一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统的制作方法

本实用新型涉及一种废弃锂离子电池回收利用的系统，具体涉及一种利用水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，属于废弃锂离子电池回收再利用技术领域。

背景技术：

锂离子电池具有电化学性能好、绿色环保等优点，锂离子电池已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等领域，并有望在电动汽车、航天和储能等方面得到广泛的应用。锂离子电池作为高科技、高产出、高利润、高创汇的绿色环保型能源产品，被国外专家称之为21世纪十大高科技之一或十大赚钱产业之一。特别是十九大报告中提出了要构建市场导向的绿色技术创新体系，壮大节能环保产业，科技部也发布了新能源汽车的重大专项， 2020年我国新能源汽车产销量将突破300万辆，这些政策可以说都为新能源汽车的发展带来了重大的利好，同时也将进一步提升和发展锂离子电池产业。

随着电子产品消耗量日益增加，其消费量正以成倍的速度增长。相应的，也产生了大量的废弃的锂离子电池，这些废弃锂离子电池由于含有大量有机溶剂、过渡金属元素、六氟磷酸锂、隔膜、碳素、粘接剂以及多种添加剂等物质，如果不进行合理处置，在空气中氧化或水解将产生大量有毒气体和有毒物质，特别是六氟磷酸锂具有很强的腐蚀性，遇水将释放大量的HF剧毒气体；其中的有机溶剂具有易燃、易爆、易化学反应以及毒害环境的风险；在自然环境中，钴、镍、锰、铜、铝等金属元素具有累计效应，借助生物链将最终危害人类生存，危害性巨大。同时，锂离子电池中含有锂、钴、镍、锰、铜、铝、铁等金属元素和酯类溶剂等这些较高价值的物质。因此，对废弃的锂离子电池进行合理有效的资源化处置，不仅可以缓解潜在的环境污染压力，同时能回收有价值的原材料，可以弥补我国战略资源不足，对于保护环境和资源循环利用具有重大的意义。

锂离子电池外观有方形、圆柱形、纽扣型等不同形状和尺寸大小不一，但其内部结构基本都是由机壳、正极、负极、有机粘接剂、有机电解液和隔膜纸组成。锂离子电池中使用的负极材料多为碳素材料，电解质为LiPF6，正极材料则为嵌锂过渡金属氧化物，如LiCoO2、 LiNiO2、LiVO2、LiFePO4、LiCo1-xNixO2、LiCo1-xMnxO2、LiCo1-x-yNixMnyO2、LiCo1-x-yNixAlyO2及LiMn2O4等。目前，我国废弃锂离子电池处置技术研究还在起步阶段，由于填埋方式具有潜在的环境污染风险和资源浪费等问题，已逐渐被湿法冶金、火法冶金、生物冶金和机械物理分离等处理方法所取代。这些处置技术一般都要经历破碎解离、分选富集合冶炼提纯等工艺过程。这些处置方法都存在以下难以解决的技术难题：

(1)造成二次污染

在废弃锂离子电池破碎解离、湿法冶炼或火法冶炼中工艺中，由于电解质LiPF6的不稳定性，在空气中与氧气、水蒸气等氧化和水解产生HF和PF5剧毒气体，或者易燃、易爆、易化学反应的有机溶剂造成安全危害以及环境污染。而且在酸洗或强碱中和提取有用金属后，大量的酸碱溶液、含有重金属的废渣无法有效处理，对外排放会产生二次污染。

(2)没有回收有价值的有机物

现有技术关注废弃锂离子电池中有关锂、钴、镍、铜等稀贵金属的回收，没有对有价值的有机物进行回收，不仅污染环境，也浪费资源。

(3)回收工艺和设备不完善

现有废弃锂离子电池处理技术中工艺复杂繁琐，设备适用性不强，造成提取回收率低，基建投资大，生产成本高，经济效益不好，项目的可持续性和重复性差。

水泥窑协同处理固体废弃物是指通过在水泥熟料矿物化高温烧结过程中实现对固体废物高温焚烧处理，使其毒害特性分解、降解、消除、惰性化和稳定化等目的的废物处置手段。水泥窑处理具有适用范围广、消纳量大、对各种废物又很强的适应能力、热容量大、热惯性大和热传递效率高的技术优势。利用水泥窑协同处理废弃锂离子电池就是利用水泥窑处理固废的有利条件，有针对性地根据废弃锂离子电池的基本特征，选择科学、环保、经济的处置的工艺方法和设备，实现对废弃锂离子电池有用物质的高效回收和利用，实现环境友好、节能环保、资源综合利用。

对比文件1：CN107032646A公开一种利用水泥窑协同处置煤焦渣、废活性炭、钢渣、铁尾矿的方法，包括混合、粉磨、过筛、焚烧、烟气入窑、生铁制备、排放尾气和磁选的制备步骤。该对比文件1公开的是一种利用水泥窑协同处置煤焦渣、废活性炭、钢渣、铁尾矿的方法，由于废旧锂电池中含有电解质LiPF6容易造成二次污染，因此其利用水泥窑协同处置一般煤焦渣、钢渣等渣料应是存在本质不同的，并不能适用对废弃锂电池的处置。

对比文件2：CN105819715A公开一种利用水泥窑协同处置废旧锂电池金属回收后残渣的无害化方法，由调节残渣酸碱特性稳定预处理、水泥窑烟气余热烘干、与生料一起均化后从预分解窑投加过程等组成，所述方法包括如下步骤：步骤一，对废旧锂电池金属回收后的残渣进行2～3次水洗处理，使残渣附着的氯离子等阴离子降低到总重的0.5％以下，上清液作为下一次水洗残渣水回用，用于第一遍残渣清洗水，回用2～3次后的清洗水转移至水泥厂污水处理中心，残渣转移至脱水设备；步骤二，将水洗后的残渣浆混合物进行机械脱水，得到脱水残渣泥饼和脱除液，脱除液回流至步骤一的水洗设备中，按一定比例与新水配比后回用；步骤三，脱水后的残渣泥饼进入水泥厂尾气余热干燥机中进行干燥；步骤四，将干燥后的残渣滤饼按照一定的比例经传送带与生料一起进入均化库均化，作为水泥熟料的生产原料；步骤五，均化后含锂电池金属回收后的残渣生料经预分解窑进入熟料生产阶段，在1100～1450℃高温下煅烧。该对比文件2公开的是一种利用水泥窑系统处置废弃锂电池金属回收后残渣的方法，针对的是现有废弃锂电池金属回收后残渣的处理，对于整个废弃锂电池的处理完整工艺并未公开。

本实用新型拟提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，本实用新型的技术方案是针对现有废弃锂离子电池处置技术中存在的难题，根据废弃锂离子电池中所含物质的特性提出。基本工艺思路是：通过对废弃锂离子电池的分类预处理、无水无氧破碎解体、立式热解炉转化成固态混合渣、从固态混合渣中提取有价元素；再通过采取廉价的碱性水泥原料中和回收挥化的酸性气体、水泥窑高温焚烧有机废气并处理所有废渣，实现清洁生产和环境保护。

具体提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，包括：废弃锂离子电池储存装置，无水无氧双轴破碎机，立式热解炉，中和塔，有价元素提炼系统和水泥窑系统；废弃锂离子电池储存装置通过皮带输送机连接至无水无氧双轴破碎机的进料口；无水无氧双轴破碎机的出料口连接至立式热解炉的渣料入口；立式热解炉的烟气出口与中和塔连接；立式热解炉的混合渣出口通过输料管与有价元素提炼系统连接；中和塔的脱酸烟气出口与水泥窑系统的水泥窑窑尾烟室连接。

进一步地，所述无水无氧双轴破碎机具体包括：

进料机构、出料机构、对辊破碎机构、传动机构和机壳；所述进料机构固定设置在机壳的顶部，出料机构固定设置在机壳的底部，机壳内形成破碎腔，对辊破碎机构、传动机构均设置在机壳内，传动机构与对辊破碎机构连接；

所述进料机构设有稳料仓、进料口、惰性气体入口、受料斗，稳料仓分别与进料口、惰性气体入口连通，稳料仓的出口端连通受料斗的进口端，受料斗的出口端与机壳顶部连接，并能连通至机壳内的破碎腔；所述机壳上还设有真空抽吸接口；

所述出料机构包括出料斗，出料斗的底部设有出料口；

所述破碎机的受料斗、破碎腔及出料斗的腔体为一密封整体，三者之间通过气动闸阀连接控制给料和出料。

优选地，进料机构、出料机构及对辊破碎机构的竖向对称中心在同一条直线上。

优选地，废弃锂离子电池储存装置可以是设置有强制通风系统和防潮地面的堆棚。

上述方案中：破碎机的受料斗、破碎腔、出料斗三者之间构成可密封整体，破碎过程中不会进入氧气和水汽，可以有效防止废弃锂离子电池中的有机溶剂、LiPF6在破碎过程中氧化水解；同时，在作业时，还能先用抽吸机通过真空抽吸接口将上述密封整体抽吸为真空状态，并在上述密封整体内通入惰性气体，惰性气体采用氮气或者二氧化碳等，破碎作业时通入惰性气体，能使破碎作业在微正压下运行，防止空气进入，保证无水无氧破碎解体。

进一步地，

上述无水无氧双轴破碎机中，进料机构的受料斗、出料机构的出料斗与机壳的安装连接处设置密封垫层，可以有效防止漏风跑气，提高密封性能。

进一步地，

所述对辊破碎机构包括动辊和从动辊，所述动辊和从动辊均包括母辊、套辊、主轴以及轴承，所述套辊紧密配合包裹母辊，母辊与主轴为整体铸件，主轴与轴承连接，所述轴承通过螺栓固定在机壳上。

进一步地，

所述传动机构包括电动机和减速机，所述电动机与动辊的主轴相连，带动动辊运动，动辊在摩擦力的作用下带动从动辊转动；动辊和从动辊的套辊外周面形成破碎辊面。

进一步地，

所述无水无氧双轴破碎机还包括推力压紧机构，所述推力压紧机构主要由强力弹簧组成，推力压紧机构的一端固定在机壳上，其另一端与动辊和从动辊的一端固定连接，实现动辊和从动辊压紧连接。动辊和从动辊之间采用推力压紧机构压紧，保证动辊和从动辊之间的间隙，以确保挤压破碎效果。

进一步的，为了增加破碎辊面破碎和切割金属的能力，所述动辊和从动辊的套辊外周设有锯齿状或凹凸状的破碎齿，动辊的套辊与从动辊的套辊的破碎齿之间啮合安装连接，有利于破碎和撕碎物料。

进一步的，破碎辊面和破碎齿均采用高强耐磨材料。

进一步地，所述机壳的下部还设有机架，机壳下部通过机架与混凝土基础相连，固定于地面和路面上。

进一步地，所述机壳上还设有接地机构，接地机构通过电线与金属埋件链接，实现接地去除静电。

进一步地，无水无氧双轴破碎机可采用高强度金属垃圾破碎机改装。

进一步地，

上述水泥窑系统处置废弃锂离子电池的系统还包括：冷凝器，所述冷凝器与立式热解炉的蒸汽出口连接。

进一步地，

所述中和塔设有窑灰入口和窑灰出口，窑灰入口与水泥窑系统余热锅炉出口的窑灰仓连接；所述窑灰出口与水泥窑系统的水泥窑进料口连接。

进一步地，

所述立式热解炉的高温蒸汽入口与水泥窑系统的余热锅炉的蒸汽出口连接。

进一步地，

所述水泥窑系统处置废弃锂离子电池的系统还包括设置在水泥窑系统尾部的五级旋风预热器。

进一步地，所述立式热解炉具体包括：

炉本体，所述炉本体为由外部整体机壳构成的一个立式整体，包括由中间隔墙分隔而成的左炉体和右炉体；

左炉体由上往下包括蒸发室、分解室；其上部设有渣料入口和蒸汽出口；左炉体的下部设有高温蒸汽入口和固定炉箅子；右炉体包括由倾斜隔板分隔而成的上部的烟气室和下部的炉膛；

所述中间隔墙包括上隔墙和下隔墙，上隔墙的底端与倾斜隔板的上端面之间为上部隔墙开口，用于高温烟气进入烟气室；下隔墙的顶端与倾斜隔板的下端面之间为下部隔墙开口，用于混合渣卸出；

所述固定炉箅子倾斜设置，其一端固定在机壳上，另一端固定在下隔墙的顶端；

右炉体的烟气室通过上部隔墙开口与左炉体相连，便于引出烟气；烟气室的上部设置烟气出口，烟气进入烟气室进行粉尘的沉降分离后从烟气出口排出炉外；沉积分离后的粉尘顺着倾斜隔板的表面从下部隔墙开口落入混合渣料斗内；

右炉体的炉膛通过下部隔墙开口与左炉体相连，炉膛右侧设有燃料入口，炉膛底部设置出渣机构和冷空气入口。

优选地，

所述固定炉箅子覆盖整个左炉体截面，所述固定炉箅子两侧边也与机壳相连。

优选地，

上述立式热解炉中，所述炉膛右侧还设有观察门和操作台。

进一步地，

所述出渣机构包括：可转动的塔式炉箅子、传动立轴、驱动机构、混合渣料斗、卸料管、混合渣出口、耐磨环形钢衬；塔式炉箅子与驱动机构通过传动立轴相连；混合渣料斗固定在炉体机壳上，混合渣料斗下部与卸料管相连，其上部与耐磨环形钢衬相连，卸料管连通混合渣料斗和混合渣出口，冷空气入口设置在混合渣料斗上，冷空气入口通过穿过混合渣渣料斗的冷风管道连通至塔式炉箅子底部。

优选地，

所述驱动机构包括减速机和电动机，驱动机构直接固定安装在外部的混凝土支座上。

优选地，所述固定炉箅子为特种陶瓷多孔板或特种耐高温防腐不锈钢多孔板。

优选地，所述固定炉箅子的倾斜角度优选为为35-60°。

进一步地，

所述机壳包括钢制机壳本体、覆盖在机壳本体上的保温材料层和覆盖在保温材料层上的耐火砖层。具体生产制作时，即在钢制机壳本体上贴加保温材料后再砌筑耐火材料，并根据窑内物质酸碱性能可选择耐酸或耐碱耐火材料。

上述水泥窑协同处置废弃锂离子电池系统的处置方法，具体包括：废弃锂离子电池储存、分类与预处理；无水无氧破碎解体；蒸发分解烧结；烟气中和脱酸、固体混合渣有价元素提炼和水泥窑协同处理，具体工艺步骤如下：

步骤(1)、废弃锂离子电池储存、分类与预处理：

将废弃锂离子电池储存在废弃锂离子电池储存装置内；然后对储存的废弃锂离子电池分类后，进行解除组合、放电预处理，将预处理好的废弃锂离子电池通过皮带输送机输送到下一工序；

步骤(2)、无水无氧破碎解体：

经步骤(1)预处理后输送过来的废弃锂离子电池，均匀地输送到无水无氧双轴破碎机进行无水无氧破碎解体；破碎后的废弃锂离子电池渣料直接通过无水无氧双轴破碎机的底部的出料口落入下一工序；

步骤(3)、蒸发分解烧结：

经过步骤(2)无水无氧破碎解体的废弃锂离子电池渣料从立式热解炉炉体上部的渣料入口进入炉内，渣料在自身重力的作用下，从炉体上部缓慢往下部移动，渣料自上而下通过蒸发、分解、烧结和冷却，烧结成稳定的固体混合渣从混合渣出口卸出，混合渣进入下一工序处理；炉内通入高温蒸汽和碳质燃料在助燃空气作用下燃烧，使炉内温度保持在不低于200℃；经高温蒸汽热解后的烟气从立式热解炉的烟气出口排出进入下一工序脱酸；

步骤(4)、烟气中和脱酸：

从立式热解炉排出的烟气进入烟气脱酸系统，在中和塔内采用水泥窑系统产生的窑灰进行中和脱酸处理；经中和脱酸后的烟气采用旋风收尘器收尘后，再用排风机送入水泥窑窑尾烟室；

优选地，所述窑灰为水泥窑窑尾的余热锅炉进行余热回收后的窑灰，窑灰首先通过链式输送机12输送到窑灰仓进行储存，然后经过计量喂料机构喂料输入中和塔内；

本步骤(4)中和塔脱酸原理是：因为从立式热解炉中排出的烟气通常含有含氟、含磷化合物有害酸性气体，而水泥窑灰基本成分为强碱性的CaCO3和少量CaO，而且数量巨大，两者酸碱中和实现烟气脱酸；

中和塔中水泥窑灰可以采用过量加入，同时中和塔内通入一定的水雾，确保中和完全；

通过中和塔吸收含氟、含磷化合物有害酸性气体后的水泥窑灰采用输送设备送到生料库，返回水泥系统仍能作为水泥原材料使用。

步骤(5)、固体混合渣的提炼：对步骤(3)中得到的固体混合渣进行有价元素提炼；

步骤(6)、水泥窑协同处理：

从步骤(4)排出的脱酸后的烟气通过排风机送入水泥窑窑尾烟室后，脱酸后的烟气中残留的含氟、含磷化合物有害酸性气体和有机物在水泥窑窑尾烟室内经过900-1200℃左右高温彻底焚烧，并在回转窑大量强碱性的CaO环境下完全吸收固化成钙盐进入水泥熟料。

进一步地，上述步骤(1)中，

预处理具体是对由多个电池组合的电池包进行人工解除组合，以便保证破碎机进口尺寸要求；并对电池进行人工放电，去除残电。

进一步地，步骤(1)中，具体地，上述废弃锂离子电池可以采用汽车运输储存。

进一步地，步骤(1)中，废弃锂电池储存装置具体可以为堆棚，堆棚内设置强制通风系统和防潮地面，可以确保棚内干燥并通风良好。

进一步地，从步骤(3)立式热解炉的上部的蒸汽出口出来的蒸发气体中，含有有机溶剂在200℃左右蒸发的产物，通过冷凝器降温后冷凝成液体再回收成有机溶剂进入有机溶剂回收仓；不能冷凝的气体部分与热蒸汽一起再次进入立式热解炉内，实现热量循环。

进一步地，上述步骤(3)中，立式热解炉的右炉体的炉膛所需燃料采用燃料油或CH基团的其他燃料，具体可以是柴油、天然气等，以防止产生大量灰渣影响固态混合渣的纯度。

进一步地，上述步骤(3)中，立式热解炉的右炉体下部的炉膛所需助燃空气从底部冷空气入口由鼓风机鼓入自然风，自然风从底部进入后与烧结后的混合渣进行热交换，一方面提升入窑风温，回收热量，另一方面冷却混合渣。

进一步地，上述步骤(3)中，立式热解炉的混合渣块料通过出渣机构的挤压破碎成小尺寸颗粒物料，然后从混合渣出口排出，卸料管具有密封作用，防止跑风。

进一步地，水泥窑还能将步骤(4)中中和塔内吸收了含氟、含磷化合物后的窑灰，以及步骤(5)中有价元素提炼后的剩余残渣完全吸纳作为水泥原料，在回转窑内高温烧结成水泥熟料，实现终极处理。

进一步地，步骤(6)还包括：经中和塔处理脱酸后的烟气与水泥窑系统本身产生的烟气一起进入水泥窑尾系统进行脱硫、脱硝、除尘后排放，如此可以实现达标排放。

进一步地，

上述方法中，在各蒸汽管道进出口和热风管道进出口设置压力、温度和流量监测仪表，立式热解炉的混合渣料斗内设置灰渣温度测量仪提供运行中的适时在线监测数据，通过变送器将各数据传送到外部的控制系统实施模拟控制，自动调配风量、进料量和卸料速度，实现自动化操作。

进一步地，立式热解炉上部蒸汽出口出来的200℃左右的有机溶剂，通过冷凝器降温后冷凝成液体进入有机溶剂回收罐储存；不能冷凝的气体与热蒸汽一起再进入炉内。

进一步地，废弃锂离子电池分解所需高温蒸汽使用水泥窑系统余热锅炉发电后的水蒸汽，通过蒸汽风机从立式热解炉的高温蒸汽入口泵入炉内。

通过采用以上技术方案可以实现对废弃锂离子电池的无害化、资源化处置，该系统具有以下特点：

1、本实用新型设计一种废弃锂离子电池破碎的无水无氧双轴破碎机，采用惰性气体(氮气或二氧化碳气体)驱离双轴破碎机中的空气及水汽，有效防止电池解体时电解质LiPF6、有机溶剂的氧化和水解，实现电池破碎解体作业在无水无氧的环境下完成。

2、本实用新型设计一种废弃锂离子电池的立式热解炉，实现对废弃电池中相关物质的气化和分解，并得到稳定的固体混合渣。物料进入立式热解炉，物料经过高温蒸发有机溶剂、通过冷凝器换热后冷凝成液体回收到有机溶剂仓内；在高温蒸汽作用下可以将LiPF6转化成 HF和氟化磷气体进入烟气，然后通过喷入有机燃料在助燃空气的作用下高温引燃电池中的碳粉及可燃物质，使之完全氧化燃烧。烧结后形成稳定的含有金属氧化物、金属氟化物以及磷酸盐的固体混合渣，这些固体混合渣经冷却破碎后排出炉外存放，进一步进行有价元素的提炼。

本技术方案中的立式热解炉内，由于炉外各烟气出口处抽风机的作用可以形成上部蒸发区(蒸发室)与热分解区(分解室)的有效分割，下部气体不会进入上部蒸发区内，从而保持上部蒸发区的无氧和无水的蒸发。

3、本实用新型利用水泥窑系统协同处理烟气，实现清洁生产；利用从水泥窑尾余热锅炉收集的窑灰中和从立式热解炉排放烟气中的含氟、含磷化合物气体，并利用旋风收尘器收集烟气中的窑灰，窑灰中的主要成分CaCO3和少量CaO的强碱性，在烟气中喷人适量水分可以加速其中和反应。

少量的未反应的含氟、含磷化合物气体与烟气一道进入水泥窑系统，再由水泥窑内大量的CaO进行中和和固化。烟气中由于一部分有机溶剂和隔膜等物质的分解可能产生有机气体存在，进入水泥窑内1000℃左右高温环境中将彻底焚烧干净，不会存在污染。

4、本实用新型利用水泥窑协同处理所产生的固体废渣，完全实现固体废弃物零排放。从烟气中通过中和的含氟、含磷化合物气体，气固分离后得到含有CaF2和Ca3(PO4)2固体废料；通过对固体混合渣的处理也会得到含有微量重金属化合物的固体废料。这些回收的固体废料由于绝对量相对水泥生产来说十分微少，不会影响水泥质量和水泥生产，可以作为原料返回水泥窑系统煅烧成为水泥。同时少量的CaF2和Ca3(PO4)2是非常好的助熔剂，有利于水泥熟料的烧成。微量重金属通过高温烧结固化在水泥熟料的玻璃相中，不会存在浸出风险。

5、本实用新型利用水泥窑余热发电系统发电后的水蒸汽水解LiPF6，可以节约能源，降低成本。

6、本实用新型还能对经过立式热解炉高温烧结后形成的固体混合渣，采用简单方法，实现低成本回收有价元素。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例水泥窑协同处置废弃锂离子电池系统的的整体工艺流程图；

图2为本实用新型实施例无水无氧双轴破碎机的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例1无水无氧双轴破碎机的对辊破碎机构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例1无水无氧双轴破碎机的动辊(从动辊)的结构示意图；

图5为本实用新型实施例2无水无氧双轴破碎机的对辊破碎机构的结构示意图；

图6为本实用新型实施例2无水无氧双轴破碎机的动辊(从动辊)的结构示意图；

图7为本实用新型实施例立式热解炉的整体结构示意图；

图8为本实用新型实施例立式热解炉的出渣机构的结构示意图；

上述附图标记：

1、堆棚；2、皮带输送机；3、无水无氧双轴破碎机；4、氮气系统；5、立式热解炉；6、冷凝器；7、蒸汽风机；8、鼓风机；9、中和塔；10、旋风收尘器；11、排风机；12、链式输送机；13、窑灰仓；14、计量喂料机构；15；油罐；16、水箱；17、钙化合物渣仓；18、混合渣仓；19、余热锅炉；20、有机溶剂回收仓；21、水泥窑窑尾烟室；22、回转窑；23、汽轮机；

B1-B3、泵；F1-F4、气体流量阀；T1-T3、液体物料阀；Z1-Z5、固体物料阀；C1-C5、第一级到第五级旋风预热器；

501、渣料入口；502、混合渣出口；503、高温蒸汽入口；504、冷空气入口；505、低温蒸汽出口；506、烟气出口；507、燃料入口；508、蒸发室；509、烟气室；510、分解室；511、炉膛；512、上隔墙；513、倾斜隔板；514、上部隔墙开口；515、下部隔墙开口；516、固定炉箅子；517、观察门；518、耐磨环形钢衬；519、操作台；520、传动立轴；521、驱动机构； 522、混合渣料斗；523、塔式炉箅子；524、下隔墙；525、卸料管；

301、进料口；302、惰性气体入口；303、稳料仓；304、机壳；305、从动辊；306、动辊；307、轴承；308、传动机构；309、推力压紧机构；310、出料斗；311、出料口；312、接地机构；313、真空抽吸接口；314、受料斗；G1、母辊；G2、套辊；G3、主轴。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对实用新型进一步说明，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1-4、7-8所示，本实施例提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，具体包括：堆棚1，无水无氧双轴破碎机3，立式热解炉5，中和塔9，有价元素的提炼系统和水泥窑系统；堆棚1通过皮带输送机2连接至无水无氧双轴破碎机3的进料口301；无水无氧双轴破碎机3的出料口311连接至立式热解炉5的渣料入口501；立式热解炉5的烟气出口506 与中和塔9连接；立式热解炉5的混合渣出口502通过输料管与有价元素提炼系统连接；中和塔9的脱酸烟气出口与水泥窑系统的水泥窑窑尾烟室连接。

本实施例中的无水无氧双轴破碎机，如图3、4所示，具体包括：

进料机构、出料机构、对辊破碎机构、传动机构308和机壳304；所述进料机构固定设置在机壳的顶部，出料机构固定设置在机壳的底部，机壳内形成破碎腔，对辊破碎机构、传动机构308均设置在机壳内，传动机构308与对辊破碎机构连接；

所述进料机构设有稳料仓303、进料口301、惰性气体入口302、受料斗314，稳料仓303 分别与进料口301、惰性气体入口302连通，稳料仓303的出口端连通受料斗314的进口端，受料斗314的出口端与机壳304顶部连接，并能连通至机壳304内的破碎腔；机壳304上还设有真空抽吸接口313；

所述出料机构包括出料斗310，出料斗310的底部设有出料口311；

所述破碎机的受料斗314、破碎腔及出料斗314的腔体为一密封整体，三者之间通过气动闸阀连接控制给料和出料；

进料机构、出料机构及对辊破碎机构的竖向对称中心在同一条直线上。

本实施例中：由于破碎机的受料斗、破碎腔、出料斗三者之间构成可密封整体，破碎过程中不会进入氧气和水汽，可以有效防止废弃锂离子电池中的有机溶剂、LiPF6在破碎过程中氧化水解；同时，在作业时，还能先用抽吸机通过真空抽吸接口313将上述密封整体抽吸为真空状态，并在上述密封整体内通入惰性气体，惰性气体采用氮气或者二氧化碳等，本实施例中从外部的氮气系统4通入氮气，破碎作业时通入氮气，能使破碎作业在微正压下运行，防止空气进入，保证无水无氧破碎解体。

作为优选实施例，本实施例的无水无氧双轴破碎机3中，进料机构的受料斗314、出料机构的出料斗310与机壳304的安装连接处设置密封垫层，可以有效防止漏风跑气，提高密封性能。

所述对辊破碎机构包括动辊306和从动辊305，动辊306和从动辊305均包括母辊G1、套辊G2、主轴G3以及轴承307，套辊G2紧密配合包裹母辊G1，母辊G1与主轴G3为整体铸件，主轴G3与轴承307连接，轴承307通过螺栓固定在机壳304上。

传动机构308包括电动机和减速机，所述电动机与动辊306的主轴G3相连，带动动辊 306运动，动辊306在摩擦力的作用下带动从动辊305转动；动辊306和从动辊305的套辊动辊G2外周面形成破碎辊面。

无水无氧双轴破碎机3还包括推力压紧机构309，推力压紧机构309主要由强力弹簧组成，推力压紧机构309的一端固定在机壳304上，其另一端与动辊306和从动辊305的一端固定连接，实现动辊306和从动辊305压紧连接。

为了增加破碎辊面破碎和切割金属的能力，动辊306和从动辊305的套辊G2外周设有锯齿状的破碎齿(如图3-4所示)，动辊306的套辊G2与从动辊305的套辊G2的破碎齿之间啮合安装连接，有利于破碎和撕碎物料。

破碎辊面和破碎齿均采用高强耐磨材料。

机壳304的下部还设有机架，机壳304下部通过机架与混凝土基础相连，固定于地面和路面上。

机壳304上还设有接地机构312，接地机构312通过电线与金属埋件连接，实现接地去除静电。

无水无氧双轴破碎机3可采用高强度金属垃圾破碎机改装。

本实施例中的水泥窑系统处置废弃锂离子电池的系统还包括：冷凝器6，冷凝器6与立式热解炉5的低温蒸汽出口505连接。

中和塔3设有窑灰入口和窑灰出口，窑灰入口与水泥窑系统的余热锅炉19出口的窑灰仓 13连接；所述窑灰出口与水泥窑系统的水泥窑进料口连接。

立式热解炉5的高温蒸汽入口503与水泥窑系统的余热锅炉19的蒸汽出口连接。

所述水泥窑系统处置废弃锂离子电池的系统还包括设置在水泥窑系统尾部的五级旋风预热器C1-C5。

立式热解炉5具体包括：炉本体，所述炉本体为由外部整体机壳构成的一个立式整体，包括由中间隔墙分隔而成的左炉体和右炉体；

左炉体由上往下包括蒸发室508、酸化分解室510；其上部设有渣料入口501和低温蒸汽出口505；左炉体的下部设有高温蒸汽入口503和固定炉箅子516；

右炉体包括由倾斜隔板513分隔而成的上部的烟气室509和下部的炉膛511；

所述中间隔墙包括上隔墙512和下隔墙524，上隔墙512的底端与倾斜隔板513的上端面之间为上部隔墙开口514，用于高温烟气进入烟气室509；下隔墙524的顶端与倾斜隔板 513的下端面之间为下部隔墙开口515，用于混合渣卸出；

固定炉箅子516倾斜设置，其一端固定在机壳上，另一端固定在下隔墙524的顶端；固定炉箅子516覆盖整个左炉体截面，固定炉箅子516两侧边也与机壳相连。

右炉体的烟气室509通过上部隔墙开口513与左炉体相连，便于引出烟气；烟气室509 的上部设置烟气出口506，烟气进入烟气室509进行粉尘的沉降分离后从烟气出口506排出炉外；沉积分离后的粉尘顺着倾斜隔板513的表面从下部隔墙开口515落入混合渣料斗522 内；

右炉体的炉膛511通过下部隔墙开口515与左炉体相连，炉膛511右侧设有燃料入口507，炉膛511底部设置出渣机构和冷空气入口504。

立式热解炉5中，炉膛511右侧还设有观察门517和操作台519。

所述出渣机构包括：可转动的塔式炉箅子523、传动立轴520、驱动机构521、混合渣料斗522、卸料管525、混合渣出口502、耐磨环形钢衬518；塔式炉箅子523与驱动机构521 通过传动立轴520相连；混合渣料斗522固定在炉体机壳上，混合渣料斗522下部与卸料管 525相连，其上部与耐磨环形钢衬518相连，卸料管525连通混合渣料斗522和混合渣出口 502，冷空气入口504设置在混合渣料斗522上，冷空气入口通过穿过混合渣料斗522的冷风管道连通至塔式炉箅子底部。

所述驱动机构包括减速机和电动机，驱动机构直接固定安装在外部的混凝土支座上。

固定炉箅子516为特种陶瓷多孔板或特种耐高温防腐不锈钢多孔板；固定炉箅子516的倾斜角度优选为为35-60°。

所述机壳包括钢制机壳本体、覆盖在机壳本体上的保温材料层和覆盖在保温材料层上的耐火砖层。具体生产制作时，即在钢制机壳本体上贴加保温材料后再砌筑耐火材料，并根据窑内物质酸碱性能可选择耐酸或耐碱耐火材料。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，

为了增加破碎辊面破碎和切割金属的能力，动辊306和从动辊305的套辊G2外周设置的破碎齿为凹凸状的破碎齿(如图5-6所示)，动辊306的套辊G2与从动辊305的套辊G2 的凹凸状的破碎齿之间啮合安装连接，有利于破碎和撕碎物料。

上述实施例1和实施例2提供的水泥窑协同处置废弃锂离子电池系统的处置方法，包括：废弃锂离子电池储存、分类与预处理；无水无氧破碎解体；蒸发分解烧结；烟气中和脱酸、固体混合渣有价元素提炼和水泥窑协同处理，具体工艺步骤如下：

步骤(1)、废弃锂离子电池储存、分类与预处理：

将废弃锂离子电池储存在堆棚1内；然后对储存的废弃锂离子电池分类后，进行解除组合、放电预处理，将预处理好的废弃锂离子电池通过皮带输送机2输送到下一工序；

步骤(2)、无水无氧破碎解体：

经步骤(1)预处理后输送过来的废弃锂离子电池，均匀地输送到无水无氧双轴破碎机3 进行无水无氧破碎解体；破碎后的废弃锂离子电池渣料直接通过无水无氧双轴破碎机3的底部的出料口311落入下一工序；本实施例中采用的是无水无氧破碎解体；

步骤(3)、蒸发分解烧结：

经过步骤(2)无水无氧破碎解体的废弃锂离子电池渣料从立式热解炉5炉体上部的渣料入口501进入炉内，渣料在自身重力的作用下，从炉体上部缓慢往下部移动，渣料自上而下通过蒸发、分解、烧结和冷却，烧结成稳定的固体混合渣从混合渣出口502卸出，固体混合渣进入下一工序处理；炉内通过高温蒸汽入口503通过高温蒸汽，同时通过燃料入口507通入碳质燃料，高温蒸汽和碳质燃料在从冷空气入口504通入的助燃空气的作用下燃烧，使炉内温度保持在不低于200℃；经高温蒸汽热解后的烟气从立式热解炉5的烟气出口506排出进入下一工序脱酸；

步骤(4)、烟气中和脱酸：

从立式热解炉5排出的烟气进入烟气脱酸系统，在中和塔9内采用水泥窑系统产生的窑灰进行中和脱酸处理；本实施例中具体是：水泥窑窑尾的余热锅炉19余热回收后的窑灰，窑灰首先通过链式输送机12输送到窑灰仓13进行储存，然后经过计量喂料机构14喂料输入中和塔9内，经中和脱酸后的烟气采用旋风收尘器10收尘后，再用排风机11送入水泥窑窑尾烟室21；

本步骤(4)中和塔脱酸原理是：因为从立式热解炉5中排出的烟气通常含有含氟、含磷化合物等酸性气体，而水泥窑灰基本成分为强碱性的CaCO3和少量CaO，而且数量巨大，两者酸碱中和实现烟气脱酸；

中和塔9中水泥窑灰可以采用过量加入，同时中和塔9内通入一定的水雾，确保中和完全；

通过中和塔9吸收含氟、含磷化合物气体后的水泥窑灰采用输送设备送到钙化合物渣仓 17(生料库)，最后返回水泥系统的水泥配料站作为水泥原材料使用。

步骤(5)、固体混合渣提炼：步骤(3)中得到的固体混合渣，储存在混合渣仓18内，待进行有价元素的提炼；

步骤(6)、水泥窑协同处理：

从步骤(4)排出的脱酸后的烟气通过排风机11送入水泥窑窑尾烟室21后，脱酸后的烟气中残留的含氟、含磷化合物气体和有机物在水泥窑窑尾烟室21内经过900-1200℃左右高温彻底焚烧，并在回转窑22大量强碱性的CaO环境下完全吸收固化成钙盐进入水泥熟料。

上述步骤(1)中，

上述废弃锂离子电池可以采用汽车运输储存在堆棚1内，堆棚1内设置强制通风系统和防潮地面，可以确保棚内干燥并通风良好。预处理具体是对由多个电池组合的电池包进行人工解除组合，以便保证无水无氧双轴破碎机3进口尺寸的要求；并对大电池进行人工放电，去除残电。

从步骤(3)立式热解炉5的上部的蒸发气体出口出来的蒸发气体中，含有有机溶剂在 200℃左右蒸发的产物，通过冷凝器降温后冷凝成液体再回收成有机溶剂进入有机溶剂回收仓；不能冷凝的气体部分与热蒸汽一起再次进入立式热解炉内，实现热量循环。

上述步骤(3)中，立式热解炉5的右炉体的炉膛511所需燃料采用柴油，能防止产生大量灰渣影响固体混合渣的纯度。

上述步骤(3)中，立式热解炉5的右炉体下部的炉膛511所需助燃空气从底部冷空气入口504由鼓风机8鼓入自然风，自然风从底部进入后与烧结后的固体混合渣进行热交换，一方面提升入窑风温，回收热量，另一方面冷却固体混合渣。

上述步骤(3)中，立式热解炉的固体混合渣块料通过出渣机构的挤压破碎成小尺寸颗粒物料，然后从混合渣出口502排出，卸料管525具有密封作用，防止跑风。

水泥窑还能将步骤(4)中中和塔9内吸收了含氟、含磷化合物气体后的窑灰，以及步骤 (5)中有价元素提炼后的剩余残渣完全吸纳作为水泥原料，在回转窑22内高温烧结成水泥熟料，实现终极处理。

步骤(6)还包括：经中和塔处理脱酸后的烟气与水泥窑系统本身产生的烟气一起进入水泥窑尾系统进行脱硫、脱硝、除尘后排放，如此可以实现达标排放。

上述方法中，在各蒸汽进出口设置压力、温度和流量监测仪表，立式热解炉的混合渣料斗内设置灰渣温度测量仪提供运行中的适时在线监测数据，通过变送器将各数据传送到外部的控制系统实施模拟控制，自动调配风量、进料量和卸料速度，实现自动化操作。

各液体物料进出口设置液体物料阀T1-T4，分别用于冷凝器出水管路；冷凝器有机溶剂输出管路；柴油输送管路；

各固体物料进出口设置固体物料阀Z1-Z5，分别用于分别用于废弃锂离子电池进料口；无水无氧双轴破碎机的混合渣出口；中和塔的窑灰出口；旋风收尘器出口；窑灰仓出料口；

各气体进出口设置气体流量阀F1-F4，分别用于氮气输送管路；水泥窑系统余热锅炉蒸汽管路；立式热解炉的低温蒸汽出口管路；旋风排尘器排风管路；

B1、B2为水泵，分别用于将水箱16中的水泵入冷凝器和中和塔，B3为油泵，将油罐 15中的柴油通过立式热解炉5的燃气入口507送入炉内。

余热锅炉19的蒸汽出口设置汽轮机23。

立式热解炉5上部低温蒸汽出口505出来的200℃左右蒸发的有机溶剂产物，通过冷凝器6降温后冷凝成液体再回收成有机溶剂进入有机溶剂回收仓20；不能冷凝的气体与热蒸汽一起再进入炉内。

废弃锂离子电池分解所需高温蒸汽使用水泥窑系统余热锅炉19发电后的水蒸汽，通过蒸汽风机7从立式热解炉5的高温蒸汽入口泵入炉内。

通过本实用新型提供的技术方案可以实现对废弃锂离子电池的无害化、资源化处置，本实用新型系统中采用的用于废弃锂离子电池破碎的无水无氧双轴破碎机3，采用氮气(或其他惰性气体，如二氧化碳气体等)驱离无水无氧双轴破碎机空气中的氧气和水份，能有效防止废气锂离子电池分离解体时电解质LiPF6、有机溶剂的氧化和水解，实现废气锂离子电池破碎解体作业在无水无氧的环境下完成。

本实用新型提供的立式热解炉5能实现对废弃锂离子电池的气化和分解，并得到稳定的固体混合渣。物料进入立式热解炉5，经过高温蒸发有部分有机溶剂蒸发变成气体，有机溶剂通过冷凝器6从蒸发气体中冷凝成液体回收到有机溶剂回收仓20内；在高温蒸汽作用下可以分解LiPF6，使其转化为含氟、含磷化合物气体进入烟气，然后通过喷入有机燃料在助燃空气的作用下高温引燃锂离子电池中的可燃物质，使之完全燃烧氧化，烧结后形成稳定的氟盐或磷酸盐固体混合渣，这些固体混合渣经冷却破碎后排出炉外存放，可以进行有价元素的提炼。

立式热解炉5内，由于炉外各蒸汽出口连接抽风机7和烟气出口处连接的抽风机11的作用可以形成上部蒸发区(蒸发室508)与热分解区(酸化分解室510)的有效分割，下部气体不会进入上部蒸发区内，从而保持上部蒸发区的无氧和无水蒸发。

本实用新型利用水泥窑系统协同处理烟气，实现清洁生产；利用从水泥窑尾余热锅炉19 收集的窑灰中和从立式热解炉5排放烟气中的含氟、含磷化合物气体，并利用旋风收尘器10 收集烟气中的窑灰，窑灰中的主要成分CaCO3和少量CaO的强碱性，在烟气中喷入适量水分可以加速其中和反应(利用泵B2从水箱16泵入水，从中和塔9的顶部喷出)。少量的未反应的含氟、含磷化合物气体与烟气一道进入水泥窑系统，再由水泥窑内大量的CaO进行中和和固化。烟气中的少量可燃物质进入水泥窑内1000℃左右高温环境中将彻底焚烧干净，不会存在污染。

本实用新型还利用水泥窑协同处理所产生的固体废渣，完全实现固体废弃物零排放。从烟气中通过中和的含氟、含磷化合物气体，气固分离后得到含有CaF2和Ca3(PO4)2固体废料；通过对固体混合渣的处理也会得到含有微量金属化合物的固体废料。这些回收的固体废料由于绝对量相对水泥生产来说十分微少，不会影响水泥质量和水泥生产，可以作为原料返回水泥窑系统煅烧成为水泥。同时少量的CaF2和Ca3(PO4)2是非常好的助熔剂，有利于水泥熟料的烧成。微量重金属通过高温烧结固化在水泥熟料的玻璃相中，不会存在浸出风险。

本实用新型利用水泥窑余热发电系统发电后的水蒸汽作为转化LiPF6的原料，可降低成本。本实用新型还能对经过立式热解炉5高温烧结后形成的固体混合渣，采用简单方法，实现低成本回收有价元素。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。