盘柱式过滤装置以及动力电池废旧材料回收利用系统的制作方法

本实用新型涉及电池回收设备领域，具体而言，涉及一种盘柱式过滤装置以及动力电池废旧材料回收利用系统。

背景技术：

锂离子电池由于工作电压高、体积小、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等优点，得到广泛的认可。根据国家“十三五”规划，预计2020年新能源汽车销量将达200万辆。一般而言，当电池容量衰减到60～80％左右，便达到设计的使用寿命，急需进行替换，电动汽车电池的有效寿命在4～6年左右，随着2014年我国逐渐普及新能源车，在接下来2年内必将迎来大规模的动力电池报废阶段。

废弃锂离子电池中通常含钴5％～15％，锂2％～7％，镍0.5％～2％，其回收再利用价值相对较高。锂离子电池中还含有六氟磷酸锂等有毒物质，会对环境和生态系统造成严重污染，钴、锰、铜等重金属通过积累作用也会由生物链危害人类自身，极具危害性。随着锂离子电池应用的越来越广泛，高效回收锂离子电池中的有价金属、减少对环境造成的污染、缓解资源匮乏等问题，具有重要的社会意义和经济意义。

鉴于此特提出本申请。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种盘柱式过滤装置，其能够实现废旧动力电池提取液的高效过滤，并且降低结垢的风险。

本实用新型的另一目的在于提供一种动力电池废旧材料回收利用系统，其能够高效处理废旧动力电池提取液，并分别提取含ni、co以及mn的溶液与li溶液，并能实现li溶液的浓缩，缓解资源匮乏的同时有效减少对自然环境的污染。

为了实现以上目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供了一种盘柱式过滤装置，壳体、中心管、固定组件以及多个碟片式滤盘，中心管的底端封口，侧壁上开设有多个产水口，每个碟片式滤盘的顶端为环形膜片，碟片式滤盘内设置有过滤流道，碟片式滤盘的底端沿径向开设有倾斜的投币式进水口，碟片式滤盘的顶端沿径向开设有与投币式进水口对应的出水口，投币式进水口与出水口之间设置有沿水流方向倾斜的导流板，多个碟片式滤盘叠设并套装于中心管上以形成过滤柱芯，过滤柱芯的顶端设置有浓水导流盖，浓水导流盖的进口与过滤柱芯顶端的碟片式滤盘的出水口连通，过滤柱芯和浓水导流盖通过固定组件沿竖直方向拉紧，过滤柱芯固定于壳体内，过滤柱芯的外壁与壳体的内壁之间形成原水流道，壳体的顶端设置有原水管、产水管以及浓水管，原水管与原水流道连通，产水管与中心管的顶端连通，浓水管与浓水导流盖连通。

优选地，碟片式滤盘包括导流盘，导流盘的顶端开设有环形的原水导流槽，原水导流槽内卡接有环形膜片，当环形膜片卡接于原水导流槽内后，导流盘的中部形成柱形凸台，柱形凸台沿径向开设有多条产水引槽，产水引槽与中心管的产水口连通，环形膜片的底端与原水导流槽的底端之间形成环形的过滤流道，导流盘的底端沿径向开设有倾斜的投币式进水口，环形膜片沿径向开设有出水口，投币式进水口与出水口之间设置有沿水流方向倾斜的导流板，过滤流道的底端设置有多个湍流凸点，多个湍流凸点按多条等距螺旋线的方式排列。

优选地，过滤流道的竖直高度≥2.5毫米。

优选地，环形膜片包括自上而下叠设并连接的分离层、支撑层以及基层。

优选地，分离层的厚度为0.3-0.4微米，分离层的亲水角度为44.1°。

本实用新型还提供了一种动力电池废旧材料回收利用系统，包括依次连接的预处理系统、超滤膜系统、纳滤膜系统以及反渗透膜系统，纳滤膜系统、反渗透膜系统均包括上述任意一项的盘柱式过滤装置，超滤膜系统的出口通过管道与纳滤膜系统包括的盘柱式过滤装置的原水管连通，纳滤膜系统中的盘柱式过滤装置的产水管与反渗透膜系统中的盘柱式过滤装置的原水管连通，纳滤膜系统中的盘柱式过滤装置中的环形膜片为纳滤膜片，反渗透膜系统中的盘柱式过滤装置中的环形膜片为反渗透膜片。

与现有技术相比，本实用新型提供的盘柱式过滤装置的有益效果是：

(1)通过多个碟片式滤盘的设置，实现了原水的多次过滤；

(2)通过在碟片式滤盘上设置倾斜的投币式进水口、出水口与导流板，并且将多个碟片式滤盘叠设并套装于中心管上以形成过滤柱芯，使得原水以螺旋上升的过滤方式进行过滤，从而将浓水与产水有效分离，并且避免了过滤过程中发生的水流急剧转向，有效避免了因急剧转向造成的大量能量损耗，且能够避免水流急剧转向造成的水流局部沉积，降低碟片式滤盘内结垢的风险；

(3)通过固定组件的设置实现了过滤柱芯的拉紧与固定，实现了过滤柱芯内过滤流道的密封，并且通过中心管、壳体以及浓水导流盖与过滤柱芯的连接配合，实现了的原水的定向流动以及浓水、产水之间的过滤分离与收集。

与现有技术相比，本实用新型提供的动力电池废旧材料回收利用系统的有益效果是：

(1)通过预处理系统、超滤膜系统、纳滤膜系统以及反渗透膜系统的连接，实现了高效处理废旧动力电池提取液的效果；

(2)通过将上述盘柱式过滤装置分别设置于纳滤膜系统和反渗透膜系统内，并通过上述连接方式，实现了从原水(即废旧动力电池提取液)中分别提取含ni、co以及mn的溶液与li溶液，并能实现li溶液的浓缩，缓解资源匮乏的同时有效减少对自然环境的污染。

附图说明

图1为本实用新型提供的盘柱式过滤装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的盘柱式过滤装置的过滤柱芯的结构示意图；

图3为本实用新型提供的盘柱式过滤装置的碟片式滤盘的示意图；

图4为本实用新型提供的盘柱式过滤装置的碟片式滤盘的截面图；

图5为本实用新型提供的盘柱式过滤装置的环形膜片的局部侧视图；

图6为本实用新型提供的盘柱式过滤装置的碟片式滤盘的投币式进水口、出水口以及导流板的相对位置示意图；

图7为本实用新型提供的动力电池废旧材料回收利用系统。

图中标记：10-壳体；11-原水管；12-产水管；13-浓水管；20-中心管；30-固定组件；40-过滤柱芯；41-碟片式滤盘；42-导流盘；421-投币式进水口；422-导流板；423-原水导流槽；424-湍流凸点；425-柱形凸台；4251-产水引槽；431-出水口；43-环形膜片；432-分离层；433-支撑层；434-基层；44-浓水导流盖；50-原水流道；51-过滤流道；60-预处理系统；61-沉淀池；62-过滤池；63-ph调节池；64-降温池；70-超滤膜系统；80-纳滤膜系统；81-第一浓水收集池；90-反渗透膜系统；91-第二浓水收集池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：

实施例1

请参照图1至图4以及图6，本实施例提供了一种盘柱式过滤装置，包括壳体10、中心管20、固定组件30以及多个碟片式滤盘41，其中，中心管20竖直设置，其底端封口，侧壁上开设有多个产水口(图未示)，每个碟片式滤盘41的顶端为环形膜片43，环形膜片43的底端与碟片式滤盘41的顶端之间设置有过滤流道51，过滤流道51为环形流道，碟片式滤盘41的底端沿径向设置有倾斜的投币式进水口421，碟片式滤盘41的顶端沿径向设置有与投币式进水口421对应的出水口431，投币式进水口421与出水口431之间沿水流方向设置有导流板422，需要说明的是，倾斜的投币式进水口421能够迫使流入的水流沿过滤流道51以单方向流动，与此同时，导流板422能够对水流的定向流动起到辅助作用。碟片式滤盘41的中部开设有用于与中心管20配合的安装孔，多个碟片式滤盘41叠设并套装于中心管20上以形成过滤柱芯40，过滤柱芯40的顶端设置有浓水导流盖44，浓水导流盖44的进口与过滤柱芯40顶端的碟片式滤盘41的出水口431连通，使自过滤柱芯40顶端最后一个碟片式滤盘41的出水口431排出的浓水均汇聚于浓水导流盖44内，过滤柱芯40和浓水导流盖44通过固定组件30沿竖直方向拉紧，以使多个环形膜片43以及多条过滤流道51均处于密封态，过滤柱芯40固定于壳体10内，过滤柱芯40的外壁与壳体10的内壁之间形成原水流道50，壳体10的顶端设置有原水管11、产水管12以及浓水管13，原水管11与原水流道50连通，产水管12与中心管20的顶端连通，浓水管13与浓水导流盖44连通。废旧动力电池提取液所形成的原水自原水管11流入壳体10内，在重力的作用下沿原水流道50流至壳体10的底部并逐渐累积，继而与过滤柱芯40的底端接触，并由过滤柱芯40底端的碟片式滤盘41的投币式进水口421流入，在倾斜的投币式进水口421与导流板422的作用下沿过滤流道51以雷达扫描式流动一圈，流动过程中与环形膜片43接触并过滤，而后在环形膜片43的上表面形成产水，过滤过程中环形膜片43对产水产生减速作用，形成的产水沿环形膜片43的上表面逐渐流向中心管20，经中心管20的侧壁上的产水口进入中心管20内逐渐累积，最终自产水管12流出；原水经过滤柱芯40底端的碟片式滤盘41过滤后自出水口431流出，而后自相邻的碟片式滤盘41的投币式进水口421流入进行再次过滤，形成的产水流入中心管20，而后进入相邻的下一个碟片式滤盘41再次过滤，直至通过过滤柱芯40顶端的碟片式滤盘41的过滤，原水在过滤柱芯40内以螺旋上升的方式流动，在离心力的作用下保证原水不会自产水口流入中心管20内污染产水，原水在多次过滤后最终形成浓水汇聚于浓水导流盖44内，最终自浓水管13排出。原水以螺旋上升的方式流动，流动过程中原水水流的方向改变平缓，流速均匀，能够有效降低水流压力损失，有效防止水流因急剧转向而造成的大量能耗，并且能够避免水流急剧转向造成的水流局部沉积，有效降低碟片式滤盘41内结垢的风险。

需要说明的是，固定组件30包括多根锁紧螺杆以及多个相配合的锁紧螺母，壳体10包括上盖、下盖以及筒体，筒体夹持于上盖和下盖之间，多根锁紧螺杆延伸方向上的两端分别穿过上盖和下盖，并通过锁紧螺母锁紧，筒体的长度与过滤柱芯40的长度相同，上盖、下盖分别位于过滤柱芯40的顶端和底端，通过锁紧螺杆和锁紧螺母将过滤柱芯40拉紧。

进一步参照图3、图4和图6，碟片式滤盘41包括导流盘42，导流盘42的顶端设置有环形的原水导流槽423，原水导流槽423内卡接有环形膜片43，当环形膜片43卡接于原水导流槽423内后，导流盘42的中部形成柱形凸台425，即以原水导流槽423的内环壁为外侧壁、以导流盘42中部用于与中心管20相配合的安装孔的侧壁为内侧壁的柱形凸台425，柱形凸台425自环形膜片43的内环向上伸出，其外侧壁与环形膜片43的内侧壁抵接，柱形凸台425沿径向开设有多条产水引槽4251，产水引槽4251与导流盘42中部的安装孔连通，继而与中心管20的产水口连通，环形膜片43上表面的产水向中心管20的方向汇聚，经由多条产水引槽4251引导至中心管20上的产水口内，使产水在中心管20内汇聚累积。环形膜片43的底端与原水导流槽423的底端之间形成环形的过滤流道51，导流盘42的底端沿径向开设有倾斜的投币式进水口421，环形膜片43沿径向开设有与投币式进水口421对应的出水口431，投币式进水口421与出水口431之间设置有沿水流方向倾斜的导流板422，原水从导流盘42的底端自投币式进水口421进入，在倾斜的投币式进水口421的作用下以雷达扫描的方式旋转一圈后自环形膜片43上的出水口431流出。

进一步参照图3，过滤流道51的底端设置有多个湍流凸点424，多个湍流凸点424按多条等距螺旋线的方式排列。图中为便于描述，以两条螺旋线为例，原水在过滤的过程中会不可避免地产生浓差极化，以螺旋线的方式布置的多个湍流凸点424能够使得原水以雷达扫描的大方向运动的前提下在局部形成小的湍流，使不同浓度的原水在局部混合，从而有效降低原水过滤过程中的浓差极化现象，并且湍流能够增加局部的原水流速，进一步降低结垢的风险。

进一步参照图4，过滤流道51的竖直高度≥2.5毫米，该空间高度能够有效避免产生物理堵塞，能够允许sdi高达20的原水直接进入碟片式滤盘41内。

请参照图5，进一步地，环形膜片43包括自上而下叠设并连接的分离层432、支撑层433以及基层434。分离层432用于实现分离过滤的作用，支撑层433用于支撑较薄的分离层432以及较软的基层434，基层434用于增加环形膜片43的吸水性。原水先与基层434接触，而后被基层434均匀吸收，并经由支撑层433渗透至分离层432实施原水的分离，基层434的强吸水性能够使原水有效且均匀地扩散至分离层432的整个下表面，从而提升分离层432的表面利用率。

进一步地，分离层432的厚度为0.3-0.4微米，分离层432的亲水角度为44.1°。该厚度能够进一步提升原水的分离纯度，该亲水角度能够更利于吸水和过滤。

实施例2

请参照图7，本实施例提供了一种动力电池废旧材料回收利用系统，其为实施例1中所述的盘柱式过滤装置的应用，其包括依次连接的预处理系统60、超滤膜系统70、纳滤膜系统80以及反渗透膜系统90，其中，预处理系统60包括依次连接的沉淀池61、过滤池62、ph调节池63以及降温池64，废旧动力电池提取液通过管道与沉淀池61的入口连通，降温池64的出口通过管道与超滤膜系统70的入口连通，纳滤膜系统80、反渗透膜系统90均包括实施例1所述的盘柱式过滤装置，区别在于，纳滤膜系统80包括的盘柱式过滤装置包括的环形膜片43为纳滤膜片，而反渗透膜系统90包括的盘柱式过滤装置包括的环形膜片43为反渗透膜片。超滤膜系统70的出口通过管道与纳滤膜系统80包括的盘柱式过滤装置的原水管11连通，纳滤膜系统80包括的盘柱式过滤装置的产水管12与反渗透膜系统90包括的盘柱式过滤装置的原水管11连通。废旧动力电池提取液依次通过预处理系统60中的沉淀池61、过滤池62、ph调节池63以及降温池64分别进行沉淀、过滤、ph调节以及降温操作，而后进入超滤膜系统70进行初步过滤处理，而后进入纳滤膜系统80通过纳滤膜进行浓水和产水的分离，其中浓水为含ni、co、mn的溶液，产水为li溶液，而后将产水得到的li溶液通入反渗透膜系统90进行浓缩，得到的浓水为高浓度的li溶液，产水为净水，净水与含ni、co、mn的溶液均能够回用，高浓度li溶液能够再次利用于动力电池的制备。

进一步参照图5，纳滤膜系统80还包括第一浓水收集池81，用于收集含ni、co、mn的浓水，反渗透膜系统90还包括第二浓水收集池91，用于收集高浓度li溶液。

以上仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。