一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统和方法，其根据废弃锂离子电池中所含物质的特性并针对现有技术中存在的难题提出。其中处置系统包括：废弃锂离子电池储存装置，无水无氧双轴破碎机，立式热解炉，中和塔，有价元素提炼系统和水泥窑系统；处置方法具体为：通过对废弃锂离子电池的分类预处理、无水无氧破碎解体、立式热解炉蒸发分解烧结成固态混合渣、从固态混合渣中提取有价元素；再通过采用廉价的碱性水泥原料中和含氟、含磷化合物气体、水泥窑高温焚烧可燃废气并处理所有废渣，实现清洁生产和环境保护。本发明专利技术系统设备结构简单，能实现整个系统内资源和能源的最大化利用，且能实现采用简单方法低成本回收有价元素物质。

System and method for CO disposal of spent lithium ion battery by cement kiln

The present invention provides a system and method for synergistic disposal of waste lithium ion batteries in cement kilns. The system is based on the characteristics of the substances contained in waste lithium ion batteries and aims at the problems existing in the prior art. The disposal system includes: waste lithium ion battery storage device, anhydrous and anaerobic biaxial crusher, vertical pyrolysis furnace, neutralization tower, valuable elements extraction system and cement kiln system; the disposal methods are as follows: classified pretreatment of waste lithium ion battery, anhydrous and anaerobic breakup, evaporation and decomposition of vertical pyrolysis furnace. Sintering into solid mixed slag, extracting valuable elements from solid mixed slag, and then using cheap alkaline cement raw materials to neutralize fluorine, phosphorus compounds gas, high temperature incineration of combustible waste gas in cement kiln and disposal of all waste slag, to achieve clean production and environmental protection. The device of the system has simple structure, can realize the maximum utilization of resources and energy in the whole system, and can realize the low cost recovery of valuable elements by simple method.

【技术实现步骤摘要】
一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统和方法
本专利技术涉及一种废弃锂离子电池回收利用的系统及方法，具体涉及一种利用水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统及方法，属于废弃锂离子电池回收再利用

技术介绍
锂离子电池具有电化学性能好、绿色环保等优点，锂离子电池已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等领域，并有望在电动汽车、航天和储能等方面得到广泛的应用。锂离子电池作为高科技、高产出、高利润、高创汇的绿色环保型能源产品，被国外专家称之为21世纪十大高科技之一或十大赚钱产业之一。随着电子产品消耗量日益增加，其消费量正以成倍的速度增长。相应的，也产生了大量的废弃的锂离子电池，这些废弃锂离子电池由于含有大量有机溶剂、过渡金属元素、六氟磷酸锂、隔膜、碳素、粘接剂以及多种添加剂等物质，如果不进行合理处置，在空气中氧化或水解将产生大量有毒气体和有毒物质，特别是六氟磷酸锂具有很强的腐蚀性，遇水将释放大量的HF剧毒气体；其中的有机溶剂具有易燃、易爆、易化学反应以及毒害环境的风险；在自然环境中，钴、镍、锰、铜、铝等金属元素具有累计效应，借助生物链将最终危害人类生存，危害性巨大。同时，锂离子电池中含有锂、钴、镍、锰、铜、铝、铁等金属元素和酯类溶剂等这些较高价值的物质。因此，对废弃的锂离子电池进行合理有效的资源化处置，不仅可以缓解潜在的环境污染压力，同时能回收有价值的原材料，可以弥补我国战略资源不足，对于保护环境和资源循环利用具有重大的意义。锂离子电池外观有方形、圆柱形、纽扣型等不同形状和尺寸大小不一，但其内部结构基本都是由机壳、正极、负极、有机粘接剂、有机电解液和隔膜纸组成。锂离子电池中使用的负极材料多为碳素材料，电解质为LiPF6，正极材料则为嵌锂过渡金属氧化物，如LiCoO2、LiNiO2、LiVO2、LiFePO4、LiCo1-xNixO2、LiCo1-xMnxO2、LiCo1-x-yNixMnyO2、LiCo1-x-yNixAlyO2及LiMn2O4等。目前，我国废弃锂离子电池处置技术研究还在起步阶段，由于填埋方式具有潜在的环境污染风险和资源浪费等问题，已逐渐被湿法冶金、火法冶金、生物冶金和机械物理分离等处理方法所取代。这些处置技术一般都要经历破碎解离、分选富集合冶炼提纯等工艺过程。这些处置方法都存在以下难以解决的技术难题：(1)造成二次污染在废弃锂离子电池破碎解离、湿法冶炼或火法冶炼中工艺中，由于电解质LiPF6的不稳定性，在空气中与氧气、水蒸汽等氧化和水解产生HF和PF5剧毒气体，或者易燃、易爆、易化学反应的有机溶剂造成安全危害以及环境污染。而且在酸洗或强碱中和提取有用金属后，大量的酸碱溶液、含有重金属的废渣无法有效处理，对外排放会产生二次污染。(2)没有回收有价值的有机物现有技术关注废弃锂离子电池中有关锂、钴、镍、铜等稀贵金属的回收，没有对有价值的有机物进行回收，不仅污染环境，也浪费资源。(3)回收工艺和设备不完善现有废弃锂离子电池处理技术中工艺复杂繁琐，设备适用性不强，造成提取回收率低，基建投资大，生产成本高，经济效益不好，项目的可持续性和重复性差。水泥窑协同处理固体废弃物是指通过在水泥熟料矿物化高温烧结过程中实现对固体废物高温焚烧处理，使其毒害特性分解、降解、消除、惰性化和稳定化等目的的废物处置手段。水泥窑处理具有适用范围广、消纳量大、对各种废物又很强的适应能力、热容量大、热惯性大和热传递效率高的技术优势。利用水泥窑协同处理废弃锂离子电池就是利用水泥窑处理固废的有利条件，有针对性地根据废弃锂离子电池的基本特征，选择科学、环保、经济的处置的工艺方法和设备，实现对废弃锂离子电池有用物质的高效回收和利用，实现环境友好、节能环保、资源综合利用。对比文件1：CN107032646A公开一种利用水泥窑协同处置煤焦渣、废活性炭、钢渣、铁尾矿的方法，包括混合、粉磨、过筛、焚烧、烟气入窑、生铁制备、排放尾气和磁选的制备步骤。该对比文件1公开的是一种利用水泥窑协同处置煤焦渣、废活性炭、钢渣、铁尾矿的方法，由于废旧锂电池中含有电解质LiPF6容易造成二次污染，因此其利用水泥窑协同处置一般煤焦渣、钢渣等渣料应是存在本质不同的，并不能适用对废弃锂电池的处置。对比文件2：CN105819715A公开一种利用水泥窑协同处置废旧锂电池金属回收后残渣的无害化方法，由调节残渣酸碱特性稳定预处理、水泥窑烟气余热烘干、与生料一起均化后从预分解窑投加过程等组成，所述方法包括如下步骤：步骤一，对废旧锂电池金属回收后的残渣进行2～3次水洗处理，使残渣附着的氯离子等阴离子降低到总重的0.5％以下，上清液作为下一次水洗残渣水回用，用于第一遍残渣清洗水，回用2～3次后的清洗水转移至水泥厂污水处理中心，残渣转移至脱水设备；步骤二，将水洗后的残渣浆混合物进行机械脱水，得到脱水残渣泥饼和脱除液，脱除液回流至步骤一的水洗设备中，按一定比例与新水配比后回用；步骤三，脱水后的残渣泥饼进入水泥厂尾气余热干燥机中进行干燥；步骤四，将干燥后的残渣滤饼按照一定的比例经传送带与生料一起进入均化库均化，作为水泥熟料的生产原料；步骤五，均化后含锂电池金属回收后的残渣生料经预分解窑进入熟料生产阶段，在1100～1450℃高温下煅烧。该对比文件2公开的是一种利用水泥窑系统处置废弃锂电池金属回收后残渣的方法，针对的是现有废弃锂电池金属回收后残渣的处理，对于整个废弃锂电池的处理完整工艺并未公开。本专利技术拟提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统和方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：提供一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统和方法，本专利技术的技术方案是针对现有废弃锂离子电池处置技术中存在的难题，根据废弃锂离子电池中所含物质的特性提出。基本工艺思路是：通过对废弃锂离子电池的分类预处理、无水无氧破碎解体、立式热解炉转化成固态混合渣、从固态混合渣中提取有价元素；再通过采取廉价的碱性水泥原料中和回收挥化的酸性气体、水泥窑高温焚烧有机废气并处理所有废渣，实现清洁生产和环境保护。其中，一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，具体包括：废弃锂离子电池储存装置，无水无氧双轴破碎机，立式热解炉，中和塔，有价元素提炼系统和水泥窑系统；废弃锂离子电池储存装置通过皮带输送机连接至无水无氧双轴破碎机的进料口；无水无氧双轴破碎机的出料口连接至立式热解炉的渣料入口；立式热解炉的烟气出口与中和塔连接；立式热解炉的混合渣出口通过输料管与有价元素提炼系统连接；中和塔的脱酸烟气出口与水泥窑系统的水泥窑窑尾烟室连接。进一步地，所述无水无氧双轴破碎机具体包括：进料机构、出料机构、对辊破碎机构、传动机构和机壳；所述进料机构固定设置在机壳的顶部，出料机构固定设置在机壳的底部，机壳内形成破碎腔，对辊破碎机构、传动机构均设置在机壳内，传动机构与对辊破碎机构连接；所述进料机构设有稳料仓、进料口、惰性气体入口、受料斗，稳料仓分别与进料口、惰性气体入口连通，稳料仓的出口端连通受料斗的进口端，受料斗的出口端与机壳顶部连接，并能连通至机壳内的破碎腔；所述机壳上还设有真空抽吸接口；所述出料机构包括出料斗，出料斗的底部设有出料口；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，其特征在于，具体包括：废弃锂离子电池储存装置，无水无氧双轴破碎机，立式热解炉，中和塔，有价元素提炼系统和水泥窑系统；废弃锂离子电池储存装置通过皮带输送机连接至无水无氧双轴破碎机的进料口；无水无氧双轴破碎机的出料口连接至立式热解炉的渣料入口；立式热解炉的烟气出口与中和塔连接；立式热解炉的混合渣出口通过输料管与有价元素提炼系统连接；中和塔的脱酸烟气出口与水泥窑系统的水泥窑窑尾烟室连接；所述无水无氧双轴破碎机具体包括：进料机构、出料机构、对辊破碎机构、传动机构和机壳；所述进料机构固定设置在机壳的顶部，出料机构固定设置在机壳的底部，机壳内形成破碎腔，对辊破碎机构、传动机构均设置在机壳内，传动机构与对辊破碎机构连接；所述进料机构设有稳料仓、进料口、惰性气体入口、受料斗，稳料仓分别与进料口、惰性气体入口连通，稳料仓的出口端连通受料斗的进口端，受料斗的出口端与机壳顶部连接，并能连通至机壳内的破碎腔；所述机壳上还设有惰性气体出口；所述出料机构包括出料斗，出料斗的底部设有出料口；所述破碎机的受料斗、破碎腔及出料斗的腔体为一密封整体，三者之间通过气动闸阀连接控制给料和出料；进料机构、出料机构及对辊破碎机构的竖向对称中心在同一条直线上。...

【技术特征摘要】
1.一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，其特征在于，具体包括：废弃锂离子电池储存装置，无水无氧双轴破碎机，立式热解炉，中和塔，有价元素提炼系统和水泥窑系统；废弃锂离子电池储存装置通过皮带输送机连接至无水无氧双轴破碎机的进料口；无水无氧双轴破碎机的出料口连接至立式热解炉的渣料入口；立式热解炉的烟气出口与中和塔连接；立式热解炉的混合渣出口通过输料管与有价元素提炼系统连接；中和塔的脱酸烟气出口与水泥窑系统的水泥窑窑尾烟室连接；所述无水无氧双轴破碎机具体包括：进料机构、出料机构、对辊破碎机构、传动机构和机壳；所述进料机构固定设置在机壳的顶部，出料机构固定设置在机壳的底部，机壳内形成破碎腔，对辊破碎机构、传动机构均设置在机壳内，传动机构与对辊破碎机构连接；所述进料机构设有稳料仓、进料口、惰性气体入口、受料斗，稳料仓分别与进料口、惰性气体入口连通，稳料仓的出口端连通受料斗的进口端，受料斗的出口端与机壳顶部连接，并能连通至机壳内的破碎腔；所述机壳上还设有惰性气体出口；所述出料机构包括出料斗，出料斗的底部设有出料口；所述破碎机的受料斗、破碎腔及出料斗的腔体为一密封整体，三者之间通过气动闸阀连接控制给料和出料；进料机构、出料机构及对辊破碎机构的竖向对称中心在同一条直线上。2.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，其特征在于，所述对辊破碎机构包括动辊和从动辊，所述动辊和从动辊均包括母辊、套辊、主轴以及轴承，所述套辊紧密配合包裹母辊，母辊与主轴为整体铸件，主轴与轴承连接，所述轴承通过螺栓固定在机壳上；所述传动机构包括电动机和减速机，所述电动机与动辊的主轴相连，带动动辊运动，动辊在摩擦力的作用下带动从动辊转动；动辊和从动辊的套辊外周面形成破碎辊面。3.根据权利要求2所述的一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，其特征在于，所述无水无氧双轴破碎机还包括推力压紧机构，所述推力压紧机构主要由强力弹簧组成，推力压紧机构的一端固定在机壳上，其另一端与动辊和从动辊的一端固定连接，实现动辊和从动辊压紧连接。4.根据权利要求2或3所述的一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，其特征在于，所述动辊和从动辊的套辊外周设有锯齿状或凹凸状的破碎齿，动辊的套辊与从动辊的套辊的破碎齿之间啮合安装连接。5.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，其特征在于，所述立式热解炉具体包括：炉本体，所述炉本体为由外部整体机壳构成的一个立式整体，包括由中间隔墙分隔而成的左炉体和右炉体；左炉体由上往下包括蒸发室、分解室，左炉体上部设有渣料入口和低温蒸汽出口，左炉体的下部设有高温蒸汽入口和固定炉篦子；右炉体包括由倾斜隔板分隔而成的上部的烟气室和下部的炉膛；所述中间隔墙包括上隔墙和下隔墙，上隔墙的底端与倾斜隔板的上端面之间为上部隔墙开口，用于高温烟气进入烟气室；下隔墙的顶端与倾斜隔板的下端面之间为下部隔墙开口，用于混合渣卸出；所述固定炉箅子倾斜设置，其一端固定在机壳上，另一端固定在下隔墙的顶端；所述右炉体的烟气室通过上部隔墙开口与左炉体相连；烟气室的上部设置烟气出口；右炉体的炉膛通过下部隔墙开口与左炉体相连，炉膛右侧设有燃料入口，炉膛底部设置出渣机构和冷空气入口。6.根据权利要求5所述的一种水泥窑协同处置废弃锂离子电池的系统，其特征在于，所述出渣机构包括：可转动的塔式炉篦子、传动立轴、驱动机构、混...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖喜才，刘恩辉，
申请(专利权)人：长沙中硅水泥技术开发有限公司，湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43