第四章 产品工艺流程：2 万吨/年废锂电池回收处理工艺及其应用

第四章 产品工艺流程：2 万吨/年废锂电池回收处理工艺及其应用

第四章 产品工艺

1. 产品方案选择

1）深入进行市场调研，充分了解相关行业的需求和同类产品的生产状况，准确预测市场趋势，在市场调研的基础上筛选出销量好、效益高、发展前景广阔的产品。

2）根据现有市场容量和未来发展趋势，确定产品方案和建设规模，避免产能过剩，保证项目的经济效益。

3）充分考虑原料供应情况，发挥国内及当地资源优势，选择合理的原料路线方案。

4）充分考虑规模经济优势，确定经济合理的设备规模。在充分考虑上述情况及市场分析后，确定本项目建设设计为2万吨/年废旧锂电池回收利用工艺及其钴、镍、锰、三元材料、锂、铁、铝的应用。

2、生产规模：根据国内市场需求缺口、已有原材料情况、项目设计产能，项目建成后第四年将达到满负荷生产，年处理废旧锂电池2万吨，年产1.2万吨。再生料产能为：第一年50%；第二年70%；第三年90%；第四年以后100%。

3、工艺技术方案比选

1）国内外技术概况

（1）动力电池回收技术：下图是目前国内外普遍认可和遵循的动力锂电池回收流程，此流程是结合循环经济理论与产品生命周期分析（LCA）原则建立的；根据USABC的相关评估标准，动力电池的使用寿命终结时间为实际容量降至标称容量的80%以下；回收这部分电池进行二次利用将大大减少对环境的污染，以回收再制造的形式进行。

图4-1 动力锂电池回收流程循环经济示意图

（2）目前国内外对废旧锂离子电池的回收处理工艺为：首先将电池完全放电，然后拆解电池，分离正极、负极、电解液、隔膜，再用碱、酸浸出电极材料，浸出除杂后进行萃取，实现有价金属的富集。

（3）回收过程中所采用的方法按提取工艺可分为三类：干法回收技术、湿法回收技术和生物回收技术。

2）几种回收技术方案解读

（1）干法回收技术

*定义：干法回收是指不使用溶液或其他介质，直接回收材料或有价金属的方法。主要通过物理分选和高温热解对电池碎片进行粗筛分和分类，或通过高温分解去除有机物，以利于进一步元素回收。干法回收不经过其他化学反应，流程短，回收针对性不强，是金属分离回收的初级阶段；

*方法：

（a）机械分选法：机械分选法利用不同电池组分的密度、磁性等物理性质的差异，通过破碎、筛分等方式对电池材料进行粗分类，实现不同有用金属的初步分离和回收。一般情况下，由于锂离子电池结构特殊，活性物质与集流体结合紧密，不易解体破碎，在筛分和磁选过程中存在机械卷吸损失，因此很难实现金属的完全分离和回收。

(b)高温热解法：高温热解法主要是以高温焚烧分解的方式除去黏合剂，使物质分离，同时，经过高温焚烧后，电池内的金属会被氧化、还原、分解，形成水蒸气挥发，经冷凝后再将其收集；此法虽然工序简单，产物单一，但能耗较大，较适合于预处理工序。

（2）湿法回收技术：湿法利用各种酸、碱溶液作为转移介质，将金属离子从电极材料转移到浸出液中，再利用离子交换、沉淀、吸附等手段，将金属离子转移到盐类中，有价金属以沉淀物、氧化物等形式从溶液中提取出来。湿法回收技术相对复杂，但每种有价金属的回收率较高。

*方法：

（a）湿法冶金：湿法冶金是将废旧电池破碎后，用适当的化学试剂进行选择性溶解，分离出浸出液中的金属元素。由于处理设备的投资成本低，适合中小型废旧锂电池的回收利用。为提高金属提取效率，该工艺要求在破碎前将废旧锂电池根据电池的不同化学成分进行仔细分类，以匹配浸出液的化学体系。

（b）化学萃取法：萃取法是利用一定的有机试剂与需分离的金属离子形成络合物，再采用适当的试剂将金属分离出来；该方法对设备的防腐要求较高，且需使用大量有机溶剂，对​​环境造成二次污染，回收成本较高。

（c）离子交换法：利用离子交换树脂对所要收集的金属离子络合物的吸附系数不同，实现金属的分离与提取。此工艺简单，易于操作。

（3）生物回收技术

A.定义：生物回收技术是一种简单、经济、环境友好的回收技术，主要利用微生物浸出将体系中的有用组分转化成可溶性化合物并选择性溶解，得到有效的含金属溶液，用于将目标组分与杂质组分分离，最终回收锂等有价值金属。

B.方法：目前生物浸出技术处理废旧锂离子电池的研究才刚刚起步，还存在高效菌种的培育、长周期、浸出条件的控制等诸多问题有待解决，但其低成本、低污染、可重复利用的特点使其成为未来锂离子电池回收技术发展的理想方向。

C.可见，这些废旧动力锂电池回收工艺都有各自的优缺点，因此有研究优化使用组合回收工艺，充分发挥各种基本工艺的优势，尽可能多地回收可再生能源和能源，提高回收的经济效益。

3）回收技术方案选择

（1）回收技术方案优缺点分析：火法回收精炼重金属需要较高的能耗，而且必须严格控制高温处理产生的烟气污染，为避免二恶英的产生，必须提高焚烧温度，因此设备投资、运行费用、建设费用均高于其他方法。同时，烟气中的二恶英需要后期处理，增加了工艺的复杂性和运行成本。成本低、二次污染小、设备要求低、无烟气净化问题；操作条件温和，资源回收率高，产品纯度高；因此，湿法冶金技术是目前该领域的研究趋势；但生物浸出技术处理废旧锂离子电池的研究才刚刚起步，还有许多问题需要解决，如高效菌种的培养、长周期、浸出条件的控制等。其低成本、低污染、可重复利用的特点使其成为未来锂离子电池回收技术发展的理想方向。

（2）回收技术方案的确定：综合考虑以上技术的优缺点，本项目采用湿法回收应用+生物浸出技术研发的双轨并行模式对废旧锂电池进行回收利用。所选工艺不仅优化了工艺中的各个工序，实现了工艺流程的集成和精简，降低了工艺操作的复杂性，降低了回收成本；此外还兼顾了生产过程中产生的废水、废渣，并在环保治理阶段进行清洁生产，实现污染零排放的目标；与国内同领域研究相比，处于领先地位。

（3）本项目将在最优研究成果基础上进行规模化、产业化研发与建设，建设两条年回收处理废旧锂离子1万吨的全封闭清洁生产线，年总处理能力达2万吨，满负荷生产后废旧锂电池总产值超过24亿元。湿法回收重金属技术规模化应用在国内尚未见到，即便是国外也不多见，因此本项目的研究在国内处于领先地位；项目成果对全国废旧锂电池金属资源回收具有一定的指导作用，成功填补了国内空白；同时本项目在清洁环保和高值化利用方面做出了创新，金属回收率高、清洁环保、成本低、利润高，在同类企业中具有较大的竞争优势。

4、项目工艺流程概述：项目提出废旧锂电池首先要进行预处理，包括放电、拆解、破碎、分选等，拆解后的塑料、铁壳等进行回收利用。

图4-4 生产工艺流程示意图

1）废旧电池收集：利用各个城市电池回收箱，与各大城市、各大新能源公司合作建设废旧电池回收站，向分散的电池回收商收集废旧锂电池；

2）放电：在车间设置不锈钢放电槽，盛有盐溶液，用行车将堆放好的废旧锂电池逐个放入放电槽中浸泡30分钟以上。放电完成后将电池摊开自然晾干；

3）拆解：将包装好的废旧锂电池采用手工与机械相结合的方式进行拆解，将拆下的外壳、铝箔、铜电极等按照不同的材质进行分类堆放，拆解过程中使用手套，使用密封的防尘设备如箱子；

4）破碎：将拆解后可供后续加工使用的含钴、镍等金属的电池材料放入破碎机进行破碎，破碎机配有吸尘装置，不污染外界。

（完，未完待续）