[發(fā)明專利]基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收裝置及方法

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• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113381059A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)圣軍;張慶麟;侯澍閔;李軍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇天楹環(huán)保能源成套設(shè)備有限公司;中國天楹股份有限公司;加拿大艾普萊斯有限公司
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M10/052
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳亮亮

1.一種基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收裝置，其特征在于：包含等離子體熔融反應(yīng)爐、氣體凈化系統(tǒng)和安全火炬，等離子體熔融反應(yīng)爐上端設(shè)置有投料口，等離子體熔融反應(yīng)爐下端設(shè)置有熔渣出口和金屬出口，等離子體熔融反應(yīng)爐的側(cè)面上端設(shè)置有煙氣出口并且煙氣出口與氣體凈化系統(tǒng)的進氣口連接，氣體凈化系統(tǒng)的出氣口與安全火炬連接，等離子體熔融反應(yīng)爐的下端設(shè)置有等離子體炬并且等離子體炬位于熔池內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收裝置，其特征在于：所述等離子體熔融反應(yīng)爐包含反應(yīng)爐爐體和若干等離子體炬，等離子體炬通過密封套筒固定在反應(yīng)爐爐體內(nèi)并且若干個等離子體炬沿著反應(yīng)爐爐體的周向等間距分布，密封套筒內(nèi)設(shè)置有水冷系統(tǒng)，反應(yīng)爐爐體的下端為倒錐形結(jié)構(gòu)，金屬出口設(shè)置在反應(yīng)爐爐體下端中間位置，熔渣出口設(shè)置在反應(yīng)爐爐體下端錐面上并且熔渣出口位于等離子體炬的下方。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收裝置，其特征在于：所述金屬出口的下方設(shè)置有金屬收集容器，熔渣出口的下方設(shè)置有熔渣收集容器，金屬出口和熔渣出口內(nèi)均設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥門，金屬收集容器和熔渣收集容器的下側(cè)分別設(shè)置有滾輪。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收裝置，其特征在于：所述反應(yīng)爐爐體側(cè)壁上位于熔池部分內(nèi)設(shè)置有水冷壁，反應(yīng)爐爐體其余部分設(shè)置有耐火保溫材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收裝置，其特征在于：所述氣體凈化系統(tǒng)包含噴淋降溫室、布袋除塵器和石灰漿池，噴淋降溫室側(cè)面下端的進氣口與等離子體熔融反應(yīng)爐煙氣出口通過管道連接，噴淋降溫室上端出氣口通過管道與布袋除塵器側(cè)面下端的進氣口連接，布袋除塵器上端的出氣口通過管道與石灰漿池的進氣口連接，石灰漿池由若干個獨立的漿池串聯(lián)構(gòu)成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收裝置的回收方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：向等離子體熔融反應(yīng)爐中投入廢舊三元鋰電池，堆積形成鋰電池料床；

步驟二：等離子體炬噴射高溫等離子體火焰加熱并熔融鋰電池料床形成熔池；

步驟三：等離子體炬持續(xù)加熱使熔池溫度上升至1600-1700℃，同時調(diào)節(jié)等離子體熔融反應(yīng)爐內(nèi)的氧化還原環(huán)境，使熔池中的金屬還原成單質(zhì)狀態(tài)；

步驟四：關(guān)閉等離子體炬，并保持熔池溫度不低于1500℃，使熔池中的熔渣和單質(zhì)金屬靜置分層；

步驟五：打開等離子體熔融反應(yīng)爐的金屬出口，通過金屬收集容器收集液態(tài)的單質(zhì)金屬；

步驟六：關(guān)閉金屬出口，打開熔渣出口，通過熔渣收集容器收集熔渣。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收方法，其特征在于：所述步驟一中投入的廢舊三元鋰電池采用整個的廢舊三元鋰電池或者破碎篩分后的廢舊三元鋰電池電機材料，若采用整個的廢舊三元鋰電池，則入爐前需要進行充分放電。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于等離子體的廢舊三元鋰電池中金屬回收方法，其特征在于：所述步驟二具體為

2.1開啟密封套筒的保護氣開關(guān)和水冷系統(tǒng)，啟動等離子體炬，等離子體炬產(chǎn)生的高溫等離子體火焰通過密封套筒噴入等離子體熔融反應(yīng)爐；

2.2鋰電池料床被等離子體火焰加熱熔融，并在等離子體火焰的攪動下形成穩(wěn)定的流場，形成循環(huán)流動的液態(tài)熔池，使熔池內(nèi)形成比較均勻的物質(zhì)和溫度分布；

2.3鋰電池料床開始熔融后，啟動等離子體熔融反應(yīng)爐熔池區(qū)域的爐壁水冷壁，熔融后的材料在熔池壁上冷凝，形成一層固態(tài)保護層。