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北京礦冶研究院王海北:智能化、精細(xì)化分離技術(shù)是動力電池回收的發(fā)展方向

時間:2018-04-19 16:17來源:中國電池聯(lián)盟 作者:綜合報道
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北京礦冶科技集團(tuán)有限公司、冶金研究設(shè)計所所長王海北

  4月17日,由電池聯(lián)盟、中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會電池專業(yè)委員會、中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)主辦的“第七屆汽車動力蓄電池回收再生暨二次電池回收與再生技術(shù)研討會”在北京隆重召開,北京礦冶科技集團(tuán)有限公司、冶金研究設(shè)計所所長王海北在會上做了題為《廢動力電池回收技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析》的演講。以下為演講全文。
 
   (以下內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場文字實錄,未經(jīng)發(fā)言人本人審閱,僅供參考)
 
  各位上午好!非常高興,電池聯(lián)盟提供這么好的機(jī)會,也非常興奮,看到一批民族企業(yè)取得這么好的成就。
 
  動力電池和動力電池回收現(xiàn)在討論都很熱,對一些精準(zhǔn)市場也有非常大影響,比如像鎳,我們知道鎳主要應(yīng)用在不銹鋼行業(yè),在電池比例比較低,但是最近硫酸鎳比例明顯高于動力電池的價格。還有鈷77%都是用在電池上,它的市場價格受影響比較大。根據(jù)預(yù)測,未來相當(dāng)一段時間,估計會處在高價位,大家知道剛果金政策發(fā)生很多的變化,包括最近國際形勢,像美英法打敘利亞等等,有可能發(fā)生一些戰(zhàn)爭,往往戰(zhàn)爭對鈷的價格影響是比較大的。鋰這塊我不講了,現(xiàn)在鋰的價格也是比較高。
 
  第二部分,重點講一下廢動力電池回收的技術(shù)。分成三部分,第一部分,預(yù)處理,不管是用火法還是濕法,預(yù)處理是必不可少的。第二個就是火法冶煉技術(shù),第三是濕法冶煉技術(shù)。我有一個小問題和大家交流一下,前段時間我看到物資再生協(xié)會牽頭搞了一個團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),我也看了一下,雖然我沒有參會,但是里面有一些概念在我們冶金行業(yè),我們需要探討一下。關(guān)于濕法和火法的概念,比如說你的干燥,噴燒,焚燒,這在冶金都屬于濕法的范疇,火法是熔池熔煉,所以有機(jī)會大家可以進(jìn)一步探討一下。
 
  關(guān)于預(yù)處理,第一個就是機(jī)械的破碎和分選,現(xiàn)在也有一些技術(shù),比如說通過切割破碎進(jìn)行磁選,重選,渦電選礦等方式將鐵、銅、鋁、正極材料粉末、塑料等分離。像德國的弗勞恩霍夫應(yīng)用研究協(xié)會采用脈沖的方式將正極粉末材料從鋁片上剝離,取得了很好的效果。還有自動化切割和選擇性分離的技術(shù)也在研究,把電池通過一些機(jī)械方式切割完以后,選擇性把正負(fù)極材料選擇出來,將來如果正極材料是不是可以通過直接的修復(fù),不通過一系列的濕法,又萃取分離,再生產(chǎn)硫酸鎳,硫酸鈷,搞三元合成,這個過程是很復(fù)雜的,是不是有可能通過成分調(diào)控進(jìn)行直接的修復(fù)。第三個就是焚燒,在一定的溫度下,通常情況下不會超過900度,超過就會出現(xiàn)兩個問題,一個是鋁會發(fā)生一些變化,二就是鎳氧化物會發(fā)生變化,使得鎳在濕法冶金過程降低。第二類就是火法的熔煉技術(shù),采用火法熔煉技術(shù)處理廢舊電池可分為兩種方法,一是采用電爐還原熔煉生產(chǎn)鎳鈷合金,然后合金再進(jìn)行濕法精煉分離提純鎳鈷,目前采用火法熔煉單純處理電池材料還沒有規(guī)�;a(chǎn)。第二就是現(xiàn)在提倡協(xié)同冶煉,因為再生冶煉和原生礦冶煉不一樣,面臨的原料很復(fù)雜,包括種類和成分變化很大,這個時候就需要進(jìn)行協(xié)同冶煉技術(shù)方案,包括日本一些企業(yè)采用熔池熔煉爐,進(jìn)行配料以后進(jìn)行熔煉,再吹練,再進(jìn)行濕法的精煉。比如說這是一個奧斯買特爐模型,把物料和溶劑進(jìn)行搭配以后進(jìn)入到爐子,通入氧氣,產(chǎn)出一個銅基的合金,有銅、鎳、鈷等金屬,煙氣部分需要有一些特殊的處理,收塵、驟冷等。這個流程相對比較簡短,另外原料的適應(yīng)性比較強(qiáng),另外一個最重要的就是環(huán)保,現(xiàn)在企業(yè)面臨的環(huán)保壓力都非常大,經(jīng)過高溫的過程,它產(chǎn)出的渣是一般固廢,不是危廢。另外,在高溫條件下,金屬的捕收率是非常高的。不足的地方,一個是火法投資比較大,另外就是在這個過程中,鋰的回收相對難度大一些。還有一個鋁就損失掉了,因為都造渣了,利用不了了。我們對有毒有害的元素,因為在電池里,氟的走向分布比較復(fù)雜,我們做了一些研究,這是研究的結(jié)果和模型,在高溫下超過600度的時候,我們特別研究了1000度到1300度,超過600度的時候,氟和硫酸鋁很容易分解,起初是分解出幾種氟化物,在這個過程中,當(dāng)遇到水的時候,它會立即變成氟化氫,水的存在是氟化氫產(chǎn)生的很重要的條件,這個圖是我們在含水0.5%情況下,我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氟化氫的趨勢是非常明顯的。這是一個爐子煙氣主要成分,除了氟化氫,還有一氧化碳,二氧化碳,氮氣,還有一些硫。這組試驗反映了在不同水分的條件下,這組數(shù)據(jù)還是非常明顯,隨著水分的降低,氟化氫的產(chǎn)出量顯著降低。在這個過程中,我們也提出了一些解決方案,防止氟化氫的產(chǎn)生,一個是在熔煉過程中加入少量石灰石,因為氟化鈣相對穩(wěn)定,在熔煉過程中會進(jìn)入到渣里去。第二個就是在爐子的煙氣洗滌過程中加入少量的水玻璃,腐蝕性就低了。第三就是盡可能降低入爐原料的含水量,剛才講了氟化氫的產(chǎn)生和含水率是密切相關(guān)的。
 
  第二個,關(guān)于磷的走向,在這個過程中,它取決于熔煉爐的氣氛,如果是氧化的條件下,磷主要是以磷酸鈣進(jìn)入到熔煉渣里,這個沒有問題,我們處理過程中,這個時候就會被還原成單質(zhì)磷,如果含磷高會進(jìn)入到金屬,對后續(xù)的冶煉來講增加了一定的困難。
 
  第三個部分就是濕法冶金技術(shù),可以分成預(yù)處理,浸出等。一個是預(yù)處理,主要是將金屬鋁選擇性溶解。第二個是堿的預(yù)處理,加入一定的氫氧化鈉,氯酸鈉溶液可以生產(chǎn)氫氧化鋁,作為煉鋁的材料。第二就是浸出液鎳、鈷、錳的分離,這比較成熟,通常采用萃取方案,在這個過程中我需要重點提的是關(guān)于鋰這塊,如果我們前面沒有選擇性分離鋰的話,萃取過程中它會進(jìn)入到鎳的萃取里,目前在再生過程中,對于再生利用產(chǎn)出的硫酸鎳中,鋰的限制目前還沒有標(biāo)準(zhǔn),只是每個企業(yè)根據(jù)自己的情況掌握,比如說控制在200還是300ppm,如果說不進(jìn)行特殊處理的話,鎳和鋰的分離在萃取過程中還是有一定的困難。

  關(guān)于鋰的回收也有兩個方法,第一個比較傳統(tǒng),就是酸浸完以后進(jìn)入到溶液里了,從最終的萃取后液中蒸發(fā)濃縮,采用過飽和碳酸鈉溶液沉淀碳酸鋰,這個成本還是比較高的。第二個就是鋰的選擇性分離,在前端是不是可以先把鋰分離出來,再去回收鎳、鈷、錳,目前這個技術(shù)還是有的。這是關(guān)于技術(shù)方面目前的情況。
 
  第四部分介紹一下技術(shù)發(fā)展的趨勢。剛才都講了梯次利用,是退役電池回收的方向,但是這里也存在一些不確定性。第一,我們中國人還是要在利舊的觀念上還是要做一些普及,現(xiàn)在人們生活水平越來越高,包括個人,包括公司,可能寧可用新的東西,對二次的東西可能不太接受,這是一個。第二個,就是安全責(zé)任的歸屬問題,比如這個東西進(jìn)行重組以后又用了,后續(xù)的安全問題誰來負(fù)責(zé),這也是一個不確定性。第三個就是關(guān)于電池檢測和重組技術(shù),目前還需要進(jìn)一步完善。第四就是潛在的市場,雖然我們都說,比如說儲能用在低速車上,包括我們和鐵塔公司合作,目前還是處于預(yù)測和嘗試階段,還沒有形成一個真正成熟的市場。第二個技術(shù)發(fā)展趨勢,就是協(xié)同冶煉的過程,這個過程為我們企業(yè)提供了很大的空間,包括成長空間,實際上現(xiàn)在很多企業(yè),包括在座的企業(yè),你不管是用火法工藝還是濕法工藝,要達(dá)到企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn),要想盈利,你不太可能僅僅處理電池的東西,可能搭配一些鎳鈷負(fù)極物,氫氧化物等等達(dá)到企業(yè)盈利的水平,這就是協(xié)同冶煉的過程,這是非常重要的。第三,就是智能化精細(xì)化的分離技術(shù),這個是將來一個很重要的發(fā)展方向。還有一個非全萃的技術(shù),目前開發(fā)的濕法冶金技術(shù)還都是從溶液中將鎳提取出的。
 
  第三大部分就是關(guān)于經(jīng)濟(jì)性這塊,在深圳的會上我也介紹了一下,電池回收它的價值還是非常高的,我們大概算了一下,綜合回收價值大概有4萬塊錢左右,比我們在山里挖礦價值多吧,現(xiàn)在從山里挖礦都處于盈利的邊緣,有的甚至還虧損。這是火法熔煉的生產(chǎn)成本,剛才講了采用熔池熔煉,整個處理下來,一噸鎳的成本大概23000多左右,鈷提純有45000左右,這個主要是前面的預(yù)處理比火法復(fù)雜,萃取過程中,雜質(zhì)的總量比經(jīng)過火法以后要高不少,包括環(huán)保處理成本等等,應(yīng)該說從道理上來講比火法要高。另外就是和現(xiàn)在煉鎳的企業(yè)相比,比如說從紅土礦里冶煉,現(xiàn)在打算大概需要8萬塊錢成本,如果不算紅土礦,從鎳鈷附基物成本大概在2萬5到3萬之間。從上面的數(shù)據(jù)可以看得出來,廢舊動力電池回收和從礦里提取鎳相比,那是非常有優(yōu)勢的,另外也解決了環(huán)保的問題。從未來的發(fā)展趨勢來講,火法比濕法我個人認(rèn)為應(yīng)該是更具有優(yōu)勢。
 
  這是我以上的報告,謝謝。有一些不對地方請批評指正。謝謝。
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文章標(biāo)簽: 電池回收 動力電池 電池材料
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