唐剑骁废旧电池的回收利用.ppt

废旧电池的回收利用,昆明理工大学 环境科学与工程学院 再生资源科学与技术专业 唐剑骁,目录,1.锌锰电池的回收利用技术,废旧锌锰电池的回收利用主要兴起于韩国和日本，他们的回收工艺成熟，技术含量也高。韩国资源再生公社开发并采用的离子体技术处理废旧锌锰电池回收铁锰合金和金属锌，通过不完全统计，每年能实现的废旧电池回收达到几千吨以上。上述的技术一定要对电池进行分解和筛选，再将已经分选出来的铁壳送到冶炼厂冶炼；对于生下来的残留物，一般通过焚烧的方式处理，其产生的气体经冷凝、精制成汞，对残渣进行粉碎，提取当中有用的物质，而剩余的铁渣还能送去冶炼厂冶炼，其它部分则被加工成锌和锰氧化物。,2.铅酸蓄电池的回收利用,废铅电池回收利用以废铅再生资源化为主，世界上再生铅生产原料有八成来自废铅酸蓄电池，我国废汽车用铅酸蓄电池回收率达8085%。以铅酸蓄电池为原料生产再生铅，传统的方法是混炼法，即将蓄电池废料整体投入冶金炉内，于1300左右高温下熔炼。由于熔炼温度高，原料组成负责，带来一系列问题，其中环境污染是最吐出的。解决这个问题的关键是变“混炼”为按蓄电池的各个组分分别进行处理，需要将铅酸蓄电池的各个组分彼此分离的预处理过程。这些技术在美国、德国和意大利等国发展较成熟。,3.氢镍电池的回收利用,3.1湿法 对于废旧氢镍电池的处理，一般是火法和湿法两种。对于湿法工艺的浸出阶段，大多数采用硫酸浸出，少数采用氨水浸出，而在实验也有人选择用有机选择剂的。采用氨水浸出，铁不参加反应，浸出剂易回收，可以循环利用，无二次污染；硫酸虽然成本低，但是由于有大量的铁参与反应，浸出剂消耗量大，回收困难，二次污染严重。对于二价镍、镉离子离子的分离，有电解沉淀，沉淀析出、萃取及置换等几种方法、,3.氢镍电池的回收利用,3.2火法/干法 对于火法回收基本是利用金属镉易挥发的性质。回收镉的温度范围通常是9001000。具体到镍的火法回收，有的不做处理，只是简单地让其熔入铁水中，否则要采用较高温度的电炉冶炼，但是火法的回收的产品是铁镍合金，没有实现镍的分离回收。由于电池中的镍、镉多以氢氧化物的形式存在，加热时变成氧化物，故采用火法回收时，要加入炭粉等作为还原剂。,4.锂电池的回收利用,废锂离子电池中最具有回收价值的金属是钴，而不是锂。锂、镍和锰等金属只是作为回收钴的副产品。各种回收技术基本相似，包括预处理（拆解、分类等）以及钴和其它金属的回收部分。各种回收技术的预处理方式基本相同，差异在于钴和其它金属的回收技术路线和方法不同。,4.1干法,干法是通过还原焙烧分离钴、铝，浸出分离钴和乙炔黑的一种锂离子电池回收处理方法。该方法将电池保持在隔绝水分与空气的环境中，一般是在氮气或氨气环境中进行，将锂离子电池在高温下进行焚烧，分离出各种金属。温俊杰等研究者提出了高温焙烧回收金属钴的工艺先对锂离子废旧电池进行放电处理，剥离外壳，回收金属材料；将电芯与焦炭、石灰石混合，投入焙烧中进行还原焙烧。有机物燃烧生成二氧化碳及其他气体，钴酸锂被还原为金属钴和氧化锂，氟和磷元素被沉渣固定，铝被氧化为三氧化二铝炉渣。,4.1干法,大部分氧化锂以蒸气形式逸出，将其用水吸收，金属铜、锂、镍、等形成含碳合金，再用常规湿法冶金技术进行深加工处理。干法工艺流程较短，过程中考虑了氟污染的防治，并且锂元素得以回收。 干法工艺相对简单，不足之处是能耗较高，电解质溶液和电极中其他成分通过燃烧转变为二氧化碳或其他有害成分，如五氧化二磷等。焚烧除去有机物的方法易引起大气污染，合金纯度较低，后续湿法冶金过程仍需一系列净化除杂步骤。,4.2湿法,湿法是以无机酸溶液将废旧电池中的各有价成分浸出后，再以络合交换法、碱煮酸溶法、酸溶萃取沉淀法等加以回收。 Zhang Pingwei，等用4mol/L盐酸溶液在80下浸出锂离子二次电池正极废料，Co、Li的浸出率均大于99%，之后用0.9mol/L的PC88A（2乙基已基磷酸单2乙基已基醚）萃取Co，反萃取后以硫酸钴形式回收钴。溶液中的锂通过加入饱和碳酸钠溶液，在100下沉淀为碳酸锂得以回收，回收率接近80%。,4.2湿法,Kudo Mistuhiko，等用酸浸出锂离子电池正极废料，往浸出液中加入两性金属，使Co2变成Co，然后加碱去除两性金属，获得金属Co。Hayashi，等用硫酸或盐酸浸出，在浸出液中加入碱金属碳酸盐，沉淀物质经焙烧获得更纯的正极活性物质。Supasan，等用HNO3溶液浸出锂离子电池正极废料，往混合浸出液加入LiOH，使各金属生成氢氧化物沉淀，沉淀物经过滤并焙烧，得金属氧化物的混合物。McLaughlin提出，采用Toxco法（火法与湿法相结合），首先将废弃材料在液氮中冷却，机械破碎后，加入去离子水，使锂与水反应生成氢氧化锂，并以此作为主要产品，但该法未述及对钴等其他元素的回收。,4.2湿法,以湿法处理废旧锂离子电池，浸出液需要严格净化，消耗大量电能，有机试剂也会对环境和人体健康有不利影响，而且工艺流程长，对设备要求高，成本高。现行的湿法工艺都较复杂，资源回收率低，存在二次污染等问题。 总之，各国对废弃锂离子电池的回收再生工艺研究起步都较晚，并且因为锂离子电池对环境的污染相对其他电池种类较小、回收处理成本高，所以一直没有高效、经济、环保的回收工艺，所以有必要寻求一种合理、有效、清洁的金属回收和资源利用途径。,4.3生物浸出,生物浸出技术已成功应用于从低品位，难处理矿石中提取金属，应用于废水处理及从各种废弃物如废弃线路板、干电池、镍镉电池等中回收金属，也是一个非常热门的研究课题。借鉴生物冶金技术，使微生物直接或间接参与废旧电池粉末中的二氧化锰的还原回收，二氧化锰的最终浸出率可达93。与传统电池回收技术相比，其特殊优势在于环境友好，并可实现有机废物与废旧电池的综合治理。应用生物浸出技术处理废弃锂离子电池的研究才刚刚起步。,4.3生物浸出,辛宝平，等研究了采用生物淋滤溶出法从废弃锂离子电池中回收钴。先把废旧电池拆分并筛选，用含有微生物的溶液淋滤溶出废旧锂离子电池中的钴，考察了培养条件、硫磺质量浓度、起始pH值和电极材料加入量等对生物淋滤钴溶出的影响，并探讨了提高钴离子生物溶出效率的方法及工艺条件。选用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌的混合菌液进行试验，对于锂