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ES2643393T3 - Método y sistema para la recuperación de constituyentes de batería - Google Patents

Método y sistema para la recuperación de constituyentes de batería Download PDF

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ES2643393T3
ES2643393T3 ES12797323.8T ES12797323T ES2643393T3 ES 2643393 T3 ES2643393 T3 ES 2643393T3 ES 12797323 T ES12797323 T ES 12797323T ES 2643393 T3 ES2643393 T3 ES 2643393T3
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ES
Spain
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fraction
filler material
magnetic
ground
powder
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ES12797323.8T
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English (en)
Inventor
Ashish Bhandari
James N. EWLES
Wayne Elliott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raw Mat Co Inc
RAW MATERIALS Co Inc
Original Assignee
Raw Mat Co Inc
RAW MATERIALS Co Inc
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Description

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DESCRIPCION
Metodo y sistema para la recuperacion de constituyentes de batena Antecedentes
La presente invencion se refiere a un metodo y un sistema para recuperar los componentes constituyentes de las batenas secas.
La gran mayona de las batenas usadas habitualmente son batenas alcalinas de celdas selladas. Al expirar su vida util, estas batenas simplemente se desechan, encontrando finalmente su destino en vertederos ya sobrecargados.
Un metodo conocido para recuperar los componentes constituyentes de las batenas alcalinas implica retirar mecanicamente la carcasa exterior de la celda de batena, seguido de un procesamiento qmmico para separar los componentes solidos constituyentes restantes de la celda de batena. Los componentes solidos constituyentes principales de las celdas de batena comprenden diversos compuestos de carbono, zinc, potasio y manganeso.
Hay varios problemas con el uso de procesos de separacion qmmica para tal fin. En primer lugar, el procesamiento qmmico es costoso, en el contexto del valor relativamente mas bajo de los constituyentes solidos de la batena. En segundo lugar, se crean flujos adicionales de residuos de efluentes qmmicos en la aplicacion de los procesos de separacion qmmica, con los correspondientes problemas ambientales inherentes a los mismos. El documento de la tecnica anterior CA 2 730 320 A1 desvela un metodo y un sistema para recuperar los componentes constituyentes de un material de carga de las batenas selladas, comprendiendo el metodo: triturar (14) el material de carga para formar un material de carga molido; calentar (20) el material de carga molido para formar un material de carga seco; separar por tamizacion (50) el material de carga seco en una fraccion gruesa y una fraccion en polvo, incluyendo la fraccion gruesa una fraccion magnetica y una fraccion no magnetica; y extraer magneticamente (26) la fraccion magnetica de la fraccion gruesa.
Sumario
Se proporciona un metodo de recuperacion de los componentes constituyentes de un material de carga de las batenas selladas. El metodo comprende triturar el material de carga para formar un material de carga molido, calentar el material de carga molido para formar un material de carga seco, separar por tamizacion el material de carga seco en una fraccion gruesa y una fraccion en polvo, incluyendo la fraccion gruesa una fraccion magnetica y una fraccion no magnetica, hacer vibrar la fraccion gruesa y la fraccion en polvo para segregar la fraccion gruesa de la fraccion en polvo, y extraer magneticamente la fraccion magnetica de la fraccion gruesa.
En una realizacion, la fraccion en polvo del material de carga seco comprende oxido de zinc, dioxido de manganeso, e hidroxido de potasio.
En otra realizacion, las batenas selladas son batenas alcalinas que contienen mercurio, comprendiendo ademas calentar el material de carga molido por debajo del punto de ebullicion del mercurio en el que el calentamiento evapora una parte del mercurio del material de carga molido.
En otra realizacion mas, el metodo comprende ademas forzar el aire a traves del material de carga molido durante el calentamiento para limpiar el vapor de mercurio del material de carga molido.
El metodo puede comprender ademas secuestrar el vapor de mercurio en una torre de lavado.
En una realizacion adicional, el metodo comprende ademas precipitar las partfculas contenidas en el aire forzado arremolinando el aire forzado.
En otra realizacion, el calentamiento se realiza para lograr un contenido de humedad maximo especificado para la fraccion en polvo del material de carga seco.
Tambien se proporciona un metodo de recuperacion de los componentes constituyentes de un material de carga de las batenas selladas, incluyendo las batenas selladas al menos un componente constituyente de mercurio. El metodo comprende triturar el material de carga para formar un material de carga molido, calentar el material de carga molido para formar un material de carga seco, realizandose el calentamiento por debajo del punto de ebullicion del mercurio en el que una parte del constituyente de mercurio se evapora del material de carga seco, separar por tamizacion el material de carga seco en una fraccion gruesa y una fraccion en polvo, incluyendo la fraccion gruesa una fraccion magnetica y una fraccion no magnetica, hacer vibrar la fraccion gruesa y la fraccion en polvo para segregar la fraccion gruesa de la fraccion en polvo, y producir la fraccion en polvo.
Tambien se proporciona un sistema para recuperar los componentes constituyentes de un material de carga de las batenas selladas. El sistema comprende un triturador para triturar las batenas selladas en un material de carga
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molido, un horno para secar el material de carga molido en un material de carga seco, incluyendo el horno un medio de transporte para la entrada del material de carga molido y la salida del material de carga seco, un medio de separacion por tamizacion del material de carga seco para recibir el material de carga seco y separar una fraccion gruesa y una fraccion en polvo del material de carga seco, incluyendo la fraccion gruesa una fraccion magnetica y una fraccion no magnetica, un medio vibratorio para recibir el material de carga seco del medio de separacion por tamizacion, segregando el medio vibratorio la fraccion gruesa de la fraccion en polvo, y un extractor magnetico para extraer la fraccion magnetica de la fraccion gruesa.
En una realizacion, el medio vibratorio comprende una malla vibratoria.
En otra realizacion, el sistema comprende ademas un ciclon y una torre de lavado dispuestos, en general, por encima del horno, y un medio para forzar el aire hacia arriba a traves del horno, el ciclon y la torre de lavado.
En otra realizacion, el sistema puede comprender ademas al menos un filtro de partfculas situado entre el horno y la torre de lavado, estando el al menos un filtro de partfculas configurado para precipitar las partfculas contenidas en el aire forzado.
Breve descripcion de los dibujos
En las figuras que ilustran una realizacion a modo de ejemplo de la invencion,
la figura 1 es un diagrama esquematico de un sistema, en una realizacion, para la recuperacion de componentes constituyentes de batenas selladas; y
la figura 2 es un diagrama de flujo de un metodo, en una realizacion, para la recuperacion de componentes constituyentes de batenas selladas.
Descripcion detallada
Tecnicamente, una batena es un grupo de celdas electricas conectadas. Por lo tanto, una batena de 9 V es una batena real, mientras que, por ejemplo, las batenas de tamano AAA a D son celdas. En la presente memoria descriptiva, el termino batena se usa como un termino general que significa, e incluye, tanto batenas reales como celdas.
El nucleo central de una celda de boton cilmdrica alcalina es el anodo, que comprende una dispersion de polvo de oxido de zinc en un gel que contiene un electrolito de hidroxido de potasio. Este nucleo esta rodeado por un separador que puede ser una capa no tejida de celulosa (papel) o un polfmero sintetico (plastico). Alrededor del separador esta un catodo anular que es una pasta comprimida de dioxido de manganeso con polvo de carbono (grafito) para aumentar la conductividad dentro de la celda. El anodo, el separador y el catodo se sellan en una carcasa de base ferrosa, que normalmente es una carcasa estirada. Aunque algunas batenas alcalinas estan libres de mercurio, muchas batenas alcalinas gastadas incluyen mercurio como un componente constituyente.
Volviendo a la figura 1, un sistema 100 para recuperar batenas alcalinas de celdas selladas tiene un pre-triturador 102 para pre-triturar el material de carga con el fin de romper sus carcasas de acero selladas. A continuacion, las batenas pueden triturarse adicionalmente en el triturador secundario 103 y, a continuacion, transportarse corriente abajo. El transportador, que puede ser un transportador de cadena o un transportador de cinta con listones, ayuda a dividir el material de carga en una corriente de alimentacion de material mas uniforme.
Los trituradores 102, 103 estan unidos al horno 104, tal como mediante un transportador, para el transporte lineal del material de carga molido al horno 104. El termino transportador de horno, tal como se usa en el presente documento, se refiere a la parte de un transportador de este tipo que, en general, se transporta dentro del recinto o los confines del horno 104.
El tiempo durante el que el material de carga molido permanece en el transportador de horno y la temperatura de este transportador, tal como se establece en el horno 104, se determinan en funcion de las caractensticas del material de carga y las propiedades deseadas del polvo producido por el sistema.
Aunque la temperatura del horno 104 puede modificarse segun sea necesario, el tiempo de calentamiento requerido o apropiado vana segun la composicion de la batena, y puede ser de hasta 426,67 °C (800 °F). El material de carga calentado podna permanecer en el horno durante habitualmente 3 a 25 minutos, dependiendo de nuevo del tipo de material de carga de la batena.
Mas espedficamente, un cliente puede especificar un contenido maximo (o mmimo) de humedad requerido, o de sequedad, y tambien especificar el contenido maximo de mercurio para la produccion de polvo. Las caractensticas del material de carga que afectan al tiempo y la temperatura de calentamiento requeridos son el tamano de las
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celdas de batena, la antiguedad de las celdas (las batenas mas nuevas necesitan hacerse funcionar mas lentamente a temperaturas mas altas), el contenido de mercurio y el tipo de batena.
Aunque el mercurio tiene un punto de ebullicion de aproximadamente 357 °C, es sin embargo volatil incluso a temperatura ambiente y, por lo tanto, se desgasifica en las diversas tomas ascendentes de aire, asf como se desgasifica en el transportador de horno.
Al transportar el material de carga a temperaturas elevadas en el sistema de eliminacion de humedad y metales pesados, se seca el material de carga, se promueve la evaporacion de mercurio en el material de carga y se reduce el contenido de mercurio a niveles significativamente mas bajos.
El material de carga que deja el horno 104 a traves del transportador pasa a un tamiz 105. Este separa una fraccion mas gruesa del material de carga seco de una fraccion en polvo mas fina. Habitualmente, la fraccion en polvo comprende una mezcla de constituyentes de oxido de cinc, dioxido de manganeso e hidroxido de potasio. Puede usarse un tamano de malla de 2 a 200 para el tamiz, de tal manera que la fraccion en polvo mas fina cae a traves de la criba. Por lo tanto, esta fraccion en polvo puede recuperarse como un producto terminado y recuperado del metodo de la presente invencion.
A continuacion, cualquier fraccion en polvo restante se alimenta por el alimentador vibratorio 111 a traves de un tamiz vibratorio adicional 112 colocado corriente abajo del tamiz 205, y se recoge del tamiz vibratorio 112 como polvo producido 113. El tamano de malla del tamiz 105 puede variarse segun sea necesario, siempre que sea lo suficientemente fino como para separar la fraccion en polvo del material de carga. Habitualmente, puede usarse un tamano de malla de 2 a 200 dependiendo de la calidad deseada del producto final.
El polvo producido, en el caso de un material de carga de batena alcalina, compuesta habitualmente de oxido de cinc, dioxido de manganeso e hidroxido de potasio, puede usarse en fertilizantes, siempre que se haya reducido suficientemente su contenido en mercurio. Con el sistema objeto, puede lograrse rebajar las concentraciones de mercurio hasta niveles indetectables. Los tres compuestos, oxido de zinc, dioxido de manganeso e hidroxido de potasio, han demostrado ser aditivos utiles para los fertilizantes, dependiendo de las condiciones del suelo y el pH del suelo.
Habitualmente, la fraccion mas gruesa comprende una fraccion magnetica (la carcasa de acero molido) junto con una fraccion no magnetica (laton, celulosa (papel), grafito, y plastico). La parte no magnetica de esta se conoce habitualmente como pelusa de papel. Esta fraccion mas gruesa pasa finalmente a un separador magnetico 214, que puede ser una rueda magnetica.
Independientemente de los requisitos del cliente, el material de carga debe ser al menos lo suficientemente seco para que los constituyentes molidos se separen en el separador de tamizacion 205 usando, en una realizacion, un tamano de malla de 80-2 para el tamiz, de tal manera que la fraccion en polvo mas fina cae a traves de una criba, separandola de la fraccion mas gruesa del material de carga molido.
Todavfa con respecto a la figura 1, hay tomas de aire asociadas tanto con el horno 104 como con el tamiz 105. Las tomas de aire alimentan aire forzado, tal como el generado por un soplador, a la torre de lavado de aire 108 que tiene unido el ciclon 109. Puede usarse una fuente de vacfo para aspirar el aire a traves del colector de polvo 107 a la torre de lavado de aire 108. El colector de polvo 107 elimina todas las partfculas grandes de la corriente de aire forzado antes de alcanzar la torre de lavado 108. La torre de lavado de aire 108 tambien secuestra los vapores en el aire en movimiento que, en el caso de un material de carga de batena alcalina, incluira vapores de mercurio evaporados del material de carga molido en el horno 104. La torre de lavado de aire 108 puede ser una torre de lavado venturi con un sistema de control de pH que garantiza la solubilidad de los vapores. Con una torre de lavado venturi, la propia torre de lavado actua como la fuente de vacfo. El ciclon arremolina el aire en movimiento para eliminar cualquier polvo humedo u otros solidos en partfculas arrastrados en el aire en movimiento y libera la corriente de aire limpiada. En una realizacion alternativa, en lugar de proporcionar una fuente de vacfo para introducir los vapores en la torre de lavado, podnan usarse sopladores con este fin.
El extractor magnetico 114 extrae una parte magnetica, o fraccion magnetica, del material de carga seco, constituyentes metalicos magneticos y electricamente conductores, en concreto acero, de los componentes constituyentes metalicos no magneticos, electricamente no conductores, en concreto, papel, plastico y fibra. El extractor magnetico 114, en una realizacion, puede ser una rueda magnetica. A continuacion, las dos corrientes de salida resultantes pueden recuperarse como una salida magnetica 115 y salida no magnetica 116
El acero recuperado puede usarse como chatarra en la industria del acero. El papel y el plastico recuperados de la pelusa de papel pueden quemarse para energfa (por ejemplo, en el horno 104).
El mismo proceso descrito para las batenas alcalinas tambien puede usarse para cualquier batena de carbono de zinc, cloruro de zinc, magnesio, y manganeso. La composicion de la fraccion en polvo recuperada variara algo,
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dependiendo del tipo de batena que forme el material de carga. Sin embargo, para todos estos tipos de batenas, la fraccion en polvo recuperada puede usarse en fertilizantes.
Con respecto ahora a la figura 2, se representa un diagrama de flujo de un metodo, en una realizacion, para la recuperacion de componentes constituyentes de batenas selladas.
En la etapa 202, se proporciona un material de carga de batenas selladas al pre-triturador 102 y/o al triturador 103.
En la etapa 203, el material de carga molido se transporta al horno 104, para su calentamiento y secado de acuerdo con un perfil de calentamiento de tiempo y de temperatura predeterminado. En la etapa 207, se tamiza el material de carga seco para segregar la fraccion en polvo de la fraccion mas gruesa del material de carga seco.
La etapa 204 puede aplicarse tanto al horno 104 durante la etapa 203 como al tamiz 105 durante la etapa 207, y comprende forzar una corriente de aire a traves del material de carga que se procesa en las etapas 203, 207. En la etapa 205, las partfculas solidas contenidas en el aire forzado pueden filtrarse en el colector de polvo 107. En la etapa 206, la corriente de aire filtrado puede limpiarse usando el sistema de torre de lavado de aire 108/ciclon 109, para capturar y secuestrar vapor de mercurio desgasificado o evaporado durante las etapas 203 y 207.
En la etapa 208, el material de carga seco se tamiza vibratoriamente para promover la separacion de polvo y fracciones gruesas. La fraccion en polvo puede producirse como un producto terminado y recuperado en la etapa 212.
En la etapa 210, la fraccion magnetica del material de carga seco se extrae magneticamente usando el extractor magnetico 114.
Aunque el sistema 100 y el metodo 200 se han tratado hasta ahora principalmente en el contexto de las batenas alcalinas secas selladas, se contempla que el sistema 100 y el metodo 200 puedan aplicarse de manera similar para recuperar componentes constituyentes de otros tipos de batenas selladas.
Por ejemplo, el sistema 100 y el metodo 200 pueden aplicarse con alguna modificacion para operar con un material de carga de celdas de boton de litio, en concreto, batenas de iones de litio recargables o batenas de polfmero de litio, en lugar de batenas alcalinas. Con dicha batena de litio, el anodo esta constituido por metal de litio o compuesto de litio. Habitualmente, el catodo esta constituido por dioxido de manganeso y el electrolito esta constituido habitualmente por perclorato de litio en carbonato de propileno y dimetoxietano.
En este caso, las modificaciones necesarias para el sistema 100 y el metodo 200 senan principalmente para gestionar el riesgo de combustion asociado con un material de carga de batena de iones de litio, debido inherentemente a la naturaleza ffsica y qmmicamente mas activa de los electrolitos y compuestos qrnmicos que pueden estar presentes. Por ejemplo, la temperatura del horno de transporte 204 debe mantenerse por debajo de la temperatura de combustion del papel (aproximadamente 232,22 °C (450 °F)).
Ademas, cuando el sistema 100 se hace funcionar con batenas alcalinas, donde el transportador del horno 204 se hace funcionar a una velocidad baja y una temperatura alta (para promover la evaporacion del mercurio) como se ha expuesto anteriormente, con batenas de litio, el transportador del horno 204 se hace funcionar a una velocidad y una temperatura medias (para evitar la combustion del litio y los compuestos). Cuando el sistema 100 se hace funcionar con batenas de mquel metal hidruro, el transportador del horno 204 puede hacerse funcionar a velocidades y temperaturas mas altas.
En este sistema modificado, cuando las batenas de iones de litio se trituran y se transportan por el horno de transporte 204, los gases de escape de los compuestos de litio pasan a la torre de lavado 208 donde se secuestran.
Todos los electrolitos y compuestos qrnmicos, asf como todos los compuestos organicos volatiles (VOC) que escapan de la torre de lavado 208 pueden condensarse usando agua atomizada de un atomizador, pasando los compuestos de litio y los VOC condensados a un tanque de retencion de agua. El nivel de pH del agua en el atomizador y el tanque puede controlarse con, por ejemplo, la adicion de hidroxido sodico en una concentracion del 50 %, para garantizar que cualquier gas permanezca condensado en el agua. Todos los constituyentes de papel expulsados pueden capturarse por filtracion antes de que lleguen a la torre de lavado 208 de manera que no obstruyan el funcionamiento de la torre de lavado 208.
Con las celdas de litio, en el tamiz 205, el polvo que cae sera habitualmente oxido de cobalto de litio, pero puede variar dependiendo de la composicion qrnmica de la batena de iones de litio espedfica. Este polvo puede usarse en la industria de los recubrimientos. Como antes, un tamano de malla de 2 a 200 puede ser adecuado para limitar la contaminacion de este polvo.
La fraccion magnetica, o componente, separada por el separador magnetico 214 (una rueda magnetica, en una realizacion) incluye acero inoxidable y aleaciones magneticas asf como cualquier cobre que se capture por o este
comprendido en el acero inoxidable y las aleaciones magneticas. Puede aplicarse un separador por gravedad espedfico para separar la pelusa de papel no ferrosa encapsulada dentro de este componente magnetico, y tambien para separar unos de otros el acero inoxidable, las aleaciones magneticas y el cobre.
5 Otras modificaciones seran evidentes para los expertos en la materia sin alejarse del alcance de las siguientes reivindicaciones.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente de Estados Unidos n.° 13/153.629 presentada el 6 de junio 2011 que se incorpora por referencia en su totalidad en el presente documento.
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Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de recuperacion de los componentes constituyentes de un material de carga de batenas selladas, comprendiendo el metodo:
    (a) triturar el material de carga para formar un material de carga molido;
    (b) calentar el material de carga molido para formar un material de carga seco;
    (c) separar por tamizacion el material de carga seco en una fraccion gruesa y una fraccion en polvo, incluyendo la fraccion gruesa una fraccion magnetica y una fraccion no magnetica;
    (d) hacer pasar la fraccion gruesa a un alimentador vibratorio para transportar la fraccion gruesa a un separador magnetico; y
    (e) extraer magneticamente la fraccion magnetica de la fraccion gruesa.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que las batenas selladas son batenas alcalinas que contienen mercurio, que comprende ademas calentar el material de carga molido por debajo del punto de ebullicion del mercurio en el que el calentamiento evapora una parte del mercurio del material de carga molido.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 2, que comprende ademas forzar el aire a traves del material de carga molido durante el calentamiento para limpiar el vapor de mercurio del material de carga molido.
  4. 4. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, que comprende ademas secuestrar el vapor de mercurio en una torre de lavado.
  5. 5. El metodo de la reivindicacion 3, que comprende ademas precipitar las partfculas contenidas en el aire forzado arremolinando el aire forzado.
  6. 6. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el calentamiento se realiza para lograr un contenido de humedad maximo especificado para la fraccion en polvo del material de carga seco.
  7. 7. Un metodo de recuperacion de los componentes constituyentes de un material de carga de batenas selladas, incluyendo las batenas selladas al menos un componente constituyente de mercurio, comprendiendo el metodo:
    (a) triturar el material de carga para formar un material de carga molido;
    (b) calentar el material de carga molido para formar un material de carga seco, realizandose el calentamiento por debajo del punto de ebullicion del mercurio en el que una parte del constituyente de mercurio se evapora del material de carga seco;
    (c) separar por tamizacion el material de carga seco en una fraccion gruesa y una fraccion en polvo, incluyendo la fraccion gruesa una fraccion magnetica y una fraccion no magnetica;
    (d) hacer pasar la fraccion gruesa de la etapa (c) a un alimentador vibratorio con un tamiz vibratorio para separar adicionalmente la fraccion en polvo de la fraccion gruesa; y
    (e) producir la fraccion en polvo.
  8. 8. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la fraccion en polvo del material de carga seco comprende oxido de cinc, dioxido de manganeso e hidroxido de potasio.
  9. 9. Un sistema para recuperar los componentes constituyentes de un material de carga de batenas selladas, comprendiendo el sistema:
    (a) un triturador (103) para triturar las batenas selladas en un material de carga molido;
    (b) un horno (104) para secar el material de carga molido en un material de carga seco, incluyendo el horno un medio de transporte para la entrada del material de carga molido y la salida del material de carga seco;
    (c) un medio de separacion por tamizacion (105) para recibir el material de carga seco y separar una fraccion gruesa y una fraccion en polvo del material de carga seco, incluyendo la fraccion gruesa una fraccion magnetica y una fraccion no magnetica;
    (d) un alimentador vibratorio (111) para recibir el material de carga seco del medio de separacion por tamizacion, para segregar el alimentador vibratorio la fraccion gruesa de la fraccion en polvo y para suministrar la fraccion gruesa a un extractor magnetico; y
    (e) un extractor magnetico (114) para extraer la fraccion magnetica de la fraccion gruesa.
  10. 10. El sistema de la reivindicacion 9, en el que el medio vibratorio comprende una malla vibratoria.
  11. 11. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, que comprende ademas un medio de produccion de fraccion en polvo para recibir la fraccion en polvo.
  12. 12. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende ademas un medio de produccion de fraccion gruesa para recibir la fraccion no magnetica de la fraccion gruesa.
  13. 13. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende ademas un ciclon y una torre de lavado dispuestos, en general, por encima del horno, y un medio para forzar el aire hacia arriba a traves del horno, el ciclon y la torre de lavado.
    5 14. El sistema de la reivindicacion 13, que comprende ademas al menos un filtro de partfculas situado entre el horno
    y la torre de lavado, estando el al menos un filtro de partfculas configurado para precipitar las partfculas contenidas en el aire forzado.
  14. 15. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el alimentador vibratorio tiene un tamiz vibratorio para separar 10 adicionalmente la fraccion en polvo de la fraccion gruesa.
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