废旧三元动力电池处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及危险废弃物处理领域，具体而言，本实用新型涉及一种废旧三元动力电池处理系统。


背景技术：

2.尽管目前针对动力电池回收的研究较多，但应用与实际生产的项目较少，目前所采取的技术路线也存在一些问题，主要体现为：(1)拆解和破碎过程中挥发有机气体(vocs) 大量逸出，污染环境；(2)破碎过程中电池起火问题；(3)电解液中的六氟磷酸锂和有机碳酸酯等物质分解生成具有强烈腐蚀性的氟化氢气体，危害人体的生命健康；(4)pvdf 的粘结效果使得黑粉与电池极片的脱除过程困难，回收率低。由此可见，现有的处理废旧三元动力电池的方法仍有待改进。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出废旧三元动力电池处理系统。该系统可对废旧三元动力电池进行综合处理，具有显著的经济效益和环境效益。
4.在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种废旧三元动力电池处理系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：
5.废旧三元动力电池料仓；
6.破碎装置，所述破碎装置具有废旧三元动力电池入口、湿润粉体出口、粗级金属颗粒出口和废气出口，所述废旧三元动力电池入口与所述废旧三元动力电池料仓相连；
7.干燥装置，所述干燥装置具有湿润粉体入口、干燥介质入口、干燥粉体出口和干燥介质出口，所述湿润粉体入口与所述湿润粉体出口相连；
8.尾气处理装置，所述尾气处理装置与所述废气出口相连；
9.裂解装置，所述裂解装置具有干燥粉体入口、裂解后粉体出口和裂解气出口，所述干燥粉体入口与所述干燥粉体出口相连；
10.洗矿装置，所述洗矿装置具有裂解后粉体入口、含锂溶液出口和洗矿后物料出口，所述裂解后粉体入口与所述裂解后粉体出口相连；
11.磁选装置，所述磁选装置具有洗矿后物料入口、细级金属颗粒出口和磁选后物料出口，所述洗矿后物料入口与所述洗矿后物料出口相连；
12.浮选装置，所述浮选装置具有磁选后物料入口、碳粉出口和正极黑粉出口，所述磁选后物料入口与所述磁选后物料出口相连。
13.采用根据本实用新型上述实施例的系统处理废旧三元动力电池，首先利用破碎装置对废旧三元动力电池进行破碎处理，将其撕碎破裂，使其中的电解液和废气逸出，得到湿润粉体、粗级金属颗粒和废气；其中，废气送至后续装置进行处理，从而降低废旧三元动力电池处理工艺中的vocs排放量。进一步地，将湿润粉体供给至干燥装置，在干燥介质的作用
下进行封闭式干燥处理，得到干燥粉体。然后利用裂解装置对干燥粉体进行裂解处理，使物料中碳质等有机质组分裂解，并利用裂解气中的还原性组分将物料中的ni、co、mn 等元素还原为低价态。后续，裂解后物料进入洗矿装置进行洗矿处理，在低价态ni、co、 mn等元素的作用下，液相li的洗出率显著提高。洗矿后物料进入磁选装置进行磁选处理，回收其中的磁性细级金属颗粒。磁选后物料进入浮选装置进行浮选处理，分别得到碳粉和正极黑粉。由此，根据本实用新型实施例的废旧三元动力电池处理系统可以实现多种元素的综合回收利用，并通过对干燥阶段产生的废气进行处理，可以显著降低工艺中的vocs 排放量。另一方面，通过采用先洗矿回收li元素，再浮选回收ni、co、mn等元素的工艺顺序，显著提高了li元素的回收率。
14.另外，根据本实用新型上述实施例的废旧三元动力电池处理系统还可以具有如下附加的技术特征：
15.在本实用新型的一些实施例中，所述废旧三元动力电池料仓包括多个。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述干燥装置为封闭皮带廊或管状带式输送机。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述裂解装置为回转裂解窑。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述废旧三元动力电池处理系统进一步包括：燃烧装置，所述燃烧装置具有燃料入口和高温烟气出口，所述燃料入口与所述裂解气出口和所述碳粉出口相连；混气装置，所述混气装置具有高温烟气入口、冷风入口和调温烟气出口，所述高温烟气入口与所述高温烟气出口相连，所述调温烟气出口与所述干燥介质入口相连。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述废旧三元动力电池处理系统进一步包括：萃取装置，所述萃取装置与所述正极黑粉出口相连；浸出装置，所述浸出装置与所述萃取装置相连。
20.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是根据本实用新型一个实施例的废旧三元动力电池处理系统的结构示意图；
23.图2是根据本实用新型再一个实施例的废旧三元动力电池处理系统的结构示意图；
24.图3是根据本实用新型一个实施例的废旧三元动力电池处理方法的流程示意图。
具体实施方式
25.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽
度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种废旧三元动力电池处理系统。根据本实用新型的实施例，参考图1，该系统包括：废旧三元动力电池料仓100、破碎装置200、尾气处理装置210、干燥装置300、裂解装置400、洗矿装置500、磁选装置600、浮选装置700。
30.下面进一步参考图1和图2对根据本实用新型实施例的废旧三元动力电池处理系统进行详细描述。
31.根据本实用新型的实施例，废旧三元动力电池料仓100可以包括多个。例如，如图2 所示，废旧三元动力电池料仓100包括两个。由此，在破碎过程中，可以利用两个料仓对破碎装置进行轮换进料，以便于破碎装置进行抽真空和惰性气体保护，防止破碎过程中发生着火或爆炸等危险。
32.根据本实用新型的实施例，破碎装置200具有废旧三元动力电池入口201、湿润粉体出口202、粗级金属颗粒出口203和废气出口204，废旧三元动力电池入口201与废旧三元动力电池料仓100相连。破碎装置200适于对废旧三元动力电池进行破碎处理，得到湿润粉体、粗级金属颗粒和废气。具体的，破碎处理在封闭条件下进行，并通过对设备进行抽真空和惰性气体保护，防止破碎过程中发生着火或爆炸等危险。根据本实用新型的一些实施例，破碎处理包括两个阶段，第一阶段首先将物料撕裂破碎并进行一次破碎，废气主要在该阶段从物料中逸出；第二阶段主要将物料进行二次破碎，得到润湿粉体和粗级金属颗粒。
33.破碎装置200的具体种类并不受特别限制，可以采用本领域常见的破碎设备。
34.根据本实用新型的实施例，尾气处理装置210与破碎装置200的废气出口204相连，且适于对破碎处理中产生的电池废气进行尾气处理。具体的，尾气处理装置210可以包括活性炭吸收单元和碱液吸收单元，以便将废气中的有机物和其他有害气体等充分吸附或吸收。在一些实施例中，尾气处理装置210与破碎装置200的废气出口204之间可设置抽风机，以便将电池废气收集并送至尾气处理装置。
35.根据本实用新型的实施例，干燥装置300具有湿润粉体入口301、干燥介质入口302、干燥粉体出口303和干燥介质出口304，湿润粉体入口301与湿润粉体出口202相连。干燥装置300适于利用干燥介质对湿润粉体进行封闭式干燥处理，得到干燥粉体。
36.实用新型人在研究中发现，破碎后的物料呈湿润状态，输送过程较为困难，容易产生搭桥现象，影响物料输送。根据本实用新型的实施例，通过采用封闭皮带廊或管状带式输送机作为干燥设备，可以进一步提高物料的干燥和输送效果。
37.根据本实用新型的实施例，裂解装置400具有干燥粉体入口401、裂解后粉体出口402 和裂解气出口403，干燥粉体入口401与干燥粉体出口303相连。裂解装置400适于在惰性气体氛围中，对干燥粉体进行裂解处理，使物料中碳质等有机质组分裂解，并利用裂解气中的还原性组分将物料中的ni、co、mn等元素还原为低价态。对于废旧三元动力电池的处理，现有技术一般先回收其中的ni、co、mn等元素，再回收其中的li元素，导致 li的回收率很低。本实用新型的技术方案通过先对干燥粉体进行裂解处理，使物料中碳质等有机质组分裂解，并利用裂解气中的还原性组分将物料中的ni、co、mn等元素还原为低价态。进而，在后续洗矿回收li元素的阶段，可以利用低价态ni、co、mn等元素显著提高li的一次洗出率。同时，裂解气还可以作为燃料用于燃烧获得高温干燥介质。
38.根据本实用新型的实施例，裂解装置前端o2浓度可以控制为2～10v％。由此，可以使物料中的碳在贫氧环境中反应生成co，保证还原过程中一定的还原性气氛，以便将物料中的ni、co、mn等元素还原为低价态，提高后续洗矿过程中li的一次洗出率。
39.裂解装置400的具体种类并不受特别限制，可以采用本领域常见的裂解设备。例如，根据本实用新型的一些实施例，裂解装置400为回转裂解窑。
40.根据本实用新型的一些实施例，裂解装置400采用热管强化冷却枪口砖组件，提高枪口砖组件使用寿命，并更好的保护喷枪。
41.根据本实用新型的实施例，洗矿装置500具有裂解后粉体入口501、含锂溶液出口502 和洗矿后物料出口503，裂解后粉体入口501与裂解后粉体出口402相连。洗矿装置500 适于对裂解后粉体进行洗矿处理，以便将其中的li吸入液相，所得含锂溶液经多次循环富集后，可通过蒸发结晶等方法回收得到氢氧化锂。
42.洗矿装置500的具体种类并不受特别限制，可以采用本领域常见的洗矿设备。
43.根据本实用新型的实施例，磁选装置600具有洗矿后物料入口601、细级金属颗粒出口602和磁选后物料出口603，所述洗矿后物料入口601与所述洗矿后物料出口503相连。磁选装置600适于对洗矿后物料进行磁选，以便回收其中的磁性细级金属颗粒。
44.磁选装置600的具体种类并不受特别限制，可以采用本领域常见的磁选设备。
45.根据本实用新型的实施例，浮选装置700具有磁选后物料入口701、碳粉出口702和正极黑粉出口703，所述磁选后物料入口701与所述磁选后物料出口603相连。浮选装置 700适于对磁选后物料进行浮选，以便分别得到碳粉和正极黑粉(主要包括ni、co、mn 的氧化物)。其中，碳粉既可以用于燃烧补热，也可以净化后以产品的形式外售。
46.根据本实用新型的实施例，参考图2，本实用新型的废旧三元动力电池处理系统还可以进一步包括：燃烧装置800和混气装置900。燃烧装置800具有燃料入口801和高温烟气出口802，燃料入口801与裂解气出口403和碳粉出口702相连。混气装置900具有高温烟气入口901、冷风入口902和调温烟气出口903，高温烟气入口901与高温烟气出口 802相连，调温烟气出口903与干燥介质入口302相连。由此，可以将裂解气作为燃料供给至燃烧装置800中进行燃烧，以便获得高温烟气。实用新型人在研究中发现，裂解气燃烧获得的高温烟气温度过高，容易使待干燥物料中的低熔点组分(例如al)熔化，包裹住粉体，进而导致后续金属的
回收效果降低。鉴于此，实用新型人首先将高温烟气供给至混气装置900中，利用冷风对的高温烟气进行降温，并利用调温烟气作为干燥介质，从而实现干燥过程中的温度精细控制，保证待干燥物料的干燥效果，且不会造成低熔点组分熔化的问题。
47.燃烧装置800和混气装置900的具体种类并不受特别限制，可以采用本领域常见的燃烧设备和混气设备。
48.根据本实用新型的实施例，参考图2，本实用新型的废旧三元动力电池处理系统还可以进一步包括：萃取装置1000和浸出装置1100。萃取装置1000与正极黑粉出口703相连，浸出装置1100与萃取装置1000相连。由此，可以利用萃取装置1000萃取得到正极黑粉中的ni、co、mn等元素，并进一步利用浸出装置1100对萃取后物料进行浸出，得到前驱体材料。
49.在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种废旧三元动力电池处理方法。该方法采用上述实施例的废旧三元动力电池处理系统实施，包括：将废旧三元动力电池供给至破碎装置中进行破碎处理，得到湿润粉体、粗级金属颗粒和废气；将废弃供给至尾气处理装置进行尾气处理；将湿润粉体供给至干燥装置中进行干燥处理，得到干燥粉体；将干燥粉体供给至裂解装置中进行裂解处理，得到裂解后粉体和裂解气；将裂解后粉体供给至洗矿装置中进行洗矿处理，得到含锂溶液和洗矿后物料；将洗矿后物料供给至磁选装置中进行磁选处理，得到细级金属颗粒和磁选后物料；将磁选后物料供给至浮选装置中进行浮选处理，得到碳粉和正极黑粉。
50.图3是根据本实用新型一个具体实施例的废旧三元动力电池处理方法的流程示意图。
51.根据本实用新型的实施例，裂解装置前端o2浓度可以控制为2～10v％。由此，可以使物料中的碳在贫氧环境中反应生成co，保证还原过程中一定的还原性气氛，以便将物料中的ni、co、mn等元素还原为低价态，提高后续洗矿过程中li的一次洗出率。
52.根据本实用新型的实施例，本实用新型的废旧三元动力电池处理方法还可以进一步包括：将裂解气和碳粉供给至燃烧装置进行燃烧，得到高温烟气；将高温烟气供给至混气装置，利用冷风进行调温，得到调温烟气；将调温烟气作为干燥介质用于所述干燥处理。实用新型人在研究中发现，裂解气燃烧获得的高温烟气温度过高，容易使待干燥物料中的低熔点组分(例如al)熔化，包裹住粉体，进而导致后续金属的回收效果降低。鉴于此，实用新型人首先将高温烟气供给至混气装置中，利用冷风对的高温烟气进行降温，并利用调温烟气作为干燥介质，从而实现干燥过程中的温度精细控制，保证待干燥物料的干燥效果，且不会造成低熔点组分熔化的问题。
53.根据本实用新型的实施例，本实用新型的废旧三元动力电池处理方法还可以进一步包括：将正极黑粉供给至萃取装置进行萃取处理，得到萃取后物料；将萃取后物料供给至浸出装置进行浸出处理，得到前驱体材料。由此，可以利用萃取装置萃取得到正极黑粉中的 ni、co、mn等元素，并进一步利用浸出装置对萃取后物料进行浸出，得到前驱体材料。
54.另外，需要说明的是，前文针对“废旧三元动力电池处理系统”所描述的全部特征和优点同样适用于该“废旧三元动力电池处理方法”，在此不再一一赘述。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表
述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
56.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。