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动力电回收工艺剖析与成本测算--1

 

     锂离子电池主流回收工艺分为四种:湿法工艺、火法工艺、联合工艺和修复再生工艺。

1、预处理与二次处理:放电、拆解与材料分离由于锂离子电池成分复杂、结构致密,直接采用高温冶金或湿法冶金的方法回收效率较低;为提高回收利用效率,在从废电池中回收有价金属之前,通常需进行放电和初步分离预处理,以减少金属的混合和回收过程中试剂与能量的消耗。

1) 放电为防止废旧电池短路、自燃,在拆解电池之前,首先需要对电池进行放电处理。主流的做法是将电池正负极浸入导电盐溶液中,实现短路放电;这种方法效率高且稳定,成本低廉,适合小型废旧电池的放电处理。对于电动汽车用锂离子电池组,由于残余容量较多,也可使用充放电机收集残余电量,检测残余电压处于安全范围后再进入拆解粉碎阶段。对于高容量电池的大批量工业化应用,也可使用低温冷冻法,即将废旧电池冷冻至极低 温度(如液氮冷冻)失活并安全破碎;但该方法对设备要求较高,初期建设成本较高。

2) 分拣拆解由于不同活性材料、不同使用目的、不同电池制造商生产的电池在体积、包装、材料组分等方面的差异较大,分拣拆解的目的在于去掉废旧电池(组)的外壳和包装,减小电池体积,有针对性地分类处理不同类型废旧电池。在实验室研究和尚未规模化回收的企业,人工拆解是主要的拆解方式。操作人员用刀、 锯等工具手动拆卸废旧电池单体,去掉塑料或金属外壳,将外壳、正负极、隔膜等分离开。这种方式得到的活性物质纯度相对较高,电芯作为一个整体进入后续处理阶段,杂质含量少。但人工拆解效率低、处理量小,仅能作为研究阶段或小作坊生产,难以实现规模化工业应用。面对大规模的回收过程,机械拆解在经济和工业应用方面更具优势。机械操作把塑料或金属外壳封装的电池用钢锯切割除去两端及壳体,获得电池内部的材料,再依据正极材料的化学组分采用更具针对性的回收工艺进行批量处理。在实际应用中,电池包-模组-单体的拆解以手工为主,少数企业尝试采用自动化 拆解;而从电芯到废粉,大部分企业都采用自动化拆解。工艺流程来看,废旧电池包由输送机物料首先送入一级破机中进行粗破碎;粗破碎后的物料通过输送机送入二级破机中进行次破碎;次破碎后的物料进经过输送机和磁选器去除铁后,再进入三破机中进行细破碎至粉末。粉末状态的物料由负压系统进入到旋风分离器中进行空气过滤,并通过风机落至气流分选机上;气流分选机使不同密度的物质分层,将金属分选出来,并使非金属由负压系统带入脉冲除尘器进行集中。过滤得到的尾气由负压系统送入尾气处理设 备中空气净化,达到排放标准后再进行高空排放。

3) 粉碎筛分&活性材料与集流体分离分拣拆解后,需要进一步分选出含有金属的材料,包括干法和湿法工艺。干法回收工艺是指不通过溶液等介质,直接对有价金属进行回收,主要采用热处理+机械分离联合处理。

(1)机械分离法是利用电池不同组分密度、磁性等物理性质的差异,采用浮选、振动筛选、磁选等方式筛选分类破碎后的电池材料,实现塑料、金属外壳、铜箔、 铝箔及电极材料的初步分离。

(2)电池活性材料是通过粘结剂粘附到集流体上的,机械处理直接分离活性材料的分离率较低:如果破碎强度较小许多活性材料不能完全回收,强度过大又会使一些铜和铝被破碎成细小颗粒进入活性材料。

(3)因此去除有机粘结剂是机械破碎前的必要步骤,首先通过热处理法将放电、拆解后的电极废料高温煅烧去除隔膜、 粘结剂和碳材料等,再通过一系列机械处理(如粉碎、筛分等)实现活性材料和集流体的分离。

4)干法回收操作工艺简单,在高温条件下反应迅速,适合用于处理大量或者结构 比较复杂的电池;但高能耗且容易造成大气污染,前期设备投资也较高。

5)湿法回收工艺是通过酸碱溶液对废旧锂电池中金属离子进行溶解,再使用沉淀、吸附、萃取等方法将溶液中的离子进行再提取,使其以氧化物、盐等形式分离。在活性材料与集流体分离工段,主要的湿法工艺有有机溶剂溶解法、碱溶解法等。

(1)有机溶剂浸泡法利用相似相溶原理,采用极性较强的有机溶剂溶解粘结剂,破坏集流体和活性物质接触界面的粘合,实现活性物质的脱离;该方法不破坏材料结构且不改变活性材料组分,回收效率高;但有机溶剂大多价格昂贵,且有毒易挥发,不适合大规模工业应用。

(2)碱液溶解法是利用铝的两性性质,利用碱溶解铝箔,而活性物质不溶于碱液,实现二者分离;该方法操作简单、分离效率高,但生成的铝酸钠较难回收处理,强碱也易腐蚀设备。

6)湿法回收工艺过程较复杂精细,但回收产品纯度更高,因此是目前废旧电池回收工艺的首选。

 

发布时间:2024/11/9 8:51:19 查看:17次

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