基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置及方法，等离子体熔融反应炉上端设置有投料口，等离子体熔融反应炉下端设置有熔渣出口和金属出口，等离子体熔融反应炉的侧面上端设置有烟气出口并且烟气出口与气体净化系统的进气口连接，气体净化系统的出气口与安全火炬连接，等离子体熔融反应炉的下端设置有等离子体炬并且等离子体炬位于熔池内。本发明专利技术可直接将整个电池作为原料，无需复杂的粉碎拆解筛分预处理，有价金属回收率高，其中对钴的回收率能达到95%以上，且工艺简单，能耗低，污染型小。污染型小。污染型小。

【技术实现步骤摘要】
基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种锂电池金属回收装置及方法，特别是一种基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置及方法，属于锂电池回收


技术介绍

[0002]随着电动汽车产业近年的蓬勃发展，在未来几年，预计有大量电动汽车废旧动力电池将进入回收市场，从而催生出锂电池回收利用这一新兴的巨大市场。在各类锂电池中，三元三元锂电池是目前各类动力锂电池中综合性能较好的一种，具有比能量、比功率高，耐低温性好，充电效率高，稳定性好等优势，其市场份额日益扩大，被认为是未来电动车动力电池的主流。废旧三元锂电池含有大量钴、锂、镍、锰、铜、铝等有价金属，其中钴更是价值极高的稀缺战略金属，对三元锂电池中的有价值材料，尤其是贵重金属材料的回收，具有重大的经济价值和环境意义。
[0003]目前对三元锂电池中有价金属回收的方法主要是先对电池进行拆解粉碎，将外壳与电极材料分离后，再从电极材料中提炼有价金属。由于三元锂电池的电解液很多都含有LiPF6等含氟电解质，在电池拆解粉碎分离过程中处置不当极易产生氟化氢等有毒气体，因此粉碎分离出电极材料的工艺要求和成本都比较高。从分离后的电极材料中提取有价金属的方法包括火法、湿法、生物法等。其中火法工艺存在能耗高、金属回收率低、有废气污染等缺陷，湿法工艺金属回收率高，但工艺复杂，反应条件高，其处置规模受限，成本也较高；生物法利用微生物的代谢过程来实现对钴镍等有价金属的选择性浸出，但现有技术受微生物生存条件苛刻，培养时间长，浸出效率低等限制，未能实现商业化。从成本的角度看，现有的三元锂电池有价金属回收技术，其金属回收成本高于直接从矿物中提炼，因此市场竞争力不强，难以实现大规模的商业推广。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置及方法，金属回收率高并且经济环保。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置，其特征在于：包含等离子体熔融反应炉、气体净化系统和安全火炬，等离子体熔融反应炉上端设置有投料口，等离子体熔融反应炉下端设置有熔渣出口和金属出口，等离子体熔融反应炉的侧面上端设置有烟气出口并且烟气出口与气体净化系统的进气口连接，气体净化系统的出气口与安全火炬连接，等离子体熔融反应炉的下端设置有等离子体炬并且等离子体炬位于熔池内。
[0006]进一步地，所述等离子体熔融反应炉包含反应炉炉体和若干等离子体炬，等离子体炬通过密封套筒固定在反应炉炉体内并且若干个等离子体炬沿着反应炉炉体的周向等间距分布，密封套筒内设置有水冷系统，反应炉炉体的下端为倒锥形结构，金属出口设置在反应炉炉体下端中间位置，熔渣出口设置在反应炉炉体下端锥面上并且熔渣出口位于等离
子体炬的下方。
[0007]进一步地，所述金属出口的下方设置有金属收集容器，熔渣出口的下方设置有熔渣收集容器，金属出口和熔渣出口内均设置有流量调节阀门，金属收集容器和熔渣收集容器的下侧分别设置有滚轮。
[0008]进一步地，所述反应炉炉体侧壁上位于熔池部分内设置有水冷壁，反应炉炉体其余部分设置有耐火保温材料。
[0009]进一步地，所述气体净化系统包含喷淋降温室、布袋除尘器和石灰浆池，喷淋降温室侧面下端的进气口与等离子体熔融反应炉烟气出口通过管道连接，喷淋降温室上端出气口通过管道与布袋除尘器侧面下端的进气口连接，布袋除尘器上端的出气口通过管道与石灰浆池的进气口连接，石灰浆池由若干个独立的浆池串联构成。
[0010]一种基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置的回收方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：向等离子体熔融反应炉中投入废旧三元锂电池，堆积形成锂电池料床；步骤二：等离子体炬喷射高温等离子体火焰加热并熔融锂电池料床形成熔池；步骤三：等离子体炬持续加热使熔池温度上升至1600
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1700℃，同时调节等离子体熔融反应炉内的氧化还原环境，使熔池中的金属还原成单质状态；步骤四：关闭等离子体炬，并保持熔池温度不低于1500℃，使熔池中的熔渣和单质金属静置分层；步骤五：打开等离子体熔融反应炉的金属出口，通过金属收集容器收集液态的单质金属；步骤六：关闭金属出口，打开熔渣出口，通过熔渣收集容器收集熔渣。
[0011]进一步地，所述步骤一中投入的废旧三元锂电池采用整个的废旧三元锂电池或者破碎筛分后的废旧三元锂电池电机材料，若采用整个的废旧三元锂电池，则入炉前需要进行充分放电。
[0012]进一步地，所述步骤二具体为2.1开启密封套筒的保护气开关和水冷系统，启动等离子体炬，等离子体炬产生的高温等离子体火焰通过密封套筒喷入等离子体熔融反应炉；2.2锂电池料床被等离子体火焰加热熔融，并在等离子体火焰的搅动下形成稳定的流场，形成循环流动的液态熔池，使熔池内形成比较均匀的物质和温度分布；2.3锂电池料床开始熔融后，启动等离子体熔融反应炉熔池区域的炉壁水冷壁，熔融后的材料在熔池壁上冷凝，形成一层固态保护层。
[0013]进一步地，所述步骤三具体为3.1保持等离子体炬开启，调节等离子体输出功率，保持熔池温度持续稳定的升高；3.2调节从密封套筒喷入的保护气流量与成分，控制三元锂电池原料中碳的氧化反应程度，使从烟气出口排出的气体中，二氧化碳与一氧化碳的摩尔比控制在0.2%
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1.0%之间，保证等离子体熔融反应炉内始终处于强还原性气氛；3.3熔池中的金属元素在强还原性气氛下发生还原反应，生成液态金属单质。
[0014]进一步地，等离子体熔融反应炉中排出的烟气进入气体净化系统，经过喷淋降温
室中水雾喷淋冷却，将烟气温度降低至185
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250℃，使挥发性金属和盐类充分冷凝，然后流入布袋除尘器，去除固体颗粒物；烟气进入石灰浆池，其中氟化氢和其它酸性气体被石灰浆充分吸收；从石灰浆池出来的烟气进入安全火炬，在足量空气下充分燃烧，一氧化碳和其它可燃气体燃尽，产生尾气经检测合格后排入大气。
[0015]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本专利技术的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置及方法安全、高效、经济、环保；2、本专利技术可以直接使用整个的废旧三元锂电池作为原料，避免了材料回收前复杂的拆解粉碎筛分等预处理过程，简化了工艺，降低了成本和环境风险；3、本专利技术简化了三元锂电池中金属材料回收的工艺复杂度，提高了钴镍锰等金属的回收效率，尤其是对钴的回收效率能达到95%以上，实现了三元锂电池金属材料回收过程无三废排放，除金属材料外，所产生的炉渣不具有浸出毒性，可作为安全的建筑材料；4、本专利技术采用高热流密度的等离子体火焰作为热源，与传统火法相比极大地提高了三元锂电池的熔融速度和效率；等离子体火焰的温度和输入功率可以通过等离子体炬实时与精准的调节，从而实现对等离子体熔融反应炉内温度的实时精确控制；5、本专利技术通过调节密封套筒通入气体的成分和流量，可以有效控制等离子体熔融反应炉内的氧化还原气氛，既保证等离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置，其特征在于：包含等离子体熔融反应炉、气体净化系统和安全火炬，等离子体熔融反应炉上端设置有投料口，等离子体熔融反应炉下端设置有熔渣出口和金属出口，等离子体熔融反应炉的侧面上端设置有烟气出口并且烟气出口与气体净化系统的进气口连接，气体净化系统的出气口与安全火炬连接，等离子体熔融反应炉的下端设置有等离子体炬并且等离子体炬位于熔池内。2.根据权利要求1所述的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置，其特征在于：所述等离子体熔融反应炉包含反应炉炉体和若干等离子体炬，等离子体炬通过密封套筒固定在反应炉炉体内并且若干个等离子体炬沿着反应炉炉体的周向等间距分布，密封套筒内设置有水冷系统，反应炉炉体的下端为倒锥形结构，金属出口设置在反应炉炉体下端中间位置，熔渣出口设置在反应炉炉体下端锥面上并且熔渣出口位于等离子体炬的下方。3.根据权利要求2所述的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置，其特征在于：所述金属出口的下方设置有金属收集容器，熔渣出口的下方设置有熔渣收集容器，金属出口和熔渣出口内均设置有流量调节阀门，金属收集容器和熔渣收集容器的下侧分别设置有滚轮。4.根据权利要求2所述的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置，其特征在于：所述反应炉炉体侧壁上位于熔池部分内设置有水冷壁，反应炉炉体其余部分设置有耐火保温材料。5.根据权利要求2所述的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置，其特征在于：所述气体净化系统包含喷淋降温室、布袋除尘器和石灰浆池，喷淋降温室侧面下端的进气口与等离子体熔融反应炉烟气出口通过管道连接，喷淋降温室上端出气口通过管道与布袋除尘器侧面下端的进气口连接，布袋除尘器上端的出气口通过管道与石灰浆池的进气口连接，石灰浆池由若干个独立的浆池串联构成。6.根据权利要求1
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4任一项所述的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置的回收方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：向等离子体熔融反应炉中投入废旧三元锂电池，堆积形成锂电池料床；步骤二：等离子体炬喷射高温等离子体火焰加热并熔融锂电池料床形成熔池；步骤三：等离子体炬持续加热使熔池温度上升至1600
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1700℃，同时调节等离子体熔融反应炉内的氧化还原环境，...

【专利技术属性】
技术研发人员：严圣军，张庆麟，侯澍闵，李军，
申请(专利权)人：中国天楹股份有限公司加拿大艾普莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：