CN109193058A - 一种废旧锂电池处理方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废旧锂电池处理方法，包括热解过程：先将拆解出来的废旧锂电池电芯整体进行低温预热；对预热过的电芯进行升温热解；降温，使电芯冷却；将热解过程中排出的烟气进行回收处理；上述过程均在负压无氧条件下进行，压力为‑0.05～‑0.15KPa。本发明将电池进行整体热解可通过铝壳保护内部的正极片铝箔不被氧化，减少后端破碎工序过程中铝进入到含钴镍粉料中，增加铝的回收率；采用负压无氧环境进行低温热解和冷却，减少铝正极片和铜负极片的氧化，保证铝和铜的金属延展性，有利于正负极片与正负极活性材料的分离，通过控制热解温度和热解时间，可以实现电解液、隔膜纸的热解率不低于99％。

Description

一种废旧锂电池处理方法及设备
技术领域
本发明涉及废旧锂电池回收技术领域，具体涉及一种废旧锂电池低温热解及尾气回收处理方法和设备。
背景技术
废旧锂离子电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液，如果随意丢弃，会对土地、水源等造成严重的伤害。废旧电池的回收再利用，一来可以防止污染，二来可以对其中有用的成分进行再利用，节约资源。
锂离子电池中整体结构紧密，尤其正负极活性物质还是由粘结剂粘结在电极片上，粉状附着在正负极的金属极片上，通过机械力很难分离。公开号为CN103730704A的专利公开了一种对废旧二次电池进行焚烧处理以去除二次电池中的有机物的方法，该方法虽然可以将电池中的有机物和无机物较好的分离，但是在焚烧过程中，二次电池中的金属如铝、铜等也会发生一定程度的氧化，使分离得到的正负极活性物质中混入铝的氧化物粉末，在后续湿法浸出工序中造成安全隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种分离效果好，且分离得到的电极粉中铝含量少的废旧锂电池处理方法和设备。
本发明解决上述技术问题所采用的方案是：
一种废旧锂电池处理方法，包括热解过程，所述热解过程包括如下步骤：
(1)将拆解出来的废旧锂电池电芯整体进行低温预热，预热温度150～250℃；
(2)对预热过的电芯进行升温热解，热解温度为250～500℃；
(3)降温，使电芯冷却到不超过100℃；
(4)将热解过程中排出的烟气进行回收处理；
上述过程均在负压无氧条件下进行，压力为-0.05～-0.15KPa。
优选地，步骤(1)预热时间为0.5-1小时、步骤(2)热解时间为0.5～0.8小时、步骤(3)冷却时间为0.3～0.6小时。
优选地，所述热解过程中排出的烟气中氧浓度不超过2％。
优选地，步骤(4)的烟气回收过程包括：
(1)通过负压将热解产生的烟气进行收集，并进行二次燃烧；
(2)对燃烧后的烟气采用急冷处理，使烟气温度降到不超过250℃；
(3)将急冷后的烟气采用碳酸氢钠雾化除酸；
(4)向除酸后的烟气中喷入超细活性炭，最后通过布袋除尘器对粉尘进行收集，除尘后的烟气直接排放。
优选地，步骤(1)中二次燃烧的温度不低于900℃，燃烧时间不低于3秒。
本发明还提供了用于上述处理方法的设备，包括隧道窑窑体，和用于装载运输废旧锂电池电芯的窑车，所述隧道窑窑体采用耐火材料砌筑，分为依次连通的预热区、热解区和冷却区，所述隧道窑窑体两侧分布有燃烧器，所述隧道窑窑体的进料口和出料口采用双闸门控制，所述隧道窑上部设置有烟气出口，所述烟气出口通过管道依次连接二次燃烧室、急冷室、除酸装置和布袋除尘器，所述管道内连接有用于提供烟气流动动力的负压装置，所述布袋除尘器连接有活性炭喷射装置。
优选地，所述双闸门关闭后边缘均与所述隧道窑窑体密封连接。
优选地，所述隧道窑窑体的预热区、热解区和冷却区分别设置有温度传感器，所述燃烧器连接有燃烧器控制器，所述温度传感器与所述燃烧器控制器信号连接。
优选地，所述除酸装置为碳酸氢钠雾化除酸装置。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1，将电池进行整体热解，可确保电解液全部得到无害化处理，无电解液飘散对操作人员和环境的影响；可通过铝壳保护内部的正极片铝箔不被氧化，减少后端破碎工序过程中铝进入到含钴镍粉料中，增加铝的回收率；可不经过放电直接进行处理，节约了回收成本。
2，采用负压无氧环境进行低温热解和冷却，减少铝正极片和铜负极片的氧化，保证铝和铜的金属延展性，有利于正负极片与正负极活性材料的分离，通过控制热解温度和热解时间，可以实现电解液、隔膜纸的热解率不低于99％。
附图说明
图1为本发明废旧锂电池处理设备的结构示意图；
图2为本发明一种废旧锂电池处理方法的流程图。
图中的附图标注为：
01，窑体；02，燃烧器；03，预热区；04，热解区；05，冷却区；06，窑车；07，第一闸门；08，第二闸门；09，第三闸门；10，第四闸门；11，烟气出口；12，二次燃烧室；13，急冷室；14，雾化除酸装置；15，布袋除尘器；16，活性炭喷射装置；17，负压装置；18，排放口。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本实施例采用的设备如图1所示，包括隧道窑窑体01，所述隧道窑窑体01采用耐火材料砌筑，长40米，宽2米，高1.3米，采用窑车06连续进料出料，窑车06尺寸为长2米，宽1.5米，最大装料高度0.8米，所述窑车06的传动方式可参考现有技术。
所述隧道窑窑体01分为依次连通的预热区03、热解区04和冷却区05，窑体01两侧分布20个燃烧器02，其中16个分布于热解区04的两侧，4个分布于预热区03的两侧。燃烧器02喷入炉内的高速气流所产生的卷吸和扰动效应使炉内温度均匀，加热速率快。预热区03温度为150-250℃，窑车06在预热区03的运动周期为30分钟；热解区04温控控制为250-450℃，最高不超过500℃，窑车06在热解区04的运动周期为1小时；冷却区05温度控制为不超过100℃，窑车06在冷却区05的运动周期为30分钟，通过热解，电解液和隔膜纸热解率不低于99％。
所述燃烧器02均连接有独立的燃烧器控制单元，包括火焰监测器、点火器、燃气电磁阀、燃气手动阀门等组件，各个燃烧器控制单元的燃气电磁阀也可以通过电磁阀控制系统进行集中控制。火焰监测器用于监测燃烧器02烧嘴处火焰，燃气电磁阀和燃气手动阀门用于独立控制可燃气体的通断。当火焰监测器检测到燃烧器02火焰熄火则自动切断该烧嘴燃气电磁阀并报警，保证燃气系统安全运行。点火器用于在燃烧器喷嘴接通可燃气体后第一时间将可燃气体点燃。所述隧道窑窑体01的预热区03、热解区04和冷却区05均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述燃气电磁阀信号连接，当传感器检测到窑内温度偏离设定值时，即发出警告，操作人员可手动调整燃气手动阀门，或者通过电磁阀控制系统预先设定的程序自动控制燃气电磁阀，从而对燃烧器02进行调整，确保窑体01内温度达到所需值，且燃烧时无过剩空气。
隧道窑窑体01的进料口和出料口采用双闸门控制，如图1所示，进料口处设置有第一闸门07和第二闸门08，出料口处设置有第三闸门09和第四闸门10。窑车06进入进料口前，第一闸门07打开，第二闸门08关闭，窑车06进入第一闸门07后，第一闸门07关闭，第二闸门08打开，窑车06进入预热区03；窑车06离开出料口前，第三闸门09打开，第四闸门10关闭，窑车06进入第三闸门09后，第三闸门09关闭，第四闸门10打开，窑车06离开冷却区05。双闸门关闭后边缘均与所述隧道窑窑体01密封连接，闸门与窑体01的密封连接方式可采用现有技术，如此可实现窑内无氧或者厌氧环境，达到热解的目的，避免空气过剩，防止隔膜纸和电解液在炉内燃烧，使炉内温度失去控制。
所述隧道窑上部设置有烟气出口11，由于设备内部的密封性，使排出的烟气中氧浓度不超过2％。所述烟气出口11通过管道依次连接二次燃烧室12、急冷室13、雾化除酸装置14、布袋除尘器15和排放口18，所述管道内连接有用于提供烟气流动动力的负压装置17，使窑内保持-0.1kpa的微负压，所述布袋除尘器15连接有活性炭喷射装置16。
二次燃烧室12采用天然气和热解烟气作为热源，燃烧温度不低于900℃，燃烧时间不低于3秒，二次燃烧处理和急冷处理可最大程度避免二恶英的生成。并且急冷处理还可以回收部分热蒸汽。采用碳酸氢钠雾化干法除酸，可吸收尾气中的氟和氯等酸性气体，同时避免含氟废水对设备的腐蚀。
使用上述设备进行锂电池热解处理和尾气回收的过程如图2所示。不经放电，将拆解出来的废旧锂电池电芯整体进行低温预热，在预热过程中电芯端部的密封圈被分解，然后对预热过的电芯进行升温热解，在升温过程中电芯内部的有机物如粘结剂、有机隔膜等气化并经由密封圈分解的位置逸出；降温，使电芯冷却到不超过100℃；
在热解的过程中逸出的烟气通过烟气口排出并进行净化处理。烟气净化过程包括：
(1)通过负压将热解产生的烟气进行收集，并进行二次燃烧；
(2)对燃烧后的烟气采用急冷处理，使烟气温度降到不超过250℃；
(3)将急冷后的烟气采用碳酸氢钠雾化除酸；
(4)向除酸后的烟气中喷入超细活性炭，最后通过布袋除尘器15对粉尘进行收集，除尘后的烟气直接排放。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种废旧锂电池处理方法，包括热解过程，其特征在于，所述热解过程包括如下步骤：
(1)将拆解出来的废旧锂电池电芯整体进行低温预热，预热温度150～250℃；
(2)对预热过的电芯进行升温热解，热解温度为250～500℃；
(3)降温，使电芯冷却到不超过100℃；
(4)将热解过程中排出的烟气进行回收处理；
上述过程均在负压无氧条件下进行，压力为-0.05～-0.15KPa。
2.根据权利要求1所述的废旧锂电池处理方法，其特征在于，步骤(1)预热时间为0.5-1小时、步骤(2)热解时间为0.5～0.8小时、步骤(3)冷却时间为0.3～0.6小时。
3.根据权利要求1所述的废旧锂电池处理方法，其特征在于，所述热解过程中排出的烟气中氧浓度不超过2％。
4.根据权利要求1所述的废旧锂电池处理方法，其特征在于，步骤(4)的烟气回收过程包括：
(1)通过负压将热解产生的烟气进行收集，并进行二次燃烧；
(2)对燃烧后的烟气采用急冷处理，使烟气温度降到不超过250℃；
(3)将急冷后的烟气采用碳酸氢钠雾化除酸；
(4)向除酸后的烟气中喷入超细活性炭，最后通过布袋除尘器对粉尘进行收集，除尘后的烟气直接排放。
5.根据权利要求4所述的废旧锂电池处理方法，其特征在于，步骤(1)中二次燃烧的温度不低于900℃，燃烧时间不低于3秒。
6.一种用于权利要求1～5任一项处理方法的设备，其特征在于，包括隧道窑窑体，和用于装载运输废旧锂电池电芯的窑车，所述隧道窑窑体采用耐火材料砌筑，分为依次连通的预热区、热解区和冷却区，所述隧道窑窑体两侧分布有燃烧器，所述隧道窑窑体的进料口和出料口采用双闸门控制，所述隧道窑上部设置有烟气出口，所述烟气出口通过管道依次连接二次燃烧室、急冷室、除酸装置和布袋除尘器，所述管道内连接有用于提供烟气流动动力的负压装置，所述布袋除尘器连接有活性炭喷射装置。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述双闸门关闭后边缘均与所述隧道窑窑体密封连接。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述隧道窑窑体的预热区、热解区和冷却区分别设置有温度传感器，所述燃烧器连接有燃烧器控制器，所述温度传感器与所述燃烧器控制器信号连接。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述除酸装置为碳酸氢钠雾化除酸装置。
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