國內(nèi)鋰電池回收現(xiàn)狀及海螺川崎方案特點(diǎn)概述

唐文芳

安徽海螺川崎節(jié)能設(shè)備制造有限公司 安徽 蕪湖 241070

引言

電池制造業(yè)在我國既是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，又是新能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，與新能源汽車、可再生能源、現(xiàn)代電子信息、新材料、裝備制造等多個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)緊密。伴隨市場的發(fā)展，每年產(chǎn)生的大量廢舊電池必須通過有效的資源化回收技術(shù)得到合理處置。根據(jù)電池材料及特性的不同可分為：一次電池、鉛蓄電池、鋰電池等。

1 國內(nèi)鋰電池回收現(xiàn)狀

1.1 鉛酸電池及鋰離子電池的產(chǎn)能及發(fā)展趨勢

動(dòng)力鋰電池根據(jù)其組成材料的不同主要分為兩種：磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。磷酸鐵鋰電池主要成分為磷酸鐵鋰，可回收材料為鋁、鐵、鋰；三元鋰電池中含有鎳、鈷、錳等貴金屬元素，回收具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)預(yù)測，至2025年，退役的動(dòng)力電池將以三元電池為主，占鋰電池市場份額約70%，達(dá)到67GWh（約76萬噸），磷酸鐵鋰電池市場份額將下降至25%，為23GWh（約26萬噸）[1]。

1.2 鋰離子電池的回收利用情況

鋰離子動(dòng)力電池的使用年限一般為5-8年，這意味著從2020年開始，我國首批進(jìn)入市場的新能源汽車動(dòng)力電池將面臨報(bào)廢回收的問題。我國鋰電回收市場發(fā)展尚處于初期，不成熟、不規(guī)范現(xiàn)象較多。且當(dāng)前動(dòng)力鋰電報(bào)廢量有限、回收體系尚不健全等原因，暫時(shí)未能形成成熟的盈利模式。目前僅有衡州華友、贛州豪鵬、荊門格林美、湖南邦普循環(huán)和廣東光華科技5家公司進(jìn)入工信部發(fā)布的符合《新能源汽車廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上述5家企業(yè)規(guī)劃處理產(chǎn)能約25萬噸，2017年共計(jì)回收處理約1.1萬噸廢舊動(dòng)力電池，2018年共計(jì)回收處理約1.3萬噸動(dòng)力電池，行業(yè)內(nèi)企業(yè)普遍存在回收渠道不穩(wěn)定的困難。

在我國，動(dòng)力鋰電池回收處理技術(shù)起源于消費(fèi)電子用鋰電池的回收處理，重點(diǎn)在于其中鈷/鎳高價(jià)值金屬的再生回收。 附表是國內(nèi)廢舊鋰離子動(dòng)力電池再生處理的典型工藝及應(yīng)用企業(yè)。

表1 廢舊鋰離子電池再生處理的典型工藝及應(yīng)用企業(yè)

工藝技術(shù)則以直接機(jī)械破碎拆解-焙燒熱解-濕法 （還原酸性浸出-凈化-萃取分離）為主，還沒有火法工藝的應(yīng)用范例。湖南邦普循環(huán)是廢舊三元鋰電池回收處理較好的企業(yè)，工藝技術(shù)最有代表性，其工藝包括破碎分選前處理、濕法處理、前驅(qū)體合成三個(gè)部分[2]。

2 海螺川崎鋰電池處置技術(shù)工藝

利用水泥線窯尾的250℃高溫低氧廢氣對鋰電池進(jìn)行預(yù)熱，蒸發(fā)電解液。預(yù)熱后進(jìn)行破碎除鐵，再進(jìn)入篩分機(jī)分離塑料、銅、鋁，得到含鋰廢料進(jìn)入下一級(jí)工序，出預(yù)熱爐廢氣送入水泥窯分解爐無害化處理。含鋰原料送入外熱式回轉(zhuǎn)窯經(jīng)過700℃高溫焙燒后破碎冷卻。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部通入來自水泥生產(chǎn)線窯尾的320℃高溫低氧廢氣，窯外部熱風(fēng)爐燃燒廢氣和出回轉(zhuǎn)窯廢氣送入水泥窯分解爐無害化處理，廢氣管道上設(shè)有換熱器，為下級(jí)溶出工序供熱。

圖1 工藝流程圖

廢舊鋰電池電芯材料經(jīng)焙燒、破碎、冷卻后進(jìn)入溶解槽溶解，溶解槽通過循環(huán)鼓入CO2氣體在不高于15℃水中形成碳酸與電芯中的鋰元素進(jìn)行反應(yīng)生成碳酸氫鋰。溶解槽中混合液經(jīng)泵送入壓濾機(jī)，分離含鎳鈷錳的渣，含碳酸氫鋰的溶液則經(jīng)泵送入碳酸氫鋰沉淀池加熱分解為碳酸鋰，溶解度降低，產(chǎn)生沉淀析出。經(jīng)壓濾分離出碳酸鋰和水。廢水可經(jīng)管道系統(tǒng)回溶解槽循環(huán)使用。初步分離的碳酸鋰經(jīng)過兩級(jí)CO2溶解和加熱結(jié)晶提純，可得到純度為99.6%碳酸鋰產(chǎn)品[3]。

3 結(jié)束語

（1）國內(nèi)外現(xiàn)有對于鋰電池預(yù)處理工藝中焙燒階段通常是使用天然氣作為燃料供熱，焙燒后含氟等有機(jī)尾氣需要設(shè)立專業(yè)的尾氣處理設(shè)備。而海螺川崎鋰電池處置技術(shù)中利用了水泥窯的高溫?zé)煔?，并將預(yù)處理過程中產(chǎn)生的有機(jī)氣體利用水泥窯處置，實(shí)現(xiàn)了水泥窯協(xié)同處置，可降低預(yù)處理工藝段的運(yùn)行成本和設(shè)備投資。

（2）國內(nèi)外現(xiàn)有對于鋰電池后續(xù)處理工藝中多采用酸溶解，再回收重金屬的工藝，工藝中產(chǎn)生的含酸性廢液的水處理成本較高，環(huán)保壓力較大。而海螺川崎濕法回收鋰的過程中未使用酸作為溶劑提取貴金屬，僅僅通過向水中通入CO2實(shí)現(xiàn)提取碳酸鋰，減少了酸堿的藥劑成本和酸性廢液的水處理成本。但系統(tǒng)蒸發(fā)量相應(yīng)增加，電耗等較高；濕法提取碳酸鋰的成本還有待與國內(nèi)采用的工藝進(jìn)一步了解對比分析。