廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產物浮選的基礎研究.pdf

1、我國是世界上最大的鋰離子電池生產國和消費國，同時，每年也產生了大量的廢棄鋰離子電池。廢棄鋰離子電池中含有高價值金屬和有毒有害物質，對其進行二次資源利用，不僅能夠防止環(huán)境污染，還可以實現資源的循環(huán)利用，緩解我國因經濟快速發(fā)展帶來的金屬資源緊缺問題，對我國經濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。然而目前對廢棄鋰離子電池的資源化研究還處于初始階段，主要集中在通過化學方法實現高價值正極活性材料的分離提純，對廢棄鋰離子電池的破碎、分選富集研究較少，

2、致使廢棄鋰離子電池難以得到高效的資源化綜合利用。
　　本文以實現廢棄鋰離子電池的資源化綜合利用為目標，著重解決廢棄鋰離子電池的高效破碎及高價值電極活性材料的分選富集這兩個關鍵問題。本文通過聯合使用多種分析測試手段詳細深入分析廢棄鋰離子電池的工藝礦物學特征，為廢棄鋰離子電池的破碎、分選富集奠定基礎。通過研究廢棄鋰離子電池的破碎行為，建立其選擇性破碎的評價方法，并通過自行設計的破碎機，研究強化選擇性破碎的機理，實現廢棄鋰離子電池的高效

3、破碎解離，為后續(xù)分選富集過程創(chuàng)造好的條件。通過對比制造電池用的商品化純鈷酸鋰和石墨與廢棄鋰離子電池回收得到的鈷酸鋰和石墨顆粒的表面性能和浮選行為，分析富鈷破碎產物的浮選特性，并在此基礎上，有針對的對回收物料進行表面改性，提高其浮選分離效果，使富鈷破碎產物中的鈷酸鋰和石墨得到有效分離。主要研究分為以下三個部分：
　　1.廢棄鋰離子電池的工藝礦物學研究。廢棄鋰離子電池中銅、鈷、鋁三種金屬含量超過45％，極具回收價值，但回收過程中因六氟

4、磷酸鋰等有毒物質釋放帶來的二次污染需得到有效解決；廢棄鋰離子電池具有較好的選擇性破碎特點，破碎過程中應強化這種特性；從電極活性材料鈷酸鋰和石墨的晶體類型來看，浮選分選富集具有可行性，回收得到的鈷酸鋰晶格結構變化微小，具有修復后直接用于電池生產的潛力。該部分為后續(xù)研究的基礎。
　　2.廢棄鋰離子電池的高效破碎解離研究。廢棄鋰離子電池中僅電極活性材料與導電骨架間存在PVDF造成的粘結力，其余組分間不存在任何結合力，破碎過程中要確保電極

5、活性材料的解離；提出了礦物組分的選擇性破碎行為判據σ，如下所示：此處公式省略！
　　和選擇性破碎效果判據ε，如下所示：此處公式省略！
　　水介質的引入，可以使破碎過程中小于篩網尺寸的破碎產品迅速透過篩網，避免重復破碎，但因破碎腔內停留時間短，會造成解離不完全；沖擊速度過低，粗粒級產率增加，主要原因在于電極活性材料解理不完全，依然緊密結合在大塊的銅箔、鋁箔上面，而增加沖擊速度，并不會造成中間粒級產率的增加，可以獲得更大的電極活

6、性材料解離度，增加細粒級產率；相對于錘片而言，錘頭施力方式能夠增加摩擦破碎效果，防止隔膜紙、銅箔、鋁箔、金屬外殼的過破碎，增強電極活性材料的解離效果。
　　3.廢棄鋰離子電池富鈷破碎產物浮選性能改善研究。富鈷破碎產物顆粒外面包裹以PVDF和有機碳酸酯殘體為主的有機層，呈內核外殼的“核殼結構”，造成表面性質接近，難以浮選分離；在450℃下焙燒15分鐘，可以有效的去除表面有機層，同時不會對石墨造成過氧化，達到較好的改性效果；Fento