一种利用煤粉还原废电池的处理装置的制作方法

本技术属于电池，涉及一种废电池的回收处理装置，尤其涉及一种利用煤粉还原废电池的处理装置。

背景技术：

1、随着我国新能源汽车技术的完善与成熟，锂离子电池动力汽车在我国的销量持续攀升。受限于动力电池的使用寿命，报废的动力电池数量也越来越大。

2、锂离子电池失效的原因有多种，主要是在反复充放电过程中，正极材料与集流体部分分离导致接触不良，此外，正极材料在充放电过程中发生二次反应，从而使容量衰减，电池报废。由于锂离子电池正极材料多为过渡金属氧化物，其中含有贵重金属钴、镍、锂等，对这部分贵重金属进行回收，不仅有益于环保而且有利于资源的综合利用。

3、目前，对于废旧锂离子电池动力中有价金属的回收主要分为火法处理和湿法处理两种。锂离子电池的正极材料主要包含钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。现有技术中回收锂离子电池，如三元锂离子电池正极材料的镍、钴、锂、锰等的湿法工艺较为繁琐，主要是采用浸出和萃取分离得到硫酸盐或三元前驱体等。然而，由于废锂离子电池正极材料粉末在酸浸过程中酸、碱等化学试剂消耗量过大，且浸出时间长、流程长，使得回收效率较低。特别是对锂的回收最为不利，要等到多道湿法工序后才回收锂，因此锂的收得率只有75～80％水平。且湿法工艺处理一吨锂离子电池正负极混合粉所消耗的蒸汽量约为7t，耗能及成本偏高。

4、cn104577248a公开了一种锂离子正极材料回收方法，该方法先将锂正极材料经前处理得到钴酸锂粉末，再将钴酸锂粉末经氢化处理、水解除锂、固液分离即可实现锂与钴的分离，并实现锂与钴的高效回收。由于纯氢气的方案实施安全风险较高，因此其回收方法中，氢化过程中所用到的装置结构复杂，能源利用率不高，能耗较大。

5、水煤气，是水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成分是一氧化碳，氢气，组分中的氢气具有良好的还原性，一氧化碳也可作为还原剂，高温时能将许多金属氧化物还原成金属单质。而且水煤气的制备工艺成熟且相较于纯氢气来说，更为简单方便，安全系数相对较高，有利于降低成本并进行大规模应用。

6、但是，目前尚缺少一种利用煤粉产生水煤气以还原废电池的生产方案及处理装置，因此有必要针对此方向进行相关的研究和开发。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种利用煤粉还原废电池的处理装置，包括依次连接的水煤气发生装置与强还原装置，水煤气发生装置内部具有相对设置的喷料口及喷煤口，以及位于两者之间的加热部件，喷料口喷出水蒸气、载气及煤粉，喷煤口喷出煤粉，相对喷出的多种物料加强了混合与反应过程，生成的水煤气进入强还原装置，强还原装置的内部设置有承载废电池料的加热板，用于加热以促进水煤气与废电池料进行充分的还原反应。所述处理装置能同步实现还原性气体的生产及废电池物料的还原，减少了还原性气体的存储和运输，可充分利用水煤气的热量对废电池料进行还原。

2、为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种利用煤粉还原废电池的处理装置，包括：

4、水煤气发生装置，内部具有相对设置的喷料口及喷煤口，所述喷料口用于喷出水蒸气、载气及煤粉的混合料，所述喷煤口用于喷出煤粉；所述喷料口与所述喷煤口之间设置有加热部件；所述水煤气发生装置具有水煤气出口；

5、强还原装置，具有水煤气进口、废电池料进口、还原料出口及尾气出口；所述水煤气进口连接于所述水煤气发生装置的水煤气出口；所述强还原装置的内部设置有加热板，用于承载废电池料并进行加热以进行还原反应。

6、本实用新型提供的处理装置对生成水煤气进行了优化，在水煤气发生装置中，设置对喷的喷料口及喷煤口，优选喷煤口设置于上方，喷料口设置于下方，喷料口不仅喷出水蒸气和载气，也同时喷出一定量的煤粉，即，喷料口将水蒸气、载气与煤粉的混合料向喷煤口喷出，而喷煤口同时喷出煤粉，两部分对冲混合，加强了各物料的混合均匀程度，有利于煤粉的分散，增大其与水蒸气的有效反应面积，加快了反应速率和反应效果，此时，加热部件进行加热以进行反应生成水煤气。生成的水煤气进入到强还原装置中，在加热板的加热作用下，与废电池料进行还原反应。所述处理装置能同步实现还原性气体，即水煤气的生产并直接利用以还原处理废电池料，减少了还原气体的储存和运输的相关装置构造和工序，可充分利用到所得还原性气体热量。

7、以下作为本实用新型优选的技术方案，但不作为本实用新型提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本实用新型的技术目的和有益效果。

8、作为本实用新型优选的技术方案，所述喷料口的外轮廓为第一台体，第一台体的两个相对面分别形成第一细口和第一粗口，第一细口用于进料，第一粗口朝向所述喷煤口设置，用于所述混合料喷出。

9、作为本实用新型优选的技术方案，所述第一细口连接载气进管，所述喷料口的侧面连接有水蒸气进管及煤粉进管，使载气、水蒸气及煤粉在喷料口的内部混合为所述混合料。

10、喷料口采用粗口出料的台体形状，有利于物料集中喷出参与制备水煤气反应；优选底部的细口配置为载气管道(鼓风管道)以进行鼓风，载气可以选为空气或惰性气体，进一步优选为热空气。从底部的细口进行鼓风，不仅有利于侧面进入的水蒸气和煤粉的充分混合，也有利于在水煤气发生装置的内部制造一定的负压，加强煤粉与水蒸气混合，同时负压可促进混合料同步向上运动，加大物料的扰动，增大物料的反应效率。

11、在喷料口使一定量的煤粉混合的目的在于可以加强反应，水分可以与煤粉充分反应，产生还原性气体，相比于只在喷煤口喷出所有煤粉来说反应效率更高。

12、作为本实用新型优选的技术方案，所述喷煤口的外轮廓为第二台体，第二台体的两个相对面分别形成第二细口和第二粗口，第二细口用于进煤粉，第二粗口朝向所述喷料口设置，用于煤粉喷出。

13、优选地，所述第一台体及第二台体均为喇叭状，喇叭口(粗口)用于出料，与喇叭口正对的小口(细口)用于进料。

14、作为本实用新型优选的技术方案，所述第二细口连接喷煤管道；所述喷煤口的内部设置有粉碎部件。

15、作为本实用新型优选的技术方案，所述粉碎部件包括多级切割片，每两级相邻的切割片之间平行设置。

16、优选地，所述多级切割片与电动机传动连接。

17、优选地，设置两级切割片，一级切割片可对喷煤管道中的粗颗粒的煤粉进行初步切割，经过一级切割片后再经过二级切割片可进一步将煤粉进行细化；增大煤粉反应过程比表面积。多级切割片不仅可以进一步破碎物料，还可以在旋转过程中，将煤粉物料分散均匀，以更好地进行制备水煤气的反应。

18、作为本实用新型优选的技术方案，所述加热部件包括热电阻丝。

19、作为本实用新型优选的技术方案，所述加热板上设置有沿气体流动方向依次排布的挡板，使强还原装置的内部形成折流式的气体流动空间。

20、本实用新型在强还原装置中的加热板上设置了调整气流流动的挡板，将内部隔离成多个独立的小空间，使得水煤气在强还原装置内形成折流式流动以及回流循环，延长水煤气的流动路径，充分利用水煤气的热量，且调整后的空间整体的储热效果更好，有利于还原反应的保温，且能够增加水煤气中co2及h2等气体与加热板上的废电池料的接触机率，挡板也能对废电池料以热传导或热辐射的方式进行传热，从而加速还原反应并提高效率，从而使还原反应进行得更加充分。

21、作为本实用新型优选的技术方案，所述强还原装置内部设置有至少两层所述加热板，每两层相邻的加热板的挡板交错排列。

22、作为本实用新型优选的技术方案，所述挡板的外轮廓包括弧形，所述弧形的弦边设置于对应的加热板上，弧形的圆弧边朝向相邻的加热板。

23、优选地，所述挡板的外轮廓为半圆形，半圆形的半径小于等于相邻的两层加热板间距的一半。弧形相比于方形挡板的优势在于更加有利于物料加热及形成对流，强化物料扰动及热传导。

24、作为本实用新型优选的技术方案，所述水煤气发生装置的水煤气出口与所述强还原装置的水煤气进口之间通过负压装置相连接。

25、所述强还原装置的废电池料进口连接于废电池料与煤粉复合料存储装置，所述还原料出口连接于接料装置，所述尾气出口连接于尾气处理装置。

26、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

27、(1)本实用新型在水煤气发生装置中，设置对喷的喷料口及喷煤口，两部分对冲混合，加强了各物料的混合均匀程度，有利于煤粉的分散，增大其与水蒸气的有效反应面积，加快了反应速率和反应效果，热电阻丝可对上部喷射的煤粉和下部喷射的水蒸气、煤粉、载气混合料进行加热，加速反应生成水煤气；所述处理装置能同步实现还原性气体，水煤气的生产及废电池物料的还原处理，减少还原气体的储存和运输，还原性气体产生后直接利用，可充分利用还原性气体热量。

28、(2)本实用新型所述水煤气发生装置中的喷料口为喇叭口形状，有利于物料集中喷出参与制备水煤气反应，喇叭口底部同时配置有载气进管，用于鼓风，两侧配置有水蒸气进管和煤粉进管，有利于两相气体充分混合、加速反应。载气进管设置在最下端，可从底部通入热空气，在水煤气发生装置的内部制造一定的负压，增强煤粉与水蒸气混合，同时负压可促进混合气固物同步向上运动，加大物料的扰动，增大物料的反应效率；

29、(3)本实用新型所述水煤气发生装置中的喷煤口中具有多级切割片，可对粗颗粒的煤粉进行初步切割后进行细化，增大煤粉反应过程比表面积，还可以在旋转过程中，将煤粉物料分散均匀，分散后进入水煤气发生装置的内部进行反应，制备水煤气；

30、(4)本实用新型在强还原装置内的加热板上设置挡板，使气体在强还原装置内形成回流循环，废电池物料在装置内与还原性气体接触机率增大，可加速物料在筒体内接触与反应；挡板将强还原装置的内部空间隔离成多个、独立的模块，有利于整体保温，装置整体储热效果更好；加热板及单板对废电池物料存在热传导、热辐射两种导热形式，可均匀的由挡板将热量传导至内部物料，传热效果加强。