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《华东交通大学》 2013年
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采用焙烧—浮选法从废旧锂电池中回收钴酸锂研究

刘杰  
【摘要】:废旧锂电池由正极、负极、电解液、隔膜、金属外壳及电流集等部分组成,由于锂离子电池的优越性能,目前正越来越多地应用于手机、笔记本电脑、航空航天等高端领域。与此同时,由于其巨大的消费量与前所未有的更新速度,废旧锂电池引发的问题越来越严重,由此造成的环境污染事故也层出不穷;目前,从废旧锂电池中回收贵重金属及有用物质正得到充分重视,不仅能节约成本,而且能对废弃物质进行再回收利用,达到资源的综合利用; 钴酸锂是锂离子电池正极材料的主要组成成份,具有优良的放电容量、充放电可逆性和充放电效率等特点,具有非常高的回收利用价值。采用焙烧-浮选法从废旧锂电池中回收锂离子电池中的钴酸锂物质,其主要工艺包括破碎工艺、筛分工艺、焙烧工艺和浮选工艺。 破碎工艺中,采用湿法冲击式破碎机对废旧锂电池进行破碎,破碎的影响因素主要有破碎量、破碎时间与给水量;利用Design-experts正交设计软件对破碎工艺中因素水平进行正交分析,通过研究在不同破碎条件下锂离子电池的粒度分布规律,正交实验中破碎机的破碎时间选定为20s~60s;给水量选定为400L/h~600L/h;给料量为1~3块。 正交实验结果表明,当破碎量n=2块;破碎时间t=40s;水量Q=600L/h时达到最佳工艺条件,优化组合的可信度为96%以上,显示工艺有良好的分选参数控制范围; 筛分工艺过程中,利用标准套筛+2mm,-2mm+1mm,-1mm+0.5mm,-0.5mm+0.25mm,-0.25mm+0.125mm,-0.125mm+0.075mm分别对破碎后的锂电池产物进行筛分,得出颗粒物质在不同粒径范围内的粒度分布与解离分布,分析金属物质如钴,锂有碳素材料的各粒级的分布情况及规律。利用SEM,XRD,EDS分别对粒径范围分别在-0.25+0.125mm、-0.125+0.075mm及-0.075mm三个粒径级别进行研究,结果表明,钴酸锂粉末和C元素确实富集在-0.25mm下各粒级中,这两者的含量超过90%以上,仅有少量的Cu、Al粉进入到-0.25mm粒级产物中。 废旧锂离子电池经破碎筛分后,钴酸锂物质主要聚集于-0.25mm的粉末颗粒中,由于钴酸锂和石墨颗粒表面均覆盖有PVDF粘结剂,从而使浮选碳素材料时,钴酸锂会随着一起上浮,达不到预期浮选效果,所以应对钴酸锂物质进行焙烧处理,由热重曲线分析得出,当焙烧温度达到660℃,并恒温2小时,能使黑色粉末中的PVDF粘结剂在高温下脱除,从而有利于后续钴酸锂与碳素材料的浮选。 浮选工艺过程中,主要的影响因素有料浆浓度、捕收剂用量和起泡剂用量,料浆pH值、药剂用量、充气和搅拌、浮选时间和水质,其中料浆浓度、捕收剂与起泡剂用量起主要作用;利用Design-experts对料浆浓度、捕收剂及起泡剂进行正交实验,料浆浓度选取为4%~12%,捕收剂与起泡剂用量分别选取0.2kg/t~3.2kg/t与0.07kg/t~0.21kg/t。结果显示料浆浓度在浮选过程中为显著性影响因素。 经正交实验分析得出:料浆浓度为10%,捕收剂用量0.2kg/t,起泡剂用量0.2kg/t时,利用GB/T23367.1-2009(EDTA滴定法)对钴酸锂物质进行分析测定,钴酸锂品位达92%以上,钴酸锂回收率超过93%,优化组合的可信度为90%以上,显示工艺有良好的分选参数控制范围。
【学位授予单位】:华东交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X705;TM912

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