废锂离子电池回收处理设备物理分选技术

为了应对能源安全和能源环境污染等问题，锂离子动力电池因其优越的性能在新能源汽车领域得到了广泛的运用。受制于锂离子动力电池的使用寿命和产品的更新换代，锂离子电池将在未来几年逐渐进入批量报废阶段，报废的锂离子电池含有钴、锂、铜、镍、石墨等有价组分，回收价值极大。另一方面，废锂离子电池中含有重金属离子、有机碳酸酯等有毒有害物质，若不妥善处置将对环境构成极大的威胁。为了实现资源化回收和无害化处理，废锂离子电池的回收已成为研究的热点。

废锂离子电池物理分选技术研究现状，重点对破碎、筛分分选、重力分选和浮选等工艺进行了评述，提出应加强物理分选相关的技术研究，进一步提高分选产品纯度，指出废锂离子电池高效率、低成本、低污染的资源化回收技术是未来的发展方向。对物理分选技术未来的发展前景进行了展望。

废锂离子电池回收过程中的物理分选技术一般作为冶金提纯前的预处理工序，用来富集高含量的物质，其分选结果直接关系到后续工艺的选择、提纯难易程度、经济环保等关键性问题，在整个回收利用环节中起到重要的承上启下的作用。

然而，目前物理分选并没有引起足够的重视，缺乏系统的理论和高效的分选技术，严重制约了废锂离子电池回收的工业化和无害化处置进展。因此，为了加深对废锂离子电池物理分选技术现状的认识和理解，对当前的物理分选技术进行了综合论述，可为废锂离子电池的资源化和无害化处理提供参考。

当前绝大部分已商品化的锂离子动力电池正极材料普遍为三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂，其中三元材料电池和磷酸铁锂电池的市场占有量达45%左右。报废的锂离子电池通常含Co 5%～20%,Ni 5%～10%,Li 5%～7%，其他金属（Cu,Al,Fe等）5%～10%、有机物15%以及塑料7%[16]，其质量分数如图2所示。有价金属的含量高于矿石本身甚至加工后的矿石精矿，废锂离子电池被誉为名副其实的“金属矿山。相较于其它电池，锂离子电池通常被认为是清洁、绿色的能源，但由于锂离子电池含有重金属离子、六氟磷酸锂、有机碳酸酯等有毒有害物质，若不妥善处理依旧对水质、土壤和大气造成污染。因此，废锂离子的无害化处理和资源的绿色回收处理，是循环经济的必由之路，具有重大的资源、经济和环保等效益。

废锂离子电池物理分选现状

物理分选是根据废锂离子电池各组分在粒度、比重、磁性、润湿性、摩擦荷电性等物理性质的差异实现各组分分离和提纯的过程[20-21]，包括筛分分选、重力分选、磁力分选和浮选等。具有经济、环保、流程短、简化后续冶金处理工艺等优点，在实际运用中物理分选大多作为废锂离子电池回收过程中的预处理工序，用来预先富集高含量的物质。

破碎、筛分分选

破碎是废锂离子电池资源回收过程中的关键环节，电池放电后经切割、剪切或者冲击粉碎等方式减小了电池的金属外壳及内部组分的粒度，废锂离子电池中的各组分破碎后往往在特定的粒级会产生富集，表现出明显的选择性破碎特点。

将废弃锂电池经过一次冲击破碎和筛分，金属外壳和大片隔膜富集在+2 mm破碎产物中，金属箔片和纤维状隔膜富集在0.25～2 mm破碎产物中，电极活性材料钴酸锂和石墨富集在-0.25mm破碎产物中。周旭等[22]对废锂离子电池负极材料采用锤振破碎和振动筛分，得到的+0.250 mm粒级中铜品位为92.4%,-0.125 mm粒级中碳粉品位为96.6%,-0.125～+0.250 mm粒级再经气流分选，实现了铜与碳粉的有效分离。

针对传统破碎法存在的粒度差不显著、粒度分布不均匀等问题，采用规则破碎法，在破碎产物中负极材料与铝箔和铜箔的粒度差极大，隔膜性质未发生明显变化，经筛分实现了正负极材料与铝箔和铜箔的分离。

对废锂离子电池破碎筛分得到-12mm粒级产品，利用超声波对破碎产品进行清洗，清洗后的产品再利用2 mm筛网筛分分选，得到的筛上产品为易于分选的铜、铝和铁薄片，筛下产品为电极材料。利用超声波清洗使得电极材料中的92%的Co从其支撑薄板上充分脱落，为后续分选创造了有利条件。因此，废锂离子电池的破碎目的在于应设法尽可能扩大选择性破碎效果，使破碎产物高效地集中在特定的粒级当中，为后续分选创造有利条件。

重力分选是利用破碎后各组分的比重差异，借助风力或水力介质来实现不同组分的分离，重力分选是物理分选处理废锂离子电池重要的方法之一，重选设备结构简单、成本低、无污染，主要用来分离废锂离子电池的隔膜材料和金属材料。

磁力分选在物理分选过程中的回收对象大多为含磁性的铁质，可选择性地分离废锂离子电池金属外壳等铁质材料[34]或冶金工艺处理后的磁性物质回收废锂离子电池中有价金属的方法，其中机械处理部分包括了利用磁力分选来分离钢壳。

针对剪切破碎和筛分后的废锂离子电池，利用磁选分离出+1 mm粒级颗粒中的钢壳，非磁性产品经涡流电选分离出塑料，最后通过气流重力分选实现铝和铜的分离，实现了对+1 mm粒级颗粒塑料、铝、铁、铜的分离。

物理分选一般作为冶金提纯前的预处理工序来富集高含量的物质，但随着锂离子电池技术水平的提高，锂离子电池在组成和结构不断出现新的变化，尤其是正极活性材料的革新，对以后的回收工艺提出了新的要求。根据废锂离子电池不同的回收需求，物理分选的方式和程度是不同的，往往需要将多种工艺组合起来对报废锂离子电池进行处理，多种工艺联合处理废锂离子电池展现了良好的运用前景。

随着锂离子动力电池在未来几年逐渐进入批量报废阶段，鉴于废锂离子电池的资源性和危害性特征，废锂离子电池的低污染、高效率、低成本、增加回收物质种类的资源化回收技术是未来的发展方向。物理分选技术在处理废锂离子电池中可以清洁、环保、经济地实现锂、钴、铜、锰等金属的预先富集，在与其它技术相结合进一步实现有用组分的分离和提纯展现了巨大的潜力。