[发明专利]基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收装置及方法

权利要求书

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1-4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1600-1700℃，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。

7.根据权利要求6所述的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收方法，其特征在于：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。

8.根据权利要求6所述的基于等离子体的废旧三元锂电池中金属回收方法，其特征在于：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。