废旧锂离子电池的回收处理工艺

技术领域

本发明涉及一种废旧锂离子电池的回收处理工艺。

背景技术

环境污染和石油能源危机问题共同推动了电动汽车及动力电池的发展。随着国内电动汽车的快速发展，动力电池的使用量也将逐渐增大。但动力电池均有一定的使用寿命，使用一段时间后需要更换，汽车用动力电池含有的重金属镍、钴以及酸、碱等电解质溶液均对自然环境和人类健康产生较大威胁。而另一方面，废旧动力电池中还含有大量具有很高回收利用价值的镍、钴等有价金属。因此，从节约资源和保护环境的角度考虑，废旧动力电池的回收利用也应跟上电动汽车推广应用的脚步。目前，国内外企业及研究人员主要针对消费类的民用电池的回收利用开展研究，对动力电池的回收利用研究涉及较少。同时，火法回收处理研究整个过程能耗高，效率低，产生硫氧化物和氮氧化物，污染大，炉体烟尘浪费未回收，冶炼过程对炉体、炉底腐蚀性大，安全性低。

发明内容

本发明旨在提供一种工艺简单、新颖、安全性较高、污染较小的废旧锂离子电池的回收处理工艺。

本发明通过以下方案实现：

一种废旧锂离子电池的回收处理工艺，按以下步骤进行，

(a)首先将废旧锂离子电池、碎煤、石英石、石灰石、硫化亚铁以一定质量比加入到起炉并处于保温状态的底吹炉内，同时往底吹炉内充入富氧空气，保持底吹炉内为氧化气氛并持续升温，直至加入底吹炉内的所有物料完全熔化并将各种金属元素氧化生成熔池；废旧锂离子电池、碎煤、石英石、石灰石、硫化亚铁的质量比为60～85：3～15：1～5：1～5：5～15。为保证底吹炉内为氧化气氛并持续升温，充入的富氧空气用量为1600～2500m

(b)之后往底吹炉内加入碎煤并充入富氧空气，保持底吹炉内为深度还原气氛，直至熔池内的镍、钴、铜形成粗镍钴铜合金进入炉缸并从虹吸口处压出收集，其余金属元素以氧化物形式形成锂渣上浮进入渣层；为保证底吹炉内为深度还原气氛并及时提供热量，充入的富氧空气用量为1400～1800m

(c)最后往底吹炉内加入碎煤并充入富氧空气，直至底吹炉内温度达到1450～1650℃，将锂渣从出渣口放出并水淬降温收集。为保证底吹炉内温度达到要求，充入的富氧空气用量为1500～2300m

进一步地，所述富氧空气中氧气的质量含量为40～80％，可根据具体需要选择氧气的质量含量。

所述步骤(a)、(b)和(c)中，废旧锂离子电池中的电解液均能燃烧并高温分解，分解气体进入尾气处理装置达标排放，减少HF等对环境的危害；废旧锂离子电池中的隔膜等有机物均高温燃烧供热，产生烟尘，所述烟尘上升至炉顶流出至锅炉降温后经收尘装置收集。

本发明中，过氧系数α为燃烧1kg燃料所实际供给的氧气质量与完全燃烧1kg燃料所需的理论氧气质量之比；例如一定质量的氧气与碳完全燃烧就为1，过氧系数α为0.7就表示为燃烧1kg碳所实际供给的氧气质量/完全燃烧1kg燃料所需的理论氧气质量的值等于0.7。

步骤(a)定义为氧化升温期，废旧锂离子电池、石灰石、石英石、硫化亚铁分别通过皮带送入，并通过中控调控碎煤和富氧空气的用量，碎煤、硫化亚铁及废旧锂离子电池中的隔膜、塑料等有机物与富氧空气反应，为炉体产生热供应，废旧锂离子电池中的各种金属元素如镍、钴、铁、锂、锰、铝等开始与氧气反应，形成熔池。

步骤(b)定义为还原期，此刻不进原料，只通过中控调控加入碎煤和富氧空气的用量，为炉体产生热供应的同时，产生深度还原气氛。氧化态的镍、钴、铜发生还原作用，产生粗镍钴铜合金，铁和绝大多数的锂、锰、铝仍然以氧化物的形式与石英石、石灰石形成锂渣进入渣层。还原期末，持续产生的粗镍钴铜合金通过底吹炉虹吸口压出炉外。粗镍钴铜合金后续可作为镍钴铜原料进行进一步冶炼，锂渣可通过高压湿法冶炼进一步提纯。

步骤(c)定义为放渣期间，此刻不进原料，只通过中控调控加入碎煤和富氧空气的用量，提升炉温至1450～1650℃，从底吹炉的渣口放出锂渣并水淬降温，锂渣可进一步回收锂。

本发明的废旧锂离子电池的回收处理工艺，利用底吹炉熔池熔炼的特点，无需将废旧锂离子电池进行破壳拆解，从底吹炉的风口充入富氧空气，搅拌力度大，能量利用率高。底吹炉吹炼平稳，喷溅少，金属收得率高，氧气和石灰等消耗低，产生的烟尘也少。本发明的废旧锂离子电池的回收处理工艺，电解液无害化处理，熔池熔炼生产效率快，能耗低，适用于大规模处理废旧锂离子电池，实现镍、钴、铜与铁和锂、铝、锰分离；本发明的废旧锂离子电池的回收处理工艺，工艺路线简单新颖，产生的烟尘可通过锅炉经收尘装置收集处理，产品为粗镍钴铜合金和锂渣。粗镍钴铜合金可作为原料进一步冶炼提纯，锂渣可进一步回收锂，回收的镍、钴及铜的纯度高，价值大。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

一种废旧锂离子电池的回收处理工艺，按以下步骤进行，

(a)首先将废旧锂离子电池、碎煤、石英石、石灰石、硫化亚铁以质量比68：12：3：3：14加入到起炉并处于保温状态的底吹炉内，同时往底吹炉内充入氧气质量含量为80％的富氧空气2000m

(b)之后往底吹炉内通过皮带计量加入碎煤并充入氧气质量含量为80％的富氧空气1550m

(c)最后往底吹炉内通过皮带计量加入碎煤并充入氧气质量含量为80％的富氧空气1600m

步骤(a)、(b)和(c)中产生的烟尘上升至炉顶流出至锅炉降温后经回收装置收集。

将产品粗镍钴铜合金进行检测，其组成主要为Ni、NiO、Co、CoO、Cu、CuO，各金属元素含量如表1所示。

表1粗镍钴铜合金各金属元素含量

将产品锂渣进行检测，各组成含量如表2所示。

表2锂渣各组成含量

一种废旧锂离子电池的回收处理工艺，其步骤与实施例1的废旧锂离子电池的回收处理工艺的步骤基本相同，其不同之处在于：

1、步骤(a)中，废旧锂离子电池、碎煤、石英石、石灰石、硫化亚铁的质量比为70：10：4：4：12，充入的富氧空气中的氧气质量含量为70％，充入的富氧空气的体积控制为2200m

2、步骤(b)中，充入的富氧空气中的氧气质量含量为70％，充入的富氧空气的体积控制为1600m

3、步骤(c)中，充入的富氧空气中的氧气质量含量为70％，充入的富氧空气的体积控制为1700m

将产品冰镍进行检测，其组成为Ni、NiO、Co、CoO、Cu、CuO，各金属元素含量如表1所示。

表3粗镍钴铜合金各金属元素含量

将产品锂渣进行检测，各组成含量如表4所示。

表4锂渣各组成含量

一种废旧锂离子电池的回收处理工艺，其步骤与实施例1的废旧锂离子电池的回收处理工艺的步骤基本相同，其不同之处在于：

1、步骤(a)中，废旧锂离子电池、碎煤、石英石、石灰石、硫化亚铁的质量比为78：8：2：2：10，充入的富氧空气中的氧气质量含量为55％，充入的富氧空气的体积控制为1800m

2、步骤(b)中，充入的富氧空气中的氧气质量含量为55％，充入的富氧空气的体积控制为1550m

3、步骤(c)中，充入的富氧空气中的氧气质量含量为55％，充入的富氧空气的体积控制为2000m

将产品冰镍进行检测，其组成为Ni、NiO、Co、CoO、Cu、CuO，各金属元素含量如表5所示。

表5粗镍钴铜合金各金属元素含量

将产品锂渣进行检测，各组成含量如表4所示。

表6锂渣各组成含量