鋰離子電池 (以下簡稱鋰電池) 因具有電壓高、比容量大、壽命長和無記憶效應等顯著優(yōu)點, 自其商業(yè)化以來便快速占領了便攜式電子電器設備的動力源市場, 且產(chǎn)量逐年增大。報廢后的鋰電池, 如處理處置不當, 其所含的六氟磷酸鋰、碳酸酯類有機物以及鈷、銅等重金屬必然會對環(huán)境構成潛在的污染威脅。而另一方面, 廢鋰電池中的鈷、鋰、銅及塑料等均是寶貴資源, 具有極高的回收價值。因此, 對廢鋰電池進行科學有效的處理處置, 不僅具有顯著的環(huán)境效益, 而且具有良好的經(jīng)濟效益。

鋰電池主要由外殼、正極、負極、電解液與隔膜組成。正極是通過起粘結作用的PVDF將鈷酸鋰粉末涂布于鋁箔集流體兩側構成;負極結構與正極類似, 由碳粉粘結于銅箔集流體兩側構成。

目前, 廢鋰電池資源化研究主要集中于價值高的正極貴重金屬鈷和鋰的回收, 對負極材料的分離回收鮮見報道。為緩解經(jīng)濟快速發(fā)展而引發(fā)的日趨嚴重的資源短缺與環(huán)境污染問題, 對廢舊物資實現(xiàn)全組分回收利用已成為全球共識。廢鋰電池負極中的銅 (含量達35%左右) 是一種廣泛使用的重要生產(chǎn)原料, 粘附于其上的碳粉, 可作為塑料、橡膠等添加劑使用。因此, 對廢鋰電池負極組成材料進行有效分離, 對于最大限度地實現(xiàn)廢鋰電池資源化, 消除其相應的環(huán)境影響具有推動作用。

常用的廢鋰電池資源化方法包括濕法冶金

、火法冶金及機械物理法。相比于濕法及火法, 機械物理法無需使用化學試劑, 且能耗更低, 是一種環(huán)境友好且高效的方法?；阡囯姵刎摌O結構特點, 采用破碎篩分與氣流分選組合工藝, 對其進行分離富集研究, 以實現(xiàn)廢鋰電池負極銅與碳粉的分離回收。

負極材料的破碎解離

將負極樣品放入錘式破碎機中粉碎, 排料口設孔徑1 mm的篩網(wǎng), 確保粒徑小于1 mm的破碎料排出設備, 而大于1 mm的破碎料繼續(xù)粉碎, 直至粒徑小于1 mm;收集破碎料, 采用標準篩進行分級并確定其粒徑分布。

破碎料的氣流分選

破碎料置于流化床分布板上形成固定床層;開啟風機調(diào)節(jié)氣體流速, 依次使顆粒床層經(jīng)固定床、床層松動、初始流態(tài)化直至充分流化而使金屬與非金屬顆粒相互分離, 其中輕組分被氣流帶出流化床, 經(jīng)旋風分離器進行收集, 重組分則停留在流化床底部。

廢鋰電池負極破碎料主要集中在大于0.590 mm和小于0.074 mm的粒徑范圍內(nèi), 其質(zhì)量分數(shù)分別為20.6%和40.4%;粉碎料中的銅含量隨顆粒粒徑的減小而降低, 相應地碳粉含量隨顆粒粒徑減小而增大。由表1可見, 粒徑大于0.250 mm和小于0.125 mm的粉碎料分別為高度富集的金屬銅 (平均品位達92.4%) 與碳粉 (平均品位達96.6%) , 可分別將其送于下游企業(yè)回收并利用;而粒徑為0.125~0.250 mm的粉碎料中, 金屬銅的品位較低, 可通過氣流分選提高其純度。