一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置

本技术涉及废旧电池回收领域，具体涉及一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置。

背景技术：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、本实用新型的目的采用以下技术方案来实现：

3、一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，包括反应室、分离室、蒸发室、进料泵和鼓风机；反应室顶部的进液管与进料泵连接，分离室环形包裹在反应室外侧，蒸发室环形包裹在分离室外侧；反应室底部的进气口与鼓风机连接。

4、优选地，所述进液管与所述进料泵之间设置有闸阀和管路。

5、优选地，所述反应室的上端设置有液体分布器，所述液体分布器设置在反应室顶部的中间位置，液体流经液体分布器后竖直流下，所述反应室的下端设置有搅拌桨，搅拌桨上设置有多个气体分散器和搅拌叶，气体经过所述气体分散器后从各个方向分散进入反应室，所述反应室的下部为内凹型结构，所述反应室下端设置有出料管，便于处理反应室内剩余固体颗粒。

6、优选地，所述反应室与分离室之间有分离膜，所述分离膜可阻挡固体颗粒通过，所述反应室与分离室的交界处下端比反应室最下端高，反应后的液体达到一定高度后穿过分离膜进入分离室。

7、优选地，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。

8、优选地，为了增大液体的流动，所述反应室下端固定连接有旋转装置，所述旋转装置可以通过旋转离心让反应室的液体加速流往分离室和蒸发室。

9、所述分离室和蒸发室呈30°倾斜，分离室和蒸发室下端设置有出料管，出料管位于分离室和蒸发室最低的一端。

10、优选地，所述分离室内，从分离膜穿过的气体还可以继续参与反应，提高转化率。

11、优选地，所述蒸发室与分离室通过分离膜和挡板隔开，挡板设置在分离膜的上方，液体和气体只能从分离膜进入蒸发室；所述蒸发室内设置有加热板，所述加热板为环形加热板，所述蒸发室设置有除沫器和出气口，所述除沫器不但能滤除悬浮于气流中的较大液沫，而且能滤除较小和微小液沫，所述出气口设置在除沫器上方，所述出气口可以将剩余气体排放出去循环利用，碳酸锂固体从所述蒸发室下端出料管得到。

12、本实用新型的有益效果为：

13、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，碳酸氢锂通过膜分离从反应室最终流去蒸发室加热得到高纯度的碳酸锂固体，该装置集反应、过滤、蒸发等操作于一体，简便快捷高效，且采用旋转装置，提高传质效果，整个过程无污染物排放，实现高效闭环式绿色回收锂元素。

技术特征：

1.一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，包括反应室、分离室、蒸发室、进料泵和鼓风机；反应室顶部的进液管与进料泵连接，分离室环形包裹在反应室外侧，蒸发室环形包裹在分离室外侧；反应室底部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锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述进液管与所述进料泵之间设置有闸阀和管路。

3.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述反应室的上端设置有液体分布器，所述液体分布器设置在反应室顶部的中间位置，液体流经液体分布器后竖直流下，所述反应室的下端设置有搅拌桨，搅拌桨上设置有多个气体分散器和搅拌叶，气体经过所述气体分散器后从各个方向分散进入反应室，所述反应室的下部为内凹型结构，所述反应室下端设置有出料管，便于处理反应室内剩余固体颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述反应室与分离室之间有分离膜，所述分离膜可阻挡固体颗粒通过，所述反应室与分离室的交界处下端比反应室最下端高。

5.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，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。

6.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，为了增大液体的流动，所述反应室下端固定连接有旋转装置；所述分离室和蒸发室呈30°倾斜，分离室和蒸发室下端设置有出料管，出料管位于分离室和蒸发室最低的一端。

7.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述蒸发室与分离室通过分离膜和挡板隔开，挡板设置在分离膜的上方，液体和气体只能从分离膜进入蒸发室。

8.根据权利要求1所述的一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，其特征在于，所述蒸发室内设置有加热板，所述加热板为环形加热板，所述蒸发室设置有除沫器和出气口，所述出气口设置在除沫器上方，所述出气口可以将剩余气体排放出去循环利用，碳酸锂固体从所述蒸发室下端出料管得到。

技术总结
本技术涉及废旧电池回收领域，具体涉及一种高效分离废旧锂离子电池正极材料中锂元素的装置，包括反应室、分离室、蒸发室、进料泵和鼓风机；反应室顶部的进液管与进料泵连接，分离室环形包裹在反应室外侧，蒸发室环形包裹在分离室外侧；反应室底部的进气口与鼓风机连接。本技术的装置集反应、过滤、蒸发等操作于一体，简便快捷高效，且采用旋转装置，提高传质效果，整个过程无污染物排放，实现高效闭环式绿色回收锂元素。

技术研发人员：李登,杨伟,林忠海,崔冰翔,王伟,郑文芝
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：20221128
技术公布日：2024/1/13