锂电池处理设备破碎解离废锂电池负极铜与碳粉

锂离子电池 (以下简称锂电池) 因具有电压高、比容量大、寿命长和无记忆效应等显著优点, 自其商业化以来便快速占领了便携式电子电器设备的动力源市场, 且产量逐年增大。报废后的锂电池, 如处理处置不当, 其所含的六氟磷酸锂、碳酸酯类有机物以及钴、铜等重金属必然会对环境构成潜在的污染威胁。而另一方面, 废锂电池中的钴、锂、铜及塑料等均是宝贵资源, 具有极高的回收价值。因此, 对废锂电池进行科学有效的处理处置, 不仅具有显著的环境效益, 而且具有良好的经济效益。

锂电池主要由外壳、正极、负极、电解液与隔膜组成。正极是通过起粘结作用的PVDF将钴酸锂粉末涂布于铝箔集流体两侧构成;负极结构与正极类似, 由碳粉粘结于铜箔集流体两侧构成。

目前, 废锂电池资源化研究主要集中于价值高的正极贵重金属钴和锂的回收, 对负极材料的分离回收鲜见报道。为缓解经济快速发展而引发的日趋严重的资源短缺与环境污染问题, 对废旧物资实现全组分回收利用已成为全球共识。废锂电池负极中的铜 (含量达35%左右) 是一种广泛使用的重要生产原料, 粘附于其上的碳粉, 可作为塑料、橡胶等添加剂使用。因此, 对废锂电池负极组成材料进行有效分离, 对于最大限度地实现废锂电池资源化, 消除其相应的环境影响具有推动作用。

常用的废锂电池资源化方法包括湿法冶金

、火法冶金及机械物理法。相比于湿法及火法, 机械物理法无需使用化学试剂, 且能耗更低, 是一种环境友好且高效的方法。基于锂电池负极结构特点, 采用破碎筛分与气流分选组合工艺, 对其进行分离富集研究, 以实现废锂电池负极铜与碳粉的分离回收。

负极材料的破碎解离

将负极样品放入锤式破碎机中粉碎, 排料口设孔径1 mm的筛网, 确保粒径小于1 mm的破碎料排出设备, 而大于1 mm的破碎料继续粉碎, 直至粒径小于1 mm;收集破碎料, 采用标准筛进行分级并确定其粒径分布。

破碎料的气流分选

破碎料置于流化床分布板上形成固定床层;开启风机调节气体流速, 依次使颗粒床层经固定床、床层松动、初始流态化直至充分流化而使金属与非金属颗粒相互分离, 其中轻组分被气流带出流化床, 经旋风分离器进行收集, 重组分则停留在流化床底部。

废锂电池负极破碎料主要集中在大于0.590 mm和小于0.074 mm的粒径范围内, 其质量分数分别为20.6%和40.4%;粉碎料中的铜含量随颗粒粒径的减小而降低, 相应地碳粉含量随颗粒粒径减小而增大。由表1可见, 粒径大于0.250 mm和小于0.125 mm的粉碎料分别为高度富集的金属铜 (平均品位达92.4%) 与碳粉 (平均品位达96.6%) , 可分别将其送于下游企业回收并利用;而粒径为0.125~0.250 mm的粉碎料中, 金属铜的品位较低, 可通过气流分选提高其纯度。