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考虑形状因素的锂电池破碎产品涡流分选
分类:公司新闻 发布时间:2024-04-19 172次浏览

在锂电池材料的常见回收方法中,火法回收会产生高能耗和碳排放水平,湿法回收产生许多有毒副产品。因此,在以无害方式管理废物方面存在严重挑战。本研究采用球磨预处理和涡流分选技术相结合的方法代替传统锂电池回收方法中的热处理,以降低能耗和二次污染水平。建立了一种新的涡流分选运动模型,定量分析了形状系数和空气阻力对电池材料分选轨迹的影响。理论和实验结果表明,通过电极板处理的60ms的20 mm金属碎片磨料是适合涡流分选的。当磁转子转速为1000 rpm,物料形状系数为1.5时,铜、铝和磷酸铁锂的回收率分别达到95.9%、97.1%和93.4%。因此,涡流分离是一种很有前途的从磷酸铁锂电池的电极板中分离金属和电极材料的方法。


具有橄榄石结构的磷酸铁锂具有能量密度高、循环寿命长、大倍率充电适应性强、安全性能好、无记忆效应等特点。因此,磷酸铁锂被广泛用作电动汽车电池、不间断电源、便携式电子设备和小型家用电器的正极材料。中国是世界上较大的锂离子电池(LIB)生产国和消费国。2017年,中国的消费量达到15万吨,消费电子产品中使用的LIB只有不到10%被回收,其他电池被丢弃或填埋。由于电动汽车的行业和政策推动以及消费者需求,预计2021年后LIB市场将呈指数级增长。因此,对锂电池原材料和再利用的需求预计将急剧增加。废旧磷酸铁锂电池含有许多有价金属和电解质,具有腐蚀性和毒性。如果破碎产品未经处理或回收方法不当,会造成严重的环境污染和资源浪费。


LIB的回收方法可分为火法冶金、湿法冶金和机械回收方案。涡流分离是一种绿色分离回收技术。破碎或球磨后的混合物料根据电导率和密度的差异进行选择性分离。机械分离具有低能耗、副产物少和低污染。Ruan等人(2014年)使用涡流分离技术从破碎的硒鼓和冰箱废物中分离和回收铝和塑料。这些实验表明,破碎材料的尺寸和分离器的磁转子速度是分离效果的重要因素。Dholu等人(2017)使用电磁铁代替旋转永磁体,在50 Hz的交变频率下实现金属之间的涡流分离;研究人员发现,铝合金的分离率达到85%-95% 。Ma等人(2018)建立了铜和青铜在涡流分离中的形状模型,计算理论分离角;研究人员确定了电导率对涡流力的定量影响。Bi等人(2019)建立了磷酸铁锂电池在涡流分离过程中破碎产物的运动学模型。研究人员分析了物料面积和磁转子转速对涡流力和物料分离轨迹的影响。学者们在800 r/min磁转子转速下获得较佳分选效果,发现物料浪费主要来源于不规则形状和粒度。综上所述,涡流分选技术在电池回收等分选领域取得了可喜的研究成果。然而,传统的运动学模型通常是在理想条件下得到的,实验结果与传统运动学模型得到的结果存在一定差距。以往的研究系统地分析了物料粒度、磁辊转速和给料速度对分选效果的影响机理。模型误差一般主要是由空气阻力和材料的不规则形状特性引起的,但尚未对其进行定量分析。


本研究采用球磨法对磷酸铁锂电池电芯进行预处理;对不同形状和粒径的电池极板进行涡流分选,以完善正负极材料在涡流场中的动力学模型。提出了电涡流分选中导体形状系数的概念,探讨了不同粒径和形状的废电池对电涡流分选的荷电原理、磁感应强度、力特性分选效率的影响机理。该研究提高了涡流分选模型的拟合精度,为混合料的预处理提供了反馈,提高了废旧磷酸铁锂电池中电极材料的回收效率。


结论:

本研究采用涡流分选法对磷酸铁锂电池破碎产物进行分选。通过理论模型计算结果与实验结果的对比,定量分析了形状、粒径、空气阻力等因素对分离效果的影响。引入了一个新的形状系数的定量指标,并得出了以下结论。

高速旋转的交变NdFeB磁体可以有效地分离金属和电极材料;然而,其效果受破碎方法的影响很大。根据分选机理选择破碎方式和调整破碎参数,获得特定粒度和规则形状的破碎产品,有效地提高了分选效率,减少了物料浪费。

-相对于火法冶金或湿法冶金回收方法,机械物理回收方法不会为了回收高价值材料而牺牲低价值材料。这一过程几乎不产生二次污染,并表现出高度的环境亲和力。

 球磨是电涡流分选废旧电极材料的理想预处理方法。合适参数下的球磨将大部分阴、阳极材料从金属表面剥离,得到形状规则的破碎产物,有利于携带环形涡流,提高分离效果。此外,本研究主要针对低电导率的正极材料磷酸铁锂建立涡流模型。考虑到许多正极材料(如钴酸锂和三元材料)的高电导率水平,需要进一步研究以拓宽该模型的应用范围。


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