萃取技术在动力电池锂电池回收提取工艺

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动力电池主要由4部分组成:正极、负极、电解液以及隔膜。一般动力电池按正极材料组成分类,主流的动力电池为磷酸铁锂电池和三元锂电池,两者合计占比超过95%,另外还有少部分锰酸锂电池和钴酸锂电池,占比只有5%左右。2各类动力电池中锂、钴等金属含量下图所示。目前动力电池的回收主要为正极材料的回收,主要集中在锂、钴、镍、锰等有价金属的回收上,主要集中在锂、钴、镍、锰等有价金属的回收生产锂盐已经正极材料的再生产。。对于动力电池的其他部分,电解液可能是未来回收的一大重点,目前已经有回收高纯度电解液的方法,就是使用超临界CO2回收,采用这一方法的优势在于产品纯度较高,但是对回收企业技术要求较高,目前国内回收电解液的企业较少。隔膜属于高分子材料,使用一段时间后会有老化的问题,寿命有期限,回收价值不大。负极的石墨会有锂离子嵌入,改变了负极结构,回收后的负极不能直接利用,而且石墨价格并不高,回收的经济价值不大。外壳部分的主要材料是铝合金等金属材料,在拆解或者破碎环节可以直接回收,而且回收纯度高。

锂是密度最小的金属,被广泛的应用于电子、化学、新能源和制药等领域,锂资源主要来源于盐湖、矿物和海水,随着近年来废弃资源再利用的推进,废旧锂电池也成为重要的来源。

  如何从废旧电池中提取锂呢?传统的方法主要是蒸发浓缩、分离除杂、深度除去钙和镁离子后得到纯度高的含锂溶液,再对含锂溶液进行沉淀处理,得到碳酸锂产品。该方法在需要浓缩含锂溶液,处理量小;同时在沉淀锂的过程中,由于富锂溶液中含有大量的钠、钾等离子,锂盐中夹带量大,影响其纯度,制备纯度较高的锂盐需要大量的淡水洗涤,水耗量大。此外,锂盐在水相中有一定溶解度,沉淀后的母液仍含有大量的锂,造成锂的收率降低。

  判断废旧电池提取锂方法的是否更好的标准是什么呢?毋庸置疑是:锂收率高、锂产品纯度高、处理量大、流程短、投资小和易产业化生产。

鉴于市场的需求和现有技术中存在的问题,我们推出了一种离心萃取-反萃分离纯化提取锂的方法。该方法采用离心萃取机作为核心萃取设备和含有复合萃取剂的萃取体系,在高ph条件下对含锂溶液进行萃取,实现了锂的高效萃取,并与大量的杂质元素na、k和b等分离;然后通过多级连续逆流过程进行反萃,实现了锂的高效回收。该工艺处理量大,溶剂循环使用,锂的总收率高;同时,工艺流程简短,设备简单,投资小,易于产业化应用。


工艺流程


锂电池离心萃取-反萃分离纯化技术提取锂的具体工艺流程为:

  (1)采用含复合萃取剂的萃取体系,在ph=10-13的条件下对含锂溶液进行萃取、分离,得到锂负载有机相;

  (2)将得到的锂负载有机相进行气-液-液三相反萃,得到负载锂的反萃液;

  (3)将得到的反萃液进行热处理,分离,得到锂产品以及分离后的母液。

技术创新

基于金属萃取中阳离子交换和络合萃取原理与新型CWL-M萃取设备结合开发出的绿色萃取工艺。具有以下特点:

  (1)锂的萃取效率高,可达92%,总收率为83%以上,得到的锂产品的纯度为96%以上;

  (2)工艺流程简单,便于操作;

  (3)获得的反萃液品质稳定,可满足不同的生产要求;

  (4)处理后的水中有机溶剂残留量少,可减轻后续工段处理压力;

  (5)萃取设备占地面积小,处理弹性大;

  (6)设备密封连接,操作环境好,可避免造成二次污染;

  (7)设备存液量小,萃取有机相投入成本降低;

  (8)主体萃取设备选用全氟材料制作,品质保证。

设备创新:

高技术参数:同类设备国内外最大直径,也是处理能力最大的机型,其混合通量可达70m3/h~90m3/h。长径比(L/D)达到2,有效增加了物料在机器内部的停留时间,使两相能充分混合、分离。转速一般在2000~3000r/min,分离因数较大,分离效果好。对密度差较小的(Δρ≧0.05)物料均有良好的萃取、分相效果。

新材料应用:可采用热喷氟塑料ECTFE技术。ECTFE是乙烯与三氟氯乙烯的共聚物,又称F30,商品名为Halar,是氟塑料家族中优秀成员之一。ECTFE对绝大多数的无机、有机化学品以及有机溶剂,有非凡的抗腐蚀能力。直到目前,没有一种溶剂能在120℃以下侵蚀ECTFE,或引起裂缝。并且ECTFE 还具有高机械强度、强耐蚀性和易成形加工等特点。

除热喷ECTFE外,还可以根据实际需要在钢基上衬PP、PO等各类塑料,特殊场合,还可以生产纯塑料如氟合金F50离心萃取机,大大降低了投入成本,基本满足了湿法冶金行业的需要。

上悬式转鼓:新型上悬式转鼓结构完全取消了转鼓下部支撑,使转鼓下部空间完全得到释放,底部无机械密封、无轴承,结构紧凑。悬挂式转鼓支撑完全在机壳外部,物料与轴承传动完全分离,增加了物料体系的安全性。该支撑采用球面弹性支撑结构,使转子体系具有一定柔性。该结构可满足萃取机获得较大的技术参数,能有效降低机器振动,维护维系方便。底部泵入式叶轮结构,可使底部进入的物料得到充分混合的同时,能泵入转鼓内部进行分离。底部进料避免了中部进料在环隙湍流区的功率损耗,可有效降低设备运行功率,大大节约生产成本。

本级回流装置:本级回流装置在不改变萃取工艺前提下,实现萃取机内部该相实际流量增大,以提高其相浓度,增加接触机会和时间,满足萃取机处理要求,获取稳定、优质的产品,提高萃取效率,也大大扩大了离心萃取机的应用范围,解决了在大流比情况下离心萃取机的应用问题。

在位清洗机构(CIP):在位清洗机构(CIP),可以在不打开机器、不拆卸转鼓的情况下,定期的通入压力水进行在位喷洗,能有效的清洗掉转鼓内壁的沉积物。

防乳化装置:防乳化装置使进入壳体的液体避免了与转鼓高速旋转的外表面接触,直接通过该静态混合空间,经机器底部,通过转鼓底部的自吸泵作用,被吸入转鼓内部,沿转鼓向上运动过程中实现分离。该装置的应用,使得液液两相或混合相因高速搅动产生的剪切作用降至最小,可有效防止乳化现象的发生。

积极隔振:设备底部设计有4个弹性阻尼隔振器。隔振器内除设计有螺旋钢弹簧外,还装有一定量阻尼系数大、线性好的粘滞阻尼,可很快消除自由振动。弹性阻尼隔振器使设备的振动不会传递到周围环境,起到积极隔振的作用。为了进一步消除机壳体在开机后尤其是在处理物料时产生波动引起的颤振,在机壳的底部位置特加装了弹性支撑体,吸收振动,提高设备的可靠性和平稳性。

通过以上技术手段,CTL离心萃取机的振动大大降低。根据GB/T10895-2004《离心机 分离机 机械振动测试方法》,利用BZ-8701A型振动仪对较大机型CTL650-N离心萃取分离机的主轴承位处的振动进行了检测,测得该设备的空车振动速度一般为0.7~1.0 mm/s,大大低于国家标准JB/T11095-2011《离心萃取机 技术条件》中4.5mm/s的要求。

全自动切换技术:湿法冶金行业一般为多级串联逆流萃取,所用萃取设备数目多。本技术在离心萃取机上设定系列传感器,包括温度、转速、振动等,这些传感器将离心萃取机的适时参数传入数据分析系统;当其中某些参数出现异常时,数据分析系统会据此作出判断或发出预警。如果最终判断为该离心萃取机异常,系统则会自动关闭该异常离心萃取机并自动开启备台离心萃取机,同时自动切换相关阀门,切断异常离心萃取机的进出物料,开启备台离心萃取机的进出管道,使离心萃取机串联线平稳切换,不影响产品的输出稳定。进一步保证了萃取、洗涤、反萃等过程的平稳,避免因某台萃取机出现机械故障而导致整条工艺生产线出现波动甚至停车,减少经济损失,提高了其应用价值。


应用业绩

提供锂电回收(工业级、电池级)、萃取工艺及成套设备,从物料预处理、萃取剂选型及配比、流比确定、萃取级数、萃取工艺、除油、蒸发浓缩、干燥包装、自动化控制、安装施工等一揽子解决方案。提供溶剂萃取选型试验、萃取工艺方案、样机试验等。

$南都电源(SZ300068)$ $国机通用(SH600444)$ $华宏科技(SZ002645)$

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2023-11-14 23:22

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