点碳酸脂类溶剂通过气体过滤器23滤掉固体颗粒,再经过气体冷凝器24使之成为液态流至下部液体容器,这样大部脱去碳酸酯类低熔点油性溶剂,便于后续固体分离。
4、通过真空加热脱液罐体22内高温热分解和水化的六氟磷酸锂气体及分解气体,由于沸点高经过冷凝器后送至氢氧化钠溶液喷淋塔,进行气水充分交换,碱液喷淋塔41上端的气体经过管道风机52送至碱液喷淋塔41下端,反复喷淋吸收。最后不能吸收的空气经过碱液喷淋塔41顶端的活性炭箱6吸附排出车间到大气中。
5、为了彻底清除电解液中的有毒成分,可多次在恒温的真空加热脱液罐体22内施加喷淋水化和热解。
6、喷淋较多清水,通过搅拌,使电池碎片中的氟化锂溶解在水溶液内,由真空加热脱液罐体22的罐底阀门排出收集出氟化锂水溶液。
7、最后,通过升温、搅拌和抽真空脱水,使电池碎片干燥,再将电池碎片传送至后续的极片粉碎分离装置中。因为电池碎片不含有毒气体,大部去除了碳酸脂类溶剂,物理分离过程无毒无味,并且进一步提高分离纯净度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。