一种环保型废锂电池回收处理系统的制作方法

本发明涉及废旧电池处理领域，尤其涉及一种无废气排放的废旧锂电池回收处理系统。

背景技术：

锂电池主要由外壳、正极、负极、电解液与隔膜组成，正极是通过起粘结作用的pvdf将钴酸锂粉末涂布于铝箔集流体两侧构成；负极结构与正极类似，由碳粉粘结于铜箔集流体两侧构成。锂离子电池具有电压高、比容量大、寿命长和无记忆效应等显著优点，自其商业化以来便快速占领了便携式电子电器设备的动力源市场，且产量逐年增大。使用寿命约3～8年，报废后的锂电池，如处理处置不当，其所含的六氟磷酸锂、碳酸酯类有机溶剂在一定湿度空气中具有毒性。而另一方面，废锂电池中的钴、锂、铜、金属外壳、镍片，含锂化合物和塑料隔膜等均是宝贵资源，具有极高的回收价值。因此，对废锂电池进行科学有效的处理，不仅具有显著的环境效益，而且具有良好的经济效益。常用的废锂电池资源化方法包括湿法冶金、火法冶金及机械物理法。相比于湿法及火法，机械物理法无需使用化学试剂，且能耗更低，是一种环境友好且高效的方法。

然而现有的处理系统对锂电池破碎处理不够完善，在电池撕碎、破碎和分离过程中，由于六氟磷酸锂与空气中的水分发生分解反应，会产生有害气体，而通过常规的引风管道又不能保证绝对的密封，因此在设备运行过程中会有一定五氟化磷与氟化氢气体外漏，危害环境与人身健康。

目前电池外壳收集是采用在传送带端部加设磁辊的方式，利用磁力将铁质外壳从破碎的混合料中吸出，但此种方式对无磁不锈钢外壳电池无能为力，因为这种外壳不导磁。而且通过分选设备的得到的铜铝颗粒为混合料，没有进一步分离，为后续的利用带来一定困难。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种无有害气体排放的环保型废锂电池回收处理系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种环保型废锂电池回收处理系统,包括电池破碎装置，所述电池破碎装置连接有真空加热/水解脱液装置，所述电池破碎装置和所述真空加热/水解脱液装置连接有有害气体处理装置；

所述真空加热/水解脱液装置的碎片出料端口连接有二次破碎装置，所述二次破碎装置连接有气流分选机，所述气流分选机连接有隔膜回收装置，所述二次破碎装置、所述气流分选机和所述隔膜回收装置均与第一除尘装置连接；

所述气流分选机连接有外壳分选输送装置，所述外壳分选输送装置的后方安装有粉碎机，所述粉碎机的出料端连接有分析机，所述分析机的极片颗粒出料端连接有摇摆筛，所述分析机的粉料出口连接有第二除尘装置；所述摇摆筛的中部出口连接有研磨机，所述研磨机的出料口连接有研磨集料器，所述研磨集料器的顶端粉料出口连接有第三除尘装置，所述研磨集料器的底端开口连接有旋振筛。

作为一种优选的技术方案，所述电池破碎装置包括电池上料机，所述电池上料机的出料端连接有撕碎机。

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/水解脱液罐体，所述真空加热/水解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/水解脱液罐体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/水解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/水解脱液罐体内的液体管，所述真空加热/水解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。

作为一种优选的技术方案，所述有害气体处理装置包括与所述电池破碎装置的出气端口和所述真空加热/水解脱液装置的出气端口连接的气体过滤器，所述气体过滤器连接有气体冷凝器，所述气体冷凝器通过真空泵连接有碱液喷淋装置，所述碱液喷淋装置的出气端口连接有活性炭吸附箱，所述活性炭吸附箱的连接有净气排放管；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。

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；

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，所述二次破碎装置包括破碎机，所述破碎机与所述真空加热/水解脱液装置的碎片出料端口之间安装有螺旋上料机。

作为一种优选的技术方案，所述隔膜回收装置包括隔膜回收箱，所述气流分选机的顶端设置有隔膜排料口，所述隔膜排料口通过隔膜引风管道与所述隔膜回收箱连通，所述隔膜引风管道上安装有隔膜引风机。

作为一种优选的技术方案，所述第一除尘装置包括与所述二次破碎装置连接的第一集料器，所述第一集料器的顶端出口通过管道连接有第一脉冲除尘器，所述第一脉冲除尘器上安装有第一引风机，所述第一集料器的底端出料口与所述气流分选机连通，所述隔膜回收箱的顶端出料口通过管道与所述第一脉冲除尘器连接。

作为一种优选的技术方案，所述外壳分选输送装置包括输送机，所述输送机的出料端口安装有磁辊，所述输送机的出料端口下方安装有将轻质碎片吹入粉碎机的吹风机，所述输送机的出料端口下方安装有落料收集斗。

作为一种优选的技术方案，所述第二除尘装置包括与所述分析机连接的第二集料器，所述第二集料器的顶端出口连接有第二脉冲除尘器，所述第二脉冲除尘器上安装有第二引风机；

所述第三除尘装置包括与所述研磨集料器连接的第三集料器，所述第三集料器的顶端出口连接有第三脉冲除尘器，所述第三脉冲除尘器上安装有第三引风机。

由于采用了上述技术方案，一种环保型废锂电池回收处理系统,包括电池破碎装置，所述电池破碎装置连接有真空加热/水解脱液装置，所述电池破碎装置和所述真空加热/水解脱液装置连接有有害气体处理装置；所述真空加热/水解脱液装置的碎片出料端口连接有二次破碎装置，所述二次破碎装置连接有气流分选机，所述气流分选机连接有隔膜回收装置，所述二次破碎装置、所述气流分选机和所述隔膜回收装置均与第一除尘装置连接；所述气流分选机连接有外壳分选输送装置，所述外壳分选输送装置的后方安装有粉碎机，所述粉碎机的出料端连接有分析机，所述分析机的极片颗粒出料端连接有摇摆筛，所述分析机的粉料出口连接有第二除尘装置；所述摇摆筛的中部出口连接有研磨机，所述研磨机的出料口连接有研磨集料器，所述研磨集料器的顶端粉料出口连接有第三除尘装置，所述研磨集料器的底端开口连接有旋振筛；本发明实现了废锂电池的无废气破碎回收，解决了现有锂电回收技术中存在的由于六氟磷酸锂分解而产生的有害气体泄漏问题，在极片处理前端就将碳酸酯类电解液溶剂清理干净，更利于后续极片的破碎与纯净分离；解决了现有技术中电池不锈钢外壳分选的问题，采用比重分选的方式将不锈钢外壳分离；利用比重液最终将铜铝颗粒完全分离；该锂电池回收处理系统污染小、效率高，处理工艺合理，处理过程环境污染小，回收率高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例碎片筛选分离部分相关设备的结构示意图；

图2是本发明实施例电解液无害化脱除装置的结构示意图一；

图3是本发明实施例电解液无害化脱除装置的结构示意图二；

图4是本发明实施例外壳分选输送装置的结构示意图；

图5是本发明实施例流程图；

图中：11-破碎机；12-螺旋上料机；13-气流分选机；14-粉碎机；15-分析机；16-摇摆筛；17-研磨机；18-研磨集料器；19-旋振筛；21-撕碎机；22-真空加热/水解脱液罐体；23-气体过滤器；24-气体冷凝器；25-制冷机；26-喷淋液冷凝器；27-真空泵；28-净气排放管；29-电池上料机；31-液体箱；32-液体管；41-碱液喷淋塔；42-碱液循环箱；51-气体循环管；52-管道风机；6-活性炭吸附箱；71-隔膜回收箱；72-隔膜引风机；73-第一集料器；74-第一脉冲除尘器；75-第一引风机；81-输送机；82-磁辊；83-吹风机；84-落料收集仓；91-第二集料器；92-第二脉冲除尘器；93-第二引风机；94-第三集料器；95-第三脉冲除尘器；96-第三引风机；97-黑粉储料仓。

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。

如图1和图2所示，一种环保型废锂电池回收处理系统,包括电池破碎装置，所述电池破碎装置连接有真空加热/水解脱液装置，所述电池破碎装置和所述真空加热/水解脱液装置连接有有害气体处理装置；所述真空加热/水解脱液装置的碎片出料端口连接有二次破碎装置，所述二次破碎装置连接有气流分选机13，所述气流分选机13连接有隔膜回收装置，所述二次破碎装置、所述气流分选机13和所述隔膜回收装置均与第一除尘装置连接；所述气流分选机13连接有外壳分选输送装置，所述外壳分选输送装置的后方安装有粉碎机14，所述粉碎机14的出料端连接有分析机15，所述分析机15的极片颗粒出料端连接有摇摆筛16，所述分析机15的粉料出口连接有第二除尘装置；所述摇摆筛16的中部出口连接有研磨机17，所述研磨机17的出料口连接有研磨集料器18，所述研磨集料器18的顶端粉料出口连接有第三除尘装置，所述研磨集料器18的底端开口连接有旋振筛19。所述摇摆筛16包括三个出料口，顶部出料口用于筛出大颗粒铜铝颗粒，底部出料口用于筛出黑粉，中部出料口筛出通过比重分离不开的物料。

锂电池回收处理过程中产生的黑粉通过管道收集到黑粉收集仓内，第一除尘装置、第二除尘装置、第三除尘装置、摇摆筛16和旋振筛19的黑粉排料端口均通过管道与黑粉收集仓连通。

如图3所示，所述电池破碎装置包括电池上料机29，所述电池上料机29的出料端连接有撕碎机21。所述真空加热/水解脱液装置包括真空加热/水解脱液罐体22，所述真空加热/水解脱液罐体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/水解脱液罐体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/水解脱液罐体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/水解脱液罐体22内的液体管32，所述真空加热/水解脱液罐体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/压力/湿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。

如图3所示，所述有害气体处理装置包括与所述电池破碎装置的出气端口和所述真空加热/水解脱液装置的出气端口连接的气体过滤器23，所述电池破碎装置的出气端口和所述真空加热/水解脱液装置的出气端口均安装有负压吸附阀门，所述气体过滤器23连接有气体冷凝器24，所述气体冷凝器24通过真空泵27连接有碱液喷淋装置，所述碱液喷淋装置的出气端口连接有活性炭吸附箱6，所述活性炭吸附箱6的连接有净气排放管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。

如图3所示，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。

如图1所示，所述二次破碎装置包括破碎机11，所述破碎机11与所述真空加热/水解脱液装置的碎片出料端口之间安装有螺旋上料机12。

所述隔膜回收装置包括隔膜回收箱71，所述气流分选机13的顶端设置有隔膜排料口，所述隔膜排料口通过隔膜引风管道与所述隔膜回收箱71连通，所述隔膜引风管道上安装有隔膜引风机72。

所述第一除尘装置包括与所述二次破碎装置连接的第一集料器73，所述第一集料器73的顶端出口通过管道连接有第一脉冲除尘器74，所述第一脉冲除尘器74上安装有第一引风机75，所述第一集料器73的底端出料口与所述气流分选机13连通，所述隔膜回收箱71的顶端出料口通过管道与所述第一脉冲除尘器74连接。

如图4所示，所述外壳分选输送装置包括输送机81，所述输送机81的出料端口安装有磁辊82，所述输送机81的出料端口下方安装有将轻质碎片吹入粉碎机14的吹风机83，所述输送机81的出料端口下方安装有落料收集斗。

所述第二除尘装置包括与所述分析机15连接的第二集料器91，所述第二集料器91的顶端出口连接有第二脉冲除尘器92，所述第二脉冲除尘器92上安装有第二引风机93；所述第三除尘装置包括与所述研磨集料器18连接的第三集料器94，所述第三集料器94的顶端出口连接有第三脉冲除尘器95，所述第三脉冲除尘器95上安装有第三引风机96。所述第二集料器91和所述第三集料器94的底端出料口通过螺旋铰刀连接，所述螺旋铰刀的出料口与所述黑粉收集仓连通。

整个废锂电池回收过程无有害废气排放，实现环境友好型回收废旧锂电，为实现无废气排放主要采取以下工艺措施：

1、设置一真空加热/水解脱液装置，该脱液装置具有水喷淋、水化分解和加温热解六氟磷酸锂的突出作用，在真空加热/水解脱液罐体22内还能实现均匀搅拌、烘干脱水、真空脱气的功能。将撕碎后的锂电池碎片通过喷洒碱液(如naoh溶液)或纯水进行清洗、搅拌、烘干、真空脱气。六氟磷酸锂与水反应水解和高温(60～80度)热解成为五氟化磷和氟化氢气体，经过真空泵27将真空加热/水解脱液罐体22和电池撕碎机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箱6后无毒排放。通过调整热解和水解次数与搅拌时间，达到对六氟磷酸锂的完全分解、吸收，对于未在真空加热/水解脱液装置内完全吸收的尾气，通过后续配置的碱液喷淋装置，将尾气中的有害成分完全吸收，其中的空气再通过活性炭吸附箱6，将洁净空气排入大气。

真空加热/水解脱液罐体22内电解液发生的反应方程式为：

2、真空抽气系统，即真空泵27，真空加热/水解脱液罐体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。

3、在真空加热/水解脱液罐体22内喷淋较多清水，通过搅拌，使电池碎片中的氟化锂溶解在水溶液内，由罐底阀门排出收集出氟化锂水溶液。

4、在处理工艺前期，为防止撕碎机21上料时，电池撕碎过程中的产生的少量废气排出，在撕碎机21进料顶部设置一负压吸附管道，将产生的少量废气吸收，通过气体过滤器23、气体冷凝器24、真空泵27直接送入碱液喷淋装置，进而进行后续处理。撕碎机21与真空加热/水解脱液装置采用密封措施，保证进出口密封后保证2kg以上压力不漏气。

5、将脱液完成后的干净废锂电池碎片送入破碎机11进行后续处理。由于极片经脱液、烘烤，无残留电解液及脂类有机物，因此最终分离得到的铜、铝等颗粒更洁净。

6、分选电池外壳时采用磁选加风选方式。在输送机81上加设磁辊82的同时，设置一比重风选装置，即吹风机83，不论是铁磁类电池外壳还是无磁类电池外壳都可以分选出来。对于铁磁类电池外壳，利用磁辊82的磁力将铁壳吸附，随着皮带脱离磁辊82，铁磁类外壳跌入落料收集斗中；

7、对于无磁类外壳，采用比重风选方式，在输送带底部设置一吹风机83，在碎片跌落的过程中，轻质的极片被吹进后面的粉碎机14，比重较大的外壳则掉入落料收集斗中。

8、利用离心旋转饱和盐水比重液对得到铜铝颗粒进行再分，得到纯度较高的铜、铝元素颗粒。

如图5所示，基于本系统的主要工艺流程如下：

1.真空加热脱液：分离破碎后的残留在极片中的电解液，得到洁净锂电极片。废旧锂电池通过电池上料机29进入撕碎机21，将锂电池撕碎成大块碎片或条状物，送入下部的具有加热、喷淋与搅拌功能的真空加热/水解脱液罐体22内。上料时，开启与撕碎机21顶部连接的负压吸附阀门，将撕碎时产生的少量粉料与电解液挥发气体抽走，并进入气体过滤器23和气体冷凝器24，在冷却作用下将废气中的碳酸类有机物液化析出，残留气体通过真空泵27送入碱液喷淋塔41中，消除剩余残留有害气体，对于未完全消除的有害气体进一步采用活性炭吸附，最后洁净气体送入排除。

上料结束后，关闭电池上料机29，关闭撕碎机21顶端出气口处安装的负压吸附阀门，关闭撕碎机21进料口，关闭真空加热罐体出料口，同时开启真空加热/水解脱液罐体22内部的碱液喷淋阀门，开启真空加热/水解脱液罐体22内的螺旋搅拌装置，将碱液与电池碎片充分混合，搅拌一定时间或罐内气压达到一定压力后，打开真空加热/水解脱液罐体22出气口端的负压吸附阀门，将真空加热/水解脱液罐体22内部产生废气通过真空管道排入气体冷凝器24，从气体冷凝器24中通过液化作用析出碳酸类有机物并排除，剩余残留尾气进入碱液喷淋塔41进行二次处理，最后进入活性炭吸附箱6，排出过滤后的洁净空气。通过加热、喷淋碱液与抽真空的作用，清除掉极片上的电解质，得到较为洁净的锂电池极片。

2.破碎：通过螺旋上料机12将真空脱液干净的电池碎片送入破碎机11中，进一步破碎为较小碎片；

3.气流分选：将破碎后的锂电池中的隔膜纸通过气流分选机13筛选出来，其他的物料筛选出来进入外壳分选输送机81；

4.外壳分选：外壳一般分为铁质外壳与不锈钢外壳，采用两种方式：

1)磁分选方式，利用铁质外壳的导磁性，在输送机81出料口设置磁辊82，铁质外壳被磁辊82吸附后掉入落料收集斗；

2)比重风选方式：对不导磁的不锈钢外壳采用比重风选，在输送机81出料口下部设置吹风机83，调整吹风机83的风力大小与下落高度，比重大的不锈钢外壳的调下部设置的落料收集斗，比重较轻的极片与塑料被吹入下一级粉碎机14。

5.粉碎：将分离出外壳的碎料、极片碎片进一步粉碎成细小颗粒，并送入分析机15。

6.比重选粉：利用分析机15将进入内部的物料分散开，调节风量与风速，利用颗粒自重，极片颗粒从底部收集送入下一级，粉料从顶部进入第二脉冲除尘装置；

7.铜铝金属分选：利用摇摆筛16将大颗粒铜铝颗粒从摇摆筛16顶部出口分离，比重最轻的粉料从底部分离并送入黑粉收集仓，中部比重分离不开的送入研磨机17、旋振筛19，进而分离出铜铝细颗粒与粉料。

8.铝比重分离：以上分离出的金属颗粒为铜铝混合颗粒粉料，利用铜(密度8.9g/cm3)、铝(密度2.7g/cm3)密度的差异，采用比重液对铜铝进行比重分离。

本发明实现了废锂电池的无废气破碎回收，解决了现有锂电回收技术中存在的由于六氟磷酸锂分解而产生的有害气体泄漏问题，在极片处理前端就将碳酸酯类电解液溶剂清理干净，更利于后续极片的破碎与纯净分离；解决了现有技术中电池不锈钢外壳分选的问题，采用比重分选的方式将不锈钢外壳分离；利用比重液最终将铜铝颗粒完全分离；该锂电池回收工艺与处理系统污染小、效率高，处理工艺合理，处理过程环境污染小，回收率高。

在我国，废旧锂电池无害化和资源化回收利用已经迫在眉睫，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。

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。