8000吨年废锂电池金属全封闭清洁回收工艺及其应用项目可行性研究报告.doc

X XX XX XX X 能能源源新新材材料料有有限限公公司司 8 80 00 00 0 吨吨/ /年年废废锂锂电电池池金金属属全全封封闭闭清清洁洁 回回收收工工艺艺及及其其应应用用 项项目目 可行性研究报告 南京英凯工程设计研究院有限公司南京英凯工程设计研究院有限公司 2 20 01 11 1 年年 1 10 0 月月 X XX X 能能源源新新材材料料有有限限公公司司 8 80 00 00 0 吨吨/ /年年废废锂锂电电池池金金属属全全封封闭闭清清洁洁 回回收收工工艺艺及及其其应应用用 项项目目 可行性研究报告 设计经理： 项目审定人： XXXX 工程设计研究院有限公司工程设计研究院有限公司 资格证书号 i 目目 录录 1 总总 论论 .1 1.1 概述.1 1.2 研究的主要结论.6 1.3 存在问题及建议.7 2 市场预测市场预测 .8 2.1 锂电池的发展概况.8 2.2 产品价格分析.9 3 产品方案和生产规模产品方案和生产规模 .10 3.1 产品方案的选择.10 3.2 生产规模.10 4 工艺技术方案工艺技术方案 .11 4.1 工艺技术方案的比较和选择.11 4.2 主要设备方案.14 4.3 标准化.14 5 原料、辅助原料及燃料的供应原料、辅助原料及燃料的供应 .16 6 建厂条件和厂址方案建厂条件和厂址方案 .17 6.1 建厂条件.17 6.2 拟建厂址和占地面积.22 7 公用工程和辅助设施方案公用工程和辅助设施方案 .23 7.1 总图运输.23 7.2 工厂给排水.24 7.3 供电及电讯.24 7.4 贮运及运输.25 7.5 维修.25 7.6 土建.25 7.7 生活福利设施.26 8 能耗分析及节能措施能耗分析及节能措施 .27 8.1 能耗指标.27 8.2 节能措施.27 9 环境保护环境保护 .28 9.1 厂址与环境现状.28 9.2 执行的环境质量标准及排放标准.28 9.3 建设项目主要污染源及污染物.28 9.4 环境保护治理措施及方案.29 9.5 环境保护机构及定员.29 ii 9.6 环境保护投资.30 10 劳动保护与安全卫生劳动保护与安全卫生 .31 10.1 编制原则.31 10.2 编制依据.31 10.3 工程概况.31 10.4 建筑及场地布置.32 10.5 劳动安全卫生设计中采用的主要防范措施.32 10.6 劳动安全卫生机构设置及人员配备情况.33 10.7 劳动保护设施费用.33 11 消防消防 .34 11.1 设计依据.34 11.2 工程概况.34 11.3 消防方案.34 11.4 消防设施费用.34 12 工厂组织和劳动定员工厂组织和劳动定员 .35 12.1 工厂组织.35 12.2 劳动定员.35 12.3 人员的来源和培训.36 13 项目实施规划项目实施规划 .37 14 投资估算和资金筹措投资估算和资金筹措 .38 14.1 投资估算.38 14.2 流动资金估算.39 15 项目财务评价项目财务评价 .40 15.1 产品成本分析.40 15.2 经济效益分析.41 15.3 财务评价结论.41 16 结结 论论 .42 1 1 1 总总 论论 1.11.1 概述概述 1.1.1 项目名称、主办单位名称 项目名称：8000吨/年废锂电池金属全封闭清洁回收工艺及其应用项目 项目性质：新建 项目总投资：15000万元 企业名称：XXXX能源新材料有限公司 项目地址：XX市武进区遥观镇工业园今创集团内 1.1.2 可行性研究报告编制的依据和原则 1.1.2.1 编制依据 南京英凯工程设计研究院有限公司与XXXX能源新材料有限公司签定 的XXXX能源新材料有限公司8000吨/年废锂电池金属全封闭清洁回收工艺 及其应用项目建设工程咨询合同 。 XXXX能源新材料有限公司提供的设计基础资料。 1.1.2.2 可行性研究报告编制原则 执行原化学工业部化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规 定 （修订本）化计发（1997）426号。 认真贯彻执行国家基本建设的方针政策和经济法规。 重视环境保护，使生产装置的生产达到环保要求。同时严格执行国 家有关生产及工业卫生的各项法令、法规，并做到环保措施与工程建设“三 同时” 。 充分利用现有今创集团提供的公用工程设施和环保设施，以节约投 资，加快建设进度。 技术选择上力求高起点，先进稳妥可靠，以较小的投入获取最大的 经济效益。工艺生产充分考虑节能降耗，以降低成本。 贯彻“工厂布置一体化、生产装置露天化、建构筑物轻型化、公用 工程社会化、引进技术国产化”的“五化”设计原则。 本着对国家负责、对建设单位负责的精神，力求对技术成熟程度， 2 市场需求预测、建设条件、经济效益， “三废”治理等方面进行全面的考察 研究，对XXXX能源新材料有限公司8000吨/年废锂电池金属全封闭清洁回收 工艺及其应用的可行性作出比较科学、合理的结论。 1.1.3 项目建设内容 8000吨/年废锂电池金属全封闭清洁回收工艺及其应用。 1.1.4 项目提出的背景、投资必要性和经济意义 1.1.4.1 项目承办单位基本情况 XXXX能源新材料有限公司是今创集团的下属子公司，占地15000平米， 固定资产投资6000万元，总投资额约1.5亿元人民币。公司以拥有自主知识 产权的生产工艺为基础，以先进的生产设备和雄厚的技术力量为依托，以科 学的生产管理和严格品质控制为保证，主要生产电积钴、电池级四氧化三钴 以及硫酸钴、氯化钴等钴盐系列产品，年产量达到1500吨钴金属量，此外还 有副产品1200吨电积铜。公司产品主要针对二次充电电池的严格要求设计、 生产和检验的，完全满足合金产品的质量要求，可广泛应用于二次充电电池、 航空航天、电机电气、机械、陶瓷、通讯、化工等行业。产品的各项性能指 标均达到国际领先水平，深受客户信赖，具有很强的产品竞争力。 公司重视与地方高校建立产学研合作，建立了以江苏技术师范学院江苏 省贵金属深加工技术及其应用重点实验室为技术支撑的课题研发组，配以本 公司的技术骨干和市场开发人员，分层次解决技术和产业化过程中工程与市 场问题。小试研究在大学实验室，共同完成实验室技术的攻关。此外，本公 司还配有技术开发工程师和市场开发工程师，与课题组一起完成工程设计和 应用任务，同时具备新产品的市场开发能力和经济分析能力。工程师群体的 任务是负责对高校合作取得的实验室技术进行中试转化与市场接轨工作，完 成工程应用，形成具有经济价值的全套产业化技术。进行批量生产和市场销 售，完成市场接轨、成果鉴定与评价，取得相关的技术水平证明。通过近三 年的建设，本公司具备了从高校教授到市场运作的工程师的一支涵盖技术、 管理、市场的专业化队伍，专业涉及化学、材料、机械、自动化、市场营销 和质量管理等，具备产业化设计和技术开发能力，覆盖工艺、工装、市场和 3 质量全部专业，总人数达到38人，是本公司的创新技术体系主体力量。 目前公司已成立中国资源综合利用协会技术中心，中心名称是废旧锂离 子电池金属再生利用技术中心。 1.1.4.2 项目提出的背景 近年来随着人们环境保护意识的不断提高以及自然资源的不断消耗，环 境友好的锂离子电池被开发出来并得到广泛使用。锂离子电池具有工作电压 高、体积小、质量轻、能量高、低污染、循环寿命长等优点，已成为移动电 话、数码产品、便携式DVD等目标市场的绝对主力产品。2000年，我国锂离 子电池产量约0.2亿只，占全球份额的3.6；到2005年，产量已高达7.6亿 只，占全球份额的37.1，仅次于日本。目前，我国已成为锂离子电池的最 大生产、消费和出口国。 然而，巨大的电池生产消费带来了数目惊人的废电池。虽然相对于一次 电池，锂离子电池对环境的影响相对较小，但是锂离子电池的正、负极材料、 电解液等物质对环境和人类的健康还是有很大危害的。据报道，美国已将锂 离子电池归类为一种包括易燃性、浸出毒性、腐蚀性、反应性等有毒有害性 的电池，是各类电池中包含毒性物质最多的电池。长期以来，我国未对大量 废弃的锂离子电池进行特殊处理，其主要进行填埋处置。虽然现在也有一些 企业开始了废锂离子电池的回收处理，然而由于技术和经济等方面的原因, 目前锂电池回收率还很低，不到2%，给环境造成巨大威胁和污染，同时对资 源也是一种浪费。 分析表明: 锂离子电池平均含钴12%18% , 锂1. 2%1. 8%, 铜 8%10% , 铝4%8% , 壳体合金30%。以钴为例，一个重约40g的电池，含 金属钴约6g(大约占15)，按每年报废1亿只计，其中可回收的钴约为600吨， 废旧锂离子电池中钴含量较钴精矿中含量还要高。可见，实现废锂离子电池 的资源化回收，能有效缓解我国金属资源的短缺问题。再生处理废旧锂离子 电池能获得多种金属及其盐，根据目前该类产品的市场行情，将获得巨大的 经济效益，这也是推动废旧锂离子电池回收处理行业发展的主要动力。 根据国家相关产业政策，利用废锂离子电池回收提取有色（稀贵）金属 4 和生产产品的企业将享受国家税收优惠。并且在废电池污染防治技术政策 （环发2003163号）中废锂离子电池被列入重点收集范畴，要求进行资源 化再生或无害化处理处置。这些政策均体现了国家鼓励废电池回收的政策导 向。因此,如何在治理“电池污染”的同时, 实现废旧电池有色金属资源尤 其是钴的综合循环回收, 已成为社会关注的热点。 目前，已经工业化应用的废旧锂离子电池处理技术主要有两类：全湿 法浸出处理技术；火法煅烧与湿法浸出相结合处理技术。 湿法浸出处理主要包括电池破碎或剥离、酸浸出(盐酸、硝酸、硫酸等) 和分离(沉淀、络合、萃取等方法) 等过程。具有投资少、成本低、建厂速 度快、利润高、工艺灵活等优势。其操作条件温和，浸出温度一般小于80 ，但浸出液成分复杂，分离步骤较多。传统湿法处理工艺较复杂、资源回 收率低和二次污染等问题影响了其被广泛推广。 火法与湿法相结合处理技术主要包括破碎或剥离(或直接进行焚烧) 、 焚烧或热处理和湿法浸出分离等过程。其特点是工艺相对简单，回收利用效 率高，但一次性投资大、能耗较高，技术要求和运行成本都比较高。同时， 焚烧过程产生的烟气中可能产生二恶英类以及硫氧化物、氮氧化物等酸性气 态污染物、烟尘和重金属污染物，需要配备专门的烟气净化处理设备，大大 增加了废电池处理的成本。 在各种工艺中，酸浸加有机溶剂萃取是目前废弃电池回收处理工艺较为 成熟的技术，其对设备的要求和处理成本与火法技术相比，都有很大的降低， 同时也没有烟气净化的问题。但要想达到较高的效率，通常都需要进行多级 萃取与反萃，这大大增加了工艺的复杂程度，使流程加长。同时会产生大量 的废水，必须进行专门的处理以达标排放。另外，萃取剂价格昂贵。以上这 些因素都使废弃电池处理的经济性降低，而产生的大量废水若不进行适当的 处理，将造成二次污染。 由此可见，无论采用何种工艺都各有利弊，关键是要完善现行成熟工艺， 实现废锂离子电池的资源化和无害化处理处置，以获得更好的环境、经济和 社会效益。 5 此项目属于XX能源新材料有限公司和江苏技术师范学院的产学研成果， 并已通过了中国资源综合利用协会鉴定，鉴定结果：国际先进；同时此项目 已获得中国资源综合利用协会科技进步一等奖。 1.1.4.3 项目投资的意义 （1）原料丰富：作为处理对象的废锂离子电池原料丰富。自1990年日 本索尼公司将锂离子电池商品化以来，凭借其优越的性能，迅速占领二次电 池市场，逐渐取代传统充电电池。近年来，锂离子电池性能日臻完善，在 “3C”市场，锂离子电池已占据明显优势，并且其应用正在迅速扩大。在未 来，锂离子电池的应用范围将不断拓宽，预计我国锂离子电池生产以年均 15的增长率持续发展。从现在的市场应用现状与将来的发展趋势来看，锂 离子电池都占有举足轻重的地位。但所有的电池都有寿命，或者自身性能变 差被淘汰，或者随着电子产品的更新而废弃。因此，锂离子电池的废弃量将 相当可观。2006年，我国移动电话用户超4.4亿。假设平均每个用户三年更 换一次手机，全球移动用户更新手机的周期平均在2年左右，每年会有至少2 亿部手机被淘汰。这意味着我国每年大约会有4亿块手机电池（按1部手机配 2块电池计算）废弃。我国锂离子电池废弃量由此可见一斑。本项目拟回收 来自锂离子电池生产企业的废料和来自用户使用后的废旧锂电池，按金属价 格的55%-65%回收，以保证回收量满足生产需求。 （2）效益显著：根据锂离子电池的材料组成分析，其中含有大量的有 价金属。以手机电池为例，其中含有15%的钴、14%的铜、4.7%的铝、25%的 铁、0.1%的锂。而2006年，钴、镍、铜、铝的市场价格分别达到了 315000、312600、66888、21964万元/吨。钟海云等通过对锂离子电池的正 极废料铝钴膜回收处理生产草酸钴。结合市场行情，估算了处理1 t铝钴膜 的成本为13.5万元，销售收入19.0万元，纯利4.56万元。将1 t铝钴膜换算 为锂离子电池的量约为5 t，若将锂离子电池中其它材料的价值与增加的加 工费用抵消,则可推算处理1 t锂离子电池可获纯利0.91万元。若建立一个年 处理量为3000 t的工厂,可获纯利2730万元。由此分析，回收利用废锂离子 电池，将获得可观的经济效益。 6 （3）工艺成熟：废弃锂离子电池再生处理技术的研究开始于20世纪90 年代中后期，在借鉴成熟的矿石冶炼工艺的基础上，针对废锂离子电池的特 殊性，经过十几年的发展，工艺已日趋完善，并已经应用于实际生产过程。 研究对象主要集中在以石墨为负极、LiCoO2为正极的锂离子电池，这是当前 使用最多、最早进行商品化生产的锂离子电池。目前，国内外学者对废锂离 子电池的处理过程都做了详细的研究，包括放电、拆解等处理，以及各种再 生工艺，如选矿技术、火法冶金、湿法冶金等。其中湿法冶金技术因其优势 明显已成为研究和应用的主要方面。如法国的SNAM公司、英国的AEA电源技 术公司、美国的TOXCO公司等。本项目采用“碱溶酸浸萃取电沉积/浓 缩结晶”工艺，该工艺中各技术在国内外均已做过广泛深入研究，并有实际 应用经验，成果有保证。 （4）竞争优势：从目前的废锂离子电池回收现状来看，湿法冶金的金 属回收技术与工艺在国内绝大部分还处于实验室研究阶段，达到工业化大生 产规模的尚属空白。并且现有的处理技术存在较多的问题和缺陷，如流程复 杂、回收率低、产品单一、污染严重、回收成本高等。本项目采用全封闭清 洁回收工艺在清洁环保和高值化利用上将有所创新，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。 1.1.4.4 项目投资的成果及效益 项目实现产业化后，可提供就业岗位300个，并与多家高校建立产学研 合作关系，挂牌为实习实训基地。 1.21.2 研究的主要结论研究的主要结论 通过市场、技术、经济等分析，本报告认为：该项目属于再生资源综合 利用，既符合国家产业政策，又可得到国家的资金扶持，因此该项目是可行 的。 主要技术经济指标表 序号项目名称单位数量备注 1 生产规模吨/年 2 产品方案 7 锂钴再生料 吨/年 1500 3 年操作时间小时 7200 4 主要原材料消耗 废锂电池t/a8000 5 公用工程及动力消耗 直供水t/a1500 耗电量 kwh/a1.5*106 6 三废排放量 废气吨/年 0.31 废水吨/年 1500 废渣吨/年 38 7 装置定员人 199 生产人员人 178 管理人员人 21 8 总占地面积亩 25 9 全厂建筑面积 m216044 10 项目建设总投资万元 15000 建设投资万元 6000 建设期贷款利息万元 0 流动资金万元 9000 11 年总成本万元 29662 12 年销售收入万元 36000 13 年利润总额万元 5261 14 年利税总额万元 6338 15 销售利润率 % 14.6 16 销售利税率 % 17.6 17 年投资利润率 % 35.07 18 年投资利税率 % 42.25 19 投资回收期年 3.0 1.31.3 存在问题及建议存在问题及建议 原料和产品的价格对项目的经济效益影响至关重要，因此经营过程对原 料和产品价格变化要有足够的敏感。 8 2 2 市场预测市场预测 2.12.1 锂电池的发展概况锂电池的发展概况 锂电池自1990年商品化以来，因其具有电压高、质量轻、比能量大、自 放电小、循环寿命长、无记忆效应、工作温度范围宽，环境污染少等优点， 迅速占领二次电池市场，逐渐取代传统的充电电池，在移动电器、电动汽车 技术、大型发电厂的储能电池、USP电源、医疗仪器电源及宇宙空间等领域 均有重要作用。随着移动便携式设备的快速发展，锂电池在日常生活中的应 用越来越普遍。目前锂电池的应用领域主要为手机和笔记本电池市场，2003 年全球锂电池的应用中，手机和笔记本的市场份额分别为61.2和25.1， 在便携摄像机、数码相机和PDA三者中的应用也超过了10。而在中国， 90以上的锂电池应用领域仍然为手机市场。随着各种性能优异的正极材料、 负极材料、电解质材料相继出现，使得锂电池性能越来越好，产量也显著增 长，在小型二次充电电池领域锂电池的市场份额逐年增加，产量已经超过镍 镉电池，其销售收入所占份额在全部小型二次电池市场已经超过70。表l- l给出了近12年来世界锂电池产量变化。近几年来，我国锂电池产业也取得 了飞速进步，现在是世界锂电池产业三大国之一。2000年我国锂电池产量约 0.2亿只，占全球份额的3.6；2005年中国产量上升至7.6亿只，占全球份 额的37.1，我国成为紧随日本之后的世界第二大锂电池生产国。 1994-2005年世界锂离子电池的产量及增长率 年份年份 产量（亿只）产量（亿只） 增长率增长率(%)(%)年份年份 产量（亿只）产量（亿只） 增长率增长率(%)(%) 199419940.120.12200020005.465.4633.833.8 199519950.330.33175175200120015.735.734.94.9 199619961.201.20264.0264.0200220028.318.3145.045.0 199719971.961.9663.363.32003200313.9313.9367.667.6 9 199819982.952.9550.550.52004200419.5119.5140.140.1 199919994.084.0838.338.32005200520.5020.505.15.1 2.22.2 产品价格分析产品价格分析 2.2.1 价格确定原则 本项目材料及产品的价格确定原则如下： （1）国内外市场需求的预测 （2）国内目前生产技术的原料路线和工艺 （3）产品价格的稳定性及变化趋势 2.2.2 产品及原料价格的分析 从以上市场需求分析来看，该项目产品的国内需求量将大幅度上升，目 前产品及原料价格如下： 原料价格一览表 序号名 称单位单价(元) 1废锂电池t195000 产品价格一览表 序号名 称单位单价(元) 1锂钴再生料t240000 10 3 3 产品方案和生产规模产品方案和生产规模 3.13.1 产品方案的选择产品方案的选择 （1）深入进行市场调查，充分了解相关行业需求及同类产品生产情况， 准确预测市场走向，在市场调查的基础上，筛先出销路好、效益高、发展前 景广阔的产品。 （2）结合现有市场容量及今后发展趋势，确定产品方案及建设规模避 免能力过剩，从而确保项目经济效益。 （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，确定经济合理的装置规模 在充分考虑上述情况和市场分析情况后，确定本项目建设装置为8000吨 /年废锂电池金属全封闭清洁回收工艺及其应用。 3.23.2 生产规模生产规模 3.2.1 生产规模确定的原则和依据 根据国内外市场需求和已掌握的原料、场地面积、当地市场等情况确定。 3.2.2生产规模的确定 8000吨/年废锂电池金属全封闭清洁回收工艺及其应用项目。 11 4 4 工艺技术方案工艺技术方案 4.14.1 工艺技术方案的比较和选择工艺技术方案的比较和选择 4.1.1 国内外技术概况 目前，已经工业化应用的废旧锂电池处理技术主要有两类：全湿法浸 出处理技术；火法煅烧与湿法浸出相结合处理技术。 湿法浸出处理主要包括电池破碎或剥离、酸浸出(盐酸、硝酸、硫酸等) 和分离(沉淀、络合、萃取等方法) 等过程。具有投资少、成本低、建厂速 度快、利润高、工艺灵活等优势。其操作条件温和,浸出温度一般小于80， 但浸出液成分复杂，分离步骤较多。现行湿法处理工艺较复杂、资源回收率 低和二次污染等问题影响了其被广泛推广。 火法与湿法相结合处理技术主要包括破碎或剥离(或直接进行焚烧) 、 焚烧或热处理和湿法浸出分离等过程。其特点是工艺相对简单，回收利用效 率高，但一次性投资大，能耗较高，技术要求和运行成本都比较高。电解质 溶液和电极中其他成分通过燃烧转变为CO2 等气体或其他有害成分,如P2O5 等物质。 4.1.2 工艺技术方案的选择 火法回收提炼重金属需要消耗很高的能量，高温处理产生的烟气污染必 须进行严格控制。为了避免二恶英的产生，就要提高焚烧温度，因此设备的 投入、运行成本、建设费用都比其他方法高。同时还需对烟气中的二恶英进 行后续处理，增加了工艺的复杂程度和运行成本。与火法技术相比，湿法技 术具有成本低、二次污染小、对设备的要求低、没有烟气净化的问题。而且 操作条件温和，资源回收率高，可得到高纯度的产物。因此目前湿法冶金技 术是该领域的研究趋势。 废锂电池的湿法冶金的金属回收技术与工艺在国外工业化的例子不多见， 如法国的SNAM公司、英国的AEA电源技术公司、采用低温技术的美国和如拿 大的BDC、TOXCO公司。该技术在国内绝大部分还处于实验室研究阶段，现有 的处理技术存在较多的问题和缺陷，尚未见达到工业化生产规模的报道。但 湿法回收重金属技术中的浸出、萃取等工艺仍存在不少问题，如对于萃取工 12 艺，目前存在着级数过多，流程复杂，回收率低，萃取剂要求高，导致处理 成本过高的问题。 本项目将废锂电池进行资源化，采用放电、拆解、粉碎、分选等工序 i，不仅对工艺中各个工序进行最优化研究，而且整合和缩减了工艺流程， 降低工艺操作的复杂性，降低回收成本。此外，还考虑到生产过程中产生的 废水、废渣等，加入环保治理环节，进行清洁生产，达到污染零排放的目标。 与国内同领域研究相比，处于领先地位。 本项目在最优化的研究成果前提下，进行规模化、产业化的研发和建设， 建成一条年回收量达8000吨的废锂离子全封闭清洁生产线，总产值超过3个 亿，将湿法回收重金属技术进行规模化应用，在国内还未见，即使在国外也 不多见，因此本项目的研究处于国内领先的地位。项目成果对于全国废锂电 池金属资源回收具有一定的指导作用，成功地填补了国内空白。同时本项目 在清洁环保和高值化利用上有了创新，金属回收率，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。 4.1.3 工艺流程简述 废锂电池首先要进行预处理，包括放电、拆解、粉碎、分选。拆解后的 塑料及铁外壳回收。 生产流程示意图如下： （1）废锂电池回收 废锂电池收集分类放电烘干 拆解分类外壳 （铝壳、钢壳） 包装销售 电芯料粉碎 进入锂电池 材料生产系 统 13 废电池收集：通过各城市电池回收箱、与大城市联合共建废旧电池回收 站及零散电池回收商