專利名稱：一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法。
背景技術(shù)：
隨著社會和科技的進(jìn)步，人類對移動電話、筆記本電腦等各種移動電子設(shè)備的需求日趨增加。鋰離子電池具有能量密度高、輸出電壓高、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應(yīng)、可做成任何形狀等諸多優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于各種移動電子設(shè)備。廢舊鋰離子電池中含有鈷、銅、鎳、鋁、鐵等多種有價值的金屬元素，如果隨意丟棄不僅會造成資源的嚴(yán)重浪費，也會給環(huán)境造成污染。對廢舊鋰離子電池進(jìn)行回收處理，提取其中的金屬，加以循環(huán)利用，是最理想的可持續(xù)發(fā)展方向。鋰離子電池都是由鈷酸鋰正極、 碳素材料負(fù)極、隔膜有機物、電解液、正負(fù)極集流體、防爆片、密封圈、頂蓋、外殼等組成，這其中包括金屬氧化物、碳素化合物、有機物、堿溶液、合金等各種性質(zhì)完全不同的物質(zhì)。因此，廢舊鋰離子電池的處理是一個極其復(fù)雜的過程，如果技術(shù)水平達(dá)不到處理要求，往往會在處理過程中造成更大的環(huán)境污染。因此，迫切需要開發(fā)一種簡單高效、安全環(huán)保的廢舊電池處理工藝，在回收金屬的同時，避免環(huán)境污染，最終實現(xiàn)資源循環(huán)利用的可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，設(shè)備工藝簡單、無煙塵污染，實現(xiàn)貴重金屬資源的循環(huán)利用。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，包括放電處理、破碎、篩分、篩上物磁選分離、熱處理和熔煉工序，先將回收的鋰電池放入盛有電解液的槽中，使電池中的殘余電量充分放凈，用密封破碎機將廢舊電池破碎，破碎尺寸要求小于50mm，用1 20mm的篩子將上述破碎后的物質(zhì)進(jìn)行篩分，篩下物為以負(fù)極和正極為主的較細(xì)顆粒，主要成分以金屬氧化物、金屬部件、碳素材料及碳類化合物為主，篩上物為以隔膜有機物和鋼殼為主的較大片狀物，對篩上物進(jìn)行磁選分離，使鋼殼與隔膜有機物分離，然后分別將篩上鋼殼和篩下物放入熱處理爐中進(jìn)行真空熱處理以脫除水分，然后分別對熱處理后的篩下物和篩上鋼殼進(jìn)行熔煉A、所述熱處理后的篩下物熔煉的具體操作步驟如下1)將熱處理后的篩下物、熔劑、還原劑焦炭放入真空熔煉爐坩堝中，其各組合物按重量百分比為熱處理后的篩下物50 97%、熔劑3 30%、焦炭0 20%，三種組合物之和為100% ；所述熔劑為CaO或CaO與Mg0、Si02、Al203及B2O3中的一種或一種以上組合，其中各組分按重量百分比計算，CaO彡50%,MgO彡20%,SiO2彡20%,Al2O3彡10%,B2O3彡10%；所述坩堝為石墨坩堝、鎢坩堝、氮化硼坩堝中的一種；2)將真空熔煉爐抽真空，真空度< 0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入惰性氣體，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 2800°C，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中；5)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合金；B、所述熱處理后的篩上鋼殼熔煉的具體操作步驟如下1)將熱處理后的篩上鋼殼放入真空熔煉爐坩堝中，所述坩堝為剛玉坩堝、氧化鎂坩堝、氧化釔坩堝、氧化鋯坩堝、石墨坩堝中的一種；2)將真空熔煉爐抽真空，真空度小于0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入惰性氣體，控制充氣壓力為-O. 097MPa -0. 05MPa ；3)真空熔煉爐加熱至1500 2500°C，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入水冷的澆鑄模中；5)待冷卻至物料溫度小于100°C后，取出澆鑄模中的合金，即可得到鐵鎳合金。所述真空熔煉爐為感應(yīng)熔煉爐、電弧爐或微波加熱爐。所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳中的一種或一種以上。所述磁選分離設(shè)備為永磁磁選機、電磁磁選機或磁滾筒，磁場強度為1000 lOOOOGs。所述篩上鋼殼熱處理條件為在真空熱處理爐中，真空度小于5Pa，加熱300 1000°C，保溫2 10小時，所述熱處理爐為連續(xù)式熱處理爐或間歇式熱處理爐。所述篩下物熱處理條件為在真空熱處理爐中，真空度小于5Pa，加熱100 1000°C，保溫1 10小時，所述熱處理爐為連續(xù)式熱處理爐或間歇式熱處理爐。所述破碎過程在氣氛保護(hù)下進(jìn)行，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳或液氮中的一種或一種以上。所述密封破碎機破碎方式采用剪切破碎、沖擊破碎、劈裂破碎、研磨破碎或彎曲破碎中的一種或一種以上。所述電解液是NaCO3、KCO3、NaOH或KOH溶液中的一種或一種以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1)該方法具有設(shè)備工藝簡單、貴重金屬提取率高等優(yōu)點，特別適合儲氫合金生產(chǎn)企業(yè)對鋰離子電池中的金屬進(jìn)行回收處理。2)可以從廢舊鋰離子電池中提取鐵鎳基合金和鈷基合金。3)整個回收過程中不使用酸和有機溶劑，通過物理分選的方法將有機物與含金屬的物質(zhì)進(jìn)行有效分離，不會產(chǎn)生有機物焚燒的煙氣等污染，是一種安全環(huán)保的廢舊電池處
理方法。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步說明取30Kg的廢舊鋰電池，放入盛有電解液的槽中，使電池中的殘余電量充分放凈， 用密封破碎機將廢舊電池破碎，破碎尺寸要求小于50mm，用1 20mm的篩子將上述破碎后的物質(zhì)進(jìn)行篩分，篩下物為以負(fù)極和正極為主的較細(xì)顆粒，主要成分以金屬氧化物、金屬部
5件、碳素材料及碳類化合物為主，篩上物為以隔膜等有機物和鋼殼為主的較大片狀物，對篩上物進(jìn)行磁選分離，使鋼殼與隔膜等有機物分離，分別將鋼殼和篩下物放入熱處理爐中進(jìn)行真空熱處理脫除水分，得到有機固形物5. 3Kg、熱處理后的篩下物13. 3Kg和熱處理后的篩上鋼殼6. IKg。其中磁選分離設(shè)備選用永磁磁選機、電磁磁選機或磁滾筒中的一種，磁場強度為 1000 10000GS。破碎過程還可以在氣氛保護(hù)下進(jìn)行，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳或液氮中的一種或一種以上。密封破碎機破碎方式采用剪切破碎、沖擊破碎、劈裂破碎、 研磨破碎或彎曲破碎中的一種或一種以上。篩上鋼殼熱處理條件為在連續(xù)式或間歇式真空熱處理爐中，真空度小于5Pa，加熱300 1000°C，保溫2 10小時。篩下物熱處理條件為在連續(xù)式或間歇式真空熱處理爐中，真空度小于5Pa，加熱 100 1000°C，保溫1 10小時。將熱處理后的篩上鋼殼放入真空熔煉爐進(jìn)行熔煉，其具體操作步驟如下1)將篩上鋼殼放入真空熔煉爐剛玉坩堝中；2)將真空熔煉爐抽真空，真空度小于 0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入惰性氣體，控制充氣壓力為-0. 097MPa -0. 05MPa ；3)真空熔煉爐加熱至1500 2500°C，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入水冷的澆鑄模中；5)待冷卻至物料溫度小于100°C后，取出澆鑄模中的合金，即可得到鐵鎳基合金，其成分測試結(jié)果見表1。將熱處理后的篩下物分為6份，按照下述實施例的具體步驟進(jìn)行熔煉。實施例11)按重量百分比例取95%熱處理后的篩下物和5%熔劑，在真空熔煉爐的石墨坩堝中熔煉，真空熔煉爐真空度<0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入氮氣，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 2800°C，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中；5)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合金。實施例2按重量百分比例取90%熱處理后的篩下物、8%熔劑、2%焦炭，在真空熔煉爐的鎢坩堝中熔煉，真空熔煉爐真空度< 0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入二氧化碳，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 2800°C，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中；5)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合金。實施例3按重量百分比例取82%熱處理后的篩下物、12%熔劑、6%焦炭，在真空熔煉爐的石墨坩堝中熔煉，真空熔煉爐真空度<0. 5Pa，向真空熔煉爐內(nèi)充入氮氣，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 2800°C，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中；5)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合金。實施例4按重量百分比例取72%熱處理后的篩下物、18%熔劑、10%焦炭，在真空熔煉爐的石墨坩堝中熔煉，真空熔煉爐真空度< 0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入二氧化碳，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 ，直至物料全部熔化；4) 將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中力)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合金。實施例5按重量百分比例取60%熱處理后的篩下物、25%熔劑、15%焦炭，在真空熔煉爐的石墨坩堝中熔煉，真空熔煉爐真空度< 0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入氬氣，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 ，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中力)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合金。實施例6按重量百分比例取50%熱處理后的篩下物、30%熔劑、20%焦炭，在真空熔煉爐的石墨坩堝中熔煉，真空熔煉爐真空度< 0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入氦氣，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 ，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中力)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合金。上述實施例中，熔劑為CaO或CaO與MgO、SiO2^Al2O3及化03中的一種或一種以上組合，其中各組分按重量百分比計算，CaO彡50%,MgO彡20%,SiO2彡20%,Al2O3彡10%, B2O3^ 10% ；真空熔煉爐為感應(yīng)熔煉爐、電弧爐或微波加熱爐。電解液是NaC03、KC03、Na0H 或KOH溶液中的一種或一種以上。鈷基合金和爐渣成分測試在島津公司生產(chǎn)的電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP) 儀上進(jìn)行，成分測試結(jié)果見表2、表3。表1鐵鎳基合金成分
權(quán)利要求
1.一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，包括放電處理、破碎、篩分、篩上物磁選分離、熱處理和熔煉工序，先將回收的鋰電池放入盛有電解液的槽中，使電池中的殘余電量充分放凈，用密封破碎機將廢舊電池破碎，破碎尺寸要求小于50mm，用1 20mm的篩子將上述破碎后的物質(zhì)進(jìn)行篩分，篩下物為以負(fù)極和正極為主的較細(xì)顆粒，主要成分以金屬氧化物、金屬部件、碳素材料及碳類化合物為主，篩上物為以隔膜有機物和鋼殼為主的較大片狀物，對篩上物進(jìn)行磁選分離，使鋼殼與隔膜有機物分離，然后分別將篩上鋼殼和篩下物放入熱處理爐中進(jìn)行真空熱處理以脫除水分，然后分別對熱處理后的篩下物和篩上鋼殼進(jìn)行熔煉A、所述熱處理后的篩下物熔煉的具體操作步驟如下1)將熱處理后的篩下物、熔劑、還原劑焦炭放入真空熔煉爐坩堝中，其各組合物按重量百分比為熱處理后的篩下物50 97%、熔劑3 30%、焦炭0 20%，三種組合物之和為 100% ；所述熔劑為CaO或CaO與MgO、SiO2^Al2O3及B2O3中的一種或一種以上組合，其中各組分按重量百分比計算，CaO ^ 50%,MgO ^ 20%, SiO2 彡 20%, Al2O3 彡 10%, B2O3 ^ 10% ；所述坩堝為石墨坩堝、鎢坩堝、氮化硼坩堝中的一種；2)將真空熔煉爐抽真空，真空度<0. 5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入惰性氣體，控制充氣壓力為-0. 09MPa -0. 03Mpa ；3)真空熔煉爐加熱至1800 280(TC，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入澆鑄包中；5)待冷卻至物料溫度小于200°C后，取出澆鑄包，撥除上面的爐渣，即可得到鈷基合B、所述熱處理后的篩上鋼殼熔煉的具體操作步驟如下1)將熱處理后的篩上鋼殼放入真空熔煉爐坩堝中，所述坩堝為剛玉坩堝、氧化鎂坩堝、 氧化釔坩堝、氧化鋯坩堝、石墨坩堝中的一種；2)將真空熔煉爐抽真空，真空度小于0.5Pa,向真空熔煉爐內(nèi)充入惰性氣體，控制充氣壓力為-0. 097MPa -0. 05MPa ；3)真空熔煉爐加熱至1500 2500°C，直至物料全部熔化；4)將完全熔化的物料，倒入水冷的澆鑄模中；5)待冷卻至物料溫度小于100°C后，取出澆鑄模中的合金，即可得到鐵鎳合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述真空熔煉爐為感應(yīng)熔煉爐、電弧爐或微波加熱爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳中的一種或一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述磁選分離設(shè)備為永磁磁選機、電磁磁選機或磁滾筒，磁場強度為1000 lOOOOGs。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述篩上鋼殼熱處理條件為在真空熱處理爐中，真空度小于5Pa，加熱300 1000°C，保溫2 10 小時，所述熱處理爐為連續(xù)式熱處理爐或間歇式熱處理爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述篩下物熱處理條件為在真空熱處理爐中，真空度小于5Pa，加熱100 1000°C，保溫1 10 小時，所述熱處理爐為連續(xù)式熱處理爐或間歇式熱處理爐。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述破碎過程在氣氛保護(hù)下進(jìn)行，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳或液氮中的一種或一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述密封破碎機破碎方式采用剪切破碎、沖擊破碎、劈裂破碎、研磨破碎或彎曲破碎中的一種或一種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征在于，所述電解液是NaCO3、KCO3、NaOH或KOH溶液中的一種或一種以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從廢舊鋰電池中回收金屬的方法，其特征是，包括放電處理、破碎、篩分、篩上物磁選分離，然后分別對篩上鋼殼和篩下物進(jìn)行真空熱處理和熔煉，篩下物熔煉時加入熔劑和焦炭，其各組分重量百分比為篩下物50-97％、熔劑3-30％、焦炭0-20％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1)該方法具有設(shè)備工藝簡單、貴重金屬提取率高等優(yōu)點，特別適合儲氫合金生產(chǎn)企業(yè)對鋰離子電池中的金屬進(jìn)行回收處理。2)可以從廢舊鋰離子電池中提取鐵鎳基合金和鈷基合金。3)整個回收過程中不使用酸和有機溶劑，通過物理分選的方法將有機物與含金屬的物質(zhì)進(jìn)行有效分離，不會產(chǎn)生有機物焚燒的煙氣等污染，是一種安全環(huán)保的廢舊電池處理方法。
文檔編號C22B7/00GK102251097SQ201110192260
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者姜波, 沈欣, 王常春, 郭靖洪 申請人:鞍山鑫普新材料有限公司