[发明专利]通过泡沫浮选法从回收的电化学电池和电池组中分离材料的工艺

说明书

背景技术

电化学电池和电池组(electrochemical cells and batteries)的回收利用在经济和环境方面均很重要。目前，超过98%的铅酸电池得到回收利用。可充电和不可充电的零售电池(consumer cells)，例如，利用锂离子、锌-碳、锌-碱性化学品的纽扣，D，C，AA和AAA型电池也期望得到回收利用。

目前，回收方法中火法精炼占主导地位。火法冶金工艺从环境保护方面来讲不是最佳的，因为它们会导致二氧化碳的排放，并产生废料，如熔渣和浮渣。由于火法冶金技术的高能量强度，这些废材料的再加工方法的成本也很高昂。

在目前的回收实践中，废电池组和电池首先送去进行破碎或粉碎操作，在那里经过机械粉碎。通过沉降/漂浮操作，从碾碎的电池中除去在电池壳体中使用的聚合物材料，其中，由于密度差异，低密度塑料从其他材料中漂浮出来。在铅酸电池的情况下，该糊状物随后经火法冶金操作处理，其中该材料在化学还原气氛中加热至>1000℃。在该操作中，铅基化合物(即，PbSO₄，PbO₂，PbO)被化学还原为金属铅，其被移除并进一步冶金精炼。这些是能量非常密集的工艺，特别根据这样的事实，即在该操作过程中产生的大量铅重新转化为制造新的铅酸电池所用的铅氧化物。

碳作为电化学活性材料存在于诸多电池中，如锂离子电池中的阳极，或作为改性剂以改善在电化学活性材料中的导电性，或向电池添加电容元件从而改善充电/放电性能。当使用火法冶金回收技术时，所述碳会导致过量的二氧化碳排放，和导致难以保持用于有效冶炼的适当CO₂/CO比例。对这些电池的常规火法和湿法冶金回收工艺，也往往致使碳失活，而使之不适合再用于制造新电池组。

在回收过程中，碳的存在也会限制浸出、静电和密度驱动的分离工艺的有效性。这在回收铅酸和非铅酸电池(例如，锂离子，镍-金属氢化物和锌基电池)中都已经被发现。具体而言，在浸出的情况下，其中化学活性溶液被用于回收和分离金属物质，碳能够形成胶体悬浮液，其从该工艺中除去溶浸剂(leachant)。碳可被湿法冶金操作中使用的试剂污染，使得难以通过环保的方式进行处置。因此，在回收电池之前除去碳是有益的。

虽然泡沫浮选法已在其他领域中使用，但在电池和电化学电池回收领域中并没有应用。现已发现，通过在回收电池的过程中使用泡沫浮选技术分离某些化合物，能够避免在现有回收工艺中使用的热化学还原步骤。当使用泡沫浮选工艺时，相比火法冶金工艺，适合再用于制造新的铅基电化学电池的再生材料的制造成本可以减小。相比现有技术的火法冶金技术，由于减少或消除了不希望的排放，使用泡沫浮选回收技术也可以减少对环境的影响。当通过泡沫浮选除去碳时，可避免与碳相关的缺点。特别是，由泡沫浮选分离的碳可以在电池制造中直接使用。同样地，由泡沫浮选分离的其它电池材料也具有适合于在电池制造中直接使用的等级。

发明内容

电池回收过程中使用泡沫浮选法分离材料。存在于铅酸电池中的铅化合物可使用泡沫浮选法回收利用。电池中的碳材料，也可以通过泡沫浮选法从电池材料中分离出来。

在本发明的实践中，电池可经过常规的破碎或粉碎操作。此操作后所留材料然后进行泡沫浮选过程。泡沫浮选过程涉及操纵待分离材料的亲水和疏水特性。当用空气引入该处理过的材料时，疏水性材料粘附在气泡上并浮到表面，在那里它们可以除去。亲水性材料留在溶液中或下沉。

更具体地说，本发明提供了一种电池回收过程中分离材料的改进方法，包括(a)粉碎电池，(b)除去壳体材料，(c)在容器中，将所得的电池浆料悬浮于水中，(d)向该浆料中加入泡沫浮选剂，(e)向容器中引入空气以制造泡沫，由此疏水材料被气泡夹带，和(f)使得所夹带的材料漂浮到容器顶部以及使所夹带的材料流出容器。

发明详述

根据本发明，使用泡沫浮选法从废电池和电化学电池中分离某些材料。正如在本申请中所使用的，提及的电池应该被理解为包括所有类型的电池和电化学电池。本发明方法所包含的技术可以用于代替现有技术的火法冶金技术，这种现有技术由于成本、能源消耗和排放而对环境不太理想。

如上所述，在当前的回收实践中，废电池组和电池首先被送去破碎操作，在那儿经过机械粉碎。通过沉降/漂浮操作从破碎的电池中除去在电池壳中使用的聚合物材料，其中，由于密度差异，低密度塑料从其他材料浮选出来。在本发明的实践中，可以采用这种初步粉碎和去除处理。之后残余的材料进行泡沫浮选分离。