[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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为解决上述技术问题，本发明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。

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。

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。

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。

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。