高效分离废旧正极材料中锂元素的装置

274 编辑：中冶有色技术网来源：广州大学

2023-11-29 11:20:05

权利要求书： 1.一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，包括鼓风机、搅拌反应釜、进料泵、过滤机和蒸发器；所述搅拌反应釜的进液管与进料泵连接，所述搅拌反应釜釜底的出液管与过滤机的进口连接，所述蒸发器与过滤机的滤液口连接；所述搅拌反应釜釜底的进气口与鼓风机连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述搅拌反应釜上封头固定连接有进液管、气压检测口和排空阀，所述搅拌反应釜的筒体内设置有热交换板，所述热交换板位于标准液位下方；所述搅拌反应釜下封头固定连接有进气口和出液管，所述出液管位于釜底封头的中间位置。

3.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述搅拌反应釜上封头设置有搅拌机，搅拌机为反应进行提供必要动力，搅拌机为磁力驱动或带机械密封的标准动力搅拌机。

4.根据权利要求3所述的一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述搅拌反应釜内搅拌机连接的搅拌轴为空心轴，空心轴为CO2气体循环提供循环通道，提高传质效率。

5.根据权利要求4所述的一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述空心轴的搅拌轴连接有气体自吸式桨叶，所述自吸式桨叶为CO2气体强制循环提供条件。

6.根据权利要求4所述的一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述搅拌轴的末端安装有气液预分散搅拌桨，所述搅拌桨为涡轮式搅拌桨。

7.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述蒸发器设置为一个或多个。

8.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述进液管与进料泵之间设置有闸阀和管路；所述出液管与过滤机之间设置有闸阀和管路；

所述搅拌反应釜可通过进料泵、管路设备串联多个反应装置，以实现物料彻底反应；所述进料泵为径向剖分式离心泵；所述鼓风机为罗茨鼓风机；所述过滤机为板框压滤机。

说明书：一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置技术领域[0001] 本实用新型涉及废旧电池回收领域，具体涉及一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置。背景技术[0002] 废旧锂离子电池中包含许多有价值的金属，如锂(Li)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铁(Fe)、铜(Cu)和铝(Al)。目前全世界中Co开采量的50％应用在二次电池中，绝大多数应用在锂离子电池上，而35％的Li主要应用在锂离子电池上。与矿产资源相比，废旧锂离子电池中所含有的金属资源含量更高，若能高效回收废旧锂离子电池当中的金属元素，将会减少矿产资源的消耗，另一方面废旧锂离子电池在没有适当处理的情况下直接丢弃，内部含有的金属物质会污染土壤和地下水，电池中的电解质极易和水反应释放有毒物质，影响环境并威胁人类的健康。高效回收废旧锂离子电池，不仅能够避免其对自然环境的污染和人体健康的危害，而且还能够使有价值的金属资源得到重新利用，促进可持续发展。[0003] 废旧锂离子电池的回收再利用对于环境保护和国家资源安全，均有着极其重要的意义。我国锂离子电池上游矿产资源相对匮乏，对外依存度较高，锂、镍、钴的进口依存度分别高达80％、80％及97％，而锂离子电池回收过程中提取的锂、镍、钴等有价金属稀有资源，则可以进行重复利用，高效再生镍钴锰三元材料，在保护环境的同时，产生巨大的经济价值和社会价值。实用新型内容

[0004] 针对上述问题，本实用新型提供一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，所述的高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置可以将锂离子电池正极材料中锂元素高效分离出来，收率高，得到的碳酸锂纯度高，且整个过程无其他污染物排放，绿色环保。[0005] 本实用新型的目的采用以下技术方案来实现：[0006] 一种高效分离废旧正极材料中锂元素的装置，包括鼓风机、搅拌反应釜、进料泵、过滤机和蒸发器；所述搅拌反应釜的进液管与进料泵连接，所述搅拌反应釜釜底的出液管与过滤机的进口连接，所述蒸发器与过滤机的滤液口连接；所述搅拌反应釜釜底的进气口与鼓风机连接。[0007] 优选地，所述搅拌反应釜上封头固定连接有进液管、气压检测口和排空阀，所述搅拌反应釜的筒体内设置有热交换板，所述热交换板位于标准液位下方；所述搅拌反应釜下封头固定连接有进气口和出液管，所述出液管位于釜底封头的中间位置。[0008] 优选地，所述搅拌反应釜上封头设置有搅拌机，搅拌机为反应进行提供必要动力，搅拌机为磁力驱动或带机械密封的标准动力搅拌机。[0009] 优选地，所述搅拌反应釜内搅拌机连接的搅拌轴为空心轴，空心轴为CO2气体循环提供循环通道，提高传质效率。[0010] 优选地，所述空心轴的搅拌轴连接有气体自吸式桨叶，所述自吸式桨叶为CO2气体强制循环提供条件。[0011] 优选地，所述搅拌轴的末端安装有气液预分散搅拌桨，所述搅拌桨为涡轮式搅拌桨，剪切力较大，用于分散效果比较好。[0012] 优选地，所述蒸发器设置为一个或多个，配置的目的是为了利用强制循环蒸发，以抑制热交换管中的沸腾；在蒸发器内保持碳酸锂晶体浆料的循环，该浆料控制在蒸发器中反应浓缩过程中的碳酸锂过饱和，并促进碳酸锂晶体在浆料内而非传热表面。[0013] 优选地，所述进液管与进料泵之间设置有闸阀和管路。[0014] 优选地，所述出液管与过滤机之间设置有闸阀和管路。[0015] 优选地，所述搅拌反应釜可通过进料泵、管路等设备串联多个反应装置，以实现物料彻底反应。[0016] 优选地，所述进料泵为径向剖分式离心泵。[0017] 优选地，所述鼓风机为罗茨鼓风机。[0018] 优选地，所述过滤机为板框压滤机。[0019] 优选地，所述蒸发器为强制循环蒸发器，所述蒸发器出来的二氧化碳气体可以循环利用。[0020] 本实用新型的有益效果为：[0021] (1)本实用新型采用废旧锂离子电池正极材料经过碳热还原，生成碳酸锂和镍、钴、锰、铁等金属或金属氧化物，难溶于水的碳酸锂在水溶液中与二氧化碳发生反应生成易溶于水的碳酸氢锂，然后与不溶于水的镍、钴、锰、铁等金属或金属氧化物分离。回收过程简单，高效分离出高纯度锂元素，无污染物排放，同时传质效率高，实现高效闭环式绿色回收锂元素。[0022] (2)本实用新型分离锂元素后得到的金属氧化物中锂残留少，为后续镍、钴、锰、铁等金属或金属元素再生利用带来便捷。附图说明[0023] 利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。[0024] 图1是本实用新型一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置的结构示意图；[0025] 附图标记：鼓风机1、搅拌反应釜2、进料泵3、过滤机4、蒸发器5、进液管6、热交换板7、进气口8、出液管9、搅拌机10、空心轴11、自吸式桨叶12和搅拌桨13。

具体实施方式[0026] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0027] 结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。[0028] 实施例[0029] 一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，如图1所示，包括鼓风机1、搅拌反应釜2、进料泵3、过滤机4和蒸发器5；搅拌反应釜2的进液管与进料泵3连接，搅拌反应釜2釜底的出液管9与过滤机4的进口连接，蒸发器5与过滤机4的滤液口连接；搅拌反应釜2釜底的进气口8与鼓风机1连接。

[0030] 搅拌反应釜2上封头固定连接有进液管6、气压检测口和排空阀，搅拌反应釜2的筒体内设置有热交换板7，热交换板7位于标准液位下方；搅拌反应釜2下封头固定连接有进气口8和出液管9，出液管9位于釜底封头的中间位置。[0031] 搅拌反应釜2上封头设置有磁力驱动或带机械密封的标准动力搅拌机10，搅拌机10以提供动力，为反应进行提供必要动力。

[0032] 搅拌反应釜2内搅拌机10连接的搅拌轴为空心轴11，空心轴11为CO2气体循环提供循环通道，提高传质效率。空心轴11的搅拌轴连接有气体自吸式桨叶12，自吸式桨叶12为CO2气体强制循环提供条件。搅拌轴的末端安装有气液预分散搅拌桨13，搅拌桨13为涡轮式搅拌桨13，剪切力较大，用于分散效果比较好。[0033] 蒸发器5设置为一个或多个，配置的目的是为了利用强制循环蒸发，以抑制热交换管中的沸腾；在蒸发器5内保持碳酸锂晶体浆料的循环，该浆料控制在蒸发器5中反应浓酸过程中的碳酸锂过饱和，并促进碳酸锂晶体在浆料内而非传热表面。[0034] 进液管6与进料泵3之间设置有闸阀和管路。出液管9与过滤机4之间设置有闸阀和管路。搅拌反应釜2可通过进料泵3、管路等设备串联多个反应装置，以实现物料彻底反应。进料泵3为径向剖分式离心泵。鼓风机1为罗茨鼓风机1。过滤机4为板框压滤机。蒸发器5为强制循环蒸发器5，蒸发器5出来的二氧化碳气体可以循环利用。

[0035] 具体的实施方式如下：[0036] 首先将废旧锂离子电池正极材料进行碳热还原处理，将碳热处理所得混合物与水混合，机械搅拌后得到悬浊液，获得的悬浊液经过进料泵3从进液管6通入搅拌反应釜2，到达一定标准液位，在动力搅拌机10、空心轴11、气液预分散搅拌桨13联合持续作用下，结合热交换板7设置合适温度下，与CO2气体充分反应一定时间后，在釜底出液管9放出；CO2气体经过鼓风机1从搅拌反应釜2底部进气口通入，继续向上运动，经过气液预分散搅拌桨13与悬浊液充分接触反应，液位上的CO2气体在气体自吸式桨叶12作用下，通过空心轴11进行控制循环；搅拌反应釜2釜底流出的悬浊液经过过滤机4进行过滤、水洗，分离得到滤液和滤饼，滤饼为金属或金属氧化物混合物，所得滤液经过蒸发器5蒸干后得到高纯度的碳酸锂。[0037] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。