退役锂电池回收生产线安全环保防爆技术要点分析

 

随着我国新能源汽车产业的大力发展，我国新能源汽车销量大幅提升，相应的其动力电池报废量也在逐年增长，未来几年内将有大批量的动力锂电池进入退役期；废旧电池中含有大量的电解液和有价金属，若不对其进行回收处理，不仅会对环境产生危害，还会造成资源浪费；因此对废旧锂电池进行回收迫在眉睫；退役的锂电池可通过梯次利用和回收拆解方式实现回收利用；实现回收利用的重点设备是拆解破碎分解，其中重中之重是防爆安全环保技术。

1、组成锂离子电池的正极、负极、隔膜、电解质等材料中含有大量的有价金属；不同动力锂电池正极材料中所含的有价金属成分不同，其中潜在价值最高的金属包括钴、锂、镍等；例如，三元电池中锂的平均含量为1.9%、镍12.1%、钴2.3%；此外，铜部分、铝部分等占比也达到了13.3%和12.7%，均有着非常高的回收价值，目前已经有部分公司开始有偿回收锂电池了。

2、动力锂电池的分类：动力电池包括镍氢电池和锂电池,其中动力锂电池根据阳极材料不同大致可分为锰酸锂电池、镍钴锰酸锂三元系电池及磷酸铁锂电池三大类在已经量产动力电池的正极材料产业领域,中、日、韩、美企业采用不同的材料体系；中国企业以磷酸铁锂为主,日韩企业以锰酸锂和三元材料为主,新能源汽车龙头特斯拉采用的电池正是三元正极材料。

3、废旧锂电池回收处理生产线工艺流程(图1)，锂电池极片拆解破碎分解设备工艺流程(图2)：

 

图1

 

图2

4、锂电池拆解破碎分解设备的特点：就是采用撕碎机、锤式破碎设备、振动筛分与气流分选、风力分离机、集料装置、等工艺通过物理方式对废旧锂电池中的金属材料以及其他物料进行再利用的生产线，基于回收资源管理化要求和加强对保护环境的双重理念研发的生产线。

 

图3

5、废旧锂电池回收处理设备工艺流程介绍：将废旧锂电池进入撕碎机进行撕碎，撕碎后的电池进入破碎机进行破碎，在破碎过程电池内部正负极片剂隔膜纸被打散，打散的物料通过高压风机的吸引进入集料器,然后经脉冲除尘器将破碎中所产生的粉尘进行净化；进入集料器的物料进入气流分选机,气流分选机在气流和振动的作用下将粉尘以及正负极片中的隔膜纸进行收集，气流分选机内的粉尘进?磁选机，同时破碎机中电池内未被打散的物料也进入磁选机；磁选机在磁力的作用下降物料中的铁进行分离，分离出铁的物料再进入粉碎机进行粉碎，粉碎至15-25目，经粉碎机粉碎后的物料输送至分析机，分析机将粉碎后的物料进行风选分离，分选出比重小的正负极粉和比重大的金属材料，分选出的正负极在高压风机的吸引下输送至集料器收集，集料器的粉尘通过脉冲净化器进行净化；分析机分选处的金属材料进入气流分选机进行分选，气流分选机通过风选分选出比重较大的铜粉和铝粉和比重较小的正负极粉，其中比重较小的正负极粉进?分流阀，气流分选机内未分选出的混合料进入气流分选机进?步分选，气流分选机通过风选将比重较大的铜粉和铝粉和比重较小的正负极粉进行分离，其中比重较小的正负极粉进?分流阀；分流阀中的正负极粉在高压风机的吸引下进入集料器进行收集，粉尘进入脉冲除尘装置进行净化。

6、目前已经工业化应用的废旧锂离子电池处理技术主要有两类：

①全湿法浸出处理技术；②火法煅烧与湿法浸出相结合处理技术。

1）湿法浸出处理主要包括电池破碎或剥离、酸浸出(盐酸、硝酸、硫酸等)和分离(沉淀、络合、萃取等方法)等过程；具有投资少、成本低、建厂速度快、利润高、工艺灵活等优势；其操作条件温和，浸出温度一般小于80℃，但浸出液成分复杂，分离步骤较多；传统湿法处理工艺较复杂、资源回收率低和二次污染等问题影响了其被广泛推广。

2）火法与湿法相结合处理技术主要包括破碎或剥离(或直接进行焚烧)、焚烧或热处理和湿法浸出分离等过程。其特点是工艺相对简单，回收利用效率高，但一次性投资大、能耗较高，技术要求和运行成本都比较高；同时焚烧过程产生的烟气中可能产生二恶英类以及硫氧化物、氮氧化物等酸性气态污染物、烟尘和重金属污染物，需要配备专门的烟气净化处理设备，大大增加了废电池处理的成本。

3）在各种工艺中，酸浸加有机溶剂萃取是目前废弃电池回收处理工艺较为成熟的技术，其对设备的要求和处理成本与火法技术相比，都有很大的降低，同时也没有烟气净化的问题；但要想达到较高的效率，通常都需要进行多级萃取与反萃，这大大增加了工艺的复杂程度，使流程加长；同时会产生大量的废水，必须进行专门的处理以达标排放；另外萃取剂价格昂贵。

 

6、锂电池的回收工艺大致包括进行放电、拆解、粉碎、分选等预处理,然后是分离拆解后的塑料、铁质外壳和电极材料；物理拆解分离回收动力电池是指将电极活性物、集流体和电池外壳等电池组分经破碎、过筛、磁选分离、精细粉碎和分类后得到高含量的物质然后再进行下?步回收的过程；虽然物理拆解回收的处理效率高,但由于不用消耗额外的化学品,因此工艺非常环保。

1）干法回收是指不通过溶液等介质,直接对有价?属进行回收,主要使用方法有物理分选法：物理分选法是指对电池进行分离拆卸,通过使用物理手段对拆分下来的电极活性物质、集流体和电池外壳等电池组分通过破碎、过筛、磁选分离、精细粉碎和分类?系列操作,从而将高价值金属材料与其他物质分离。

2）虽然锂电池不含汞、镉、铅等有害重金属元素,被称为“绿色电池”,但其正负极材料、六氟磷酸锂电解质溶液等物质会对环境和生态系统造成严重污染；随着锂电池应用的广泛,回收电池中的铜、镍和钴等元素,对减少污染、缓解资源匮乏等问题,具有重要的社会经济意义。

 

4、废旧锂电池回收干法处理设备流程中突出的安全环保重点：目前以钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂等为原料的锂离子较多，提高此类废旧锂电池的回收处理技术，可以迅速的扩大废旧锂电池的回收市场；利用回收的废旧锂离子电池生产氢氧化镍、氢氧化钴等成品，国内已有部分厂家从事此类经营，有助于资源的有效利用；因废旧的锂离子电池有的还有电量剩余，且部分电池材料使用次数较多后变得不稳定，在收运过程中若与其他导电物质混合放置，易发生鼓胀、短路、漏液甚至燃烧、爆炸等，对环境安全产生危害；因此，废旧锂离子的处置过程应分门别类，注意安全；另外处理的过程中适当考虑增加电池的自放电过程，应提前考虑人为释放电池的残余电量，以免在焚烧的过程产生不必要的危险，提高安全和环保意识，降低对回收处理设备的损耗；先分析废旧锂电池回收全过程：

1）首先拆解放电；把整组锂电池拆解成单个电池，拆解后的锂电电池进行放电；

2）然后进?破碎，经过拆解放电的锂电池送?破碎机进?破碎；

3）再通过磁选机，锂电池破碎后进?磁选机将物料中的铁分选出来；

4）通过负压风选，磁选后的物料经封闭输送设备送?负压风选机进?风选，将物料中的重物和轻物分选出来分别收集，重物为铜、铝、不锈钢和塑料壳的混合物，所述轻物为正负极粉、正负极片、塑料膜和塑胶的混合物；将分选机中分选中出的重物经过涡电流分选机分选，从重物中分选出铜、铝混合物和不锈钢、塑料壳混合物，将铜、铝混合物通过?重分选分选出铜和铝，将不锈钢、塑料壳混合物通过比重分选分选出不锈钢和塑料壳；

5）再将风选机中分选出的轻物通过负压进?旋风集料器，旋风集料器将收集的正负极粉通过带风机的收尘系统进行集料，正负极粉被收尘系统收集；

6）旋风集料器收集后剩下颗粒较粗的物料通过封闭筛进行筛选，筛选出粒度递增的正负极分、正负极片和塑料混合物并分别进行收集归类，

7）将所述正负极片送?料仓等待后续加工，所述塑料混合物为塑料膜和塑胶的混合物，收尘系统的引风机将引出的气体含有的电解液蒸汽进行冷凝回收，冷凝回收后的气体进?废气处理后排放。

8）关于对锂电池金属进行分离和回收，有的能做到锂电池80%以上的材料回收，?有的可以做到99%以上的材料回收，还有?些根本就不关注这个指标的，成本怎么低就怎么做，就造成反而回收锂电池的过程造成了更大的污染，所以在此提醒?定要选择相对比较先进的生产设备。

5、解决工艺流程中环保及安全问题的建议办法

1）关注夲文第四大点的介绍，相关的粉碎、撕裂设备设计低温氨氮保护装置。

 

2）在粉碎、投料等关键工位建议植入机器人高科技技术，避免人工操作感染职业病造成二次污染！

 

 

3）夲文介绍的相关设备中的除尘及处理废气装置必须设计到位并正常使用。

 

4）特别提示的是：锂电池仓库的存放、搬运及管理必须设计采用机器人技术，杜绝人工操作和管理，谨防爆炸事故的发生，确保人身安全，减少不必要的损失！