6億塊廢棄鋰電池拉響資源再利用警鐘
我國廢棄鋰電池增速驚人
鋰電池商品以其電壓高、體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、自放電率小、能量密度大的優(yōu)越性能，迅速大規(guī)模地進入市場，逐漸取代傳統(tǒng)充電電池。由于鋰電池性能日臻完善，應(yīng)用范圍還將不斷拓寬，2010年我國鋰電池產(chǎn)量達13.5億只，并以年均15％的增長率持續(xù)增加。目前，我國已成為鋰電池最大的生產(chǎn)、消費和出口國。
然而，巨大的消費之后是驚人的廢棄。據(jù)統(tǒng)計，2010年全國移動電話用戶達到8.59億戶，如果平均每個用戶兩年以內(nèi)更換一部手機，每年會有2.86億部手機被淘汰。按1部手機配2塊電池計算，就意味著我國每年大約會有5.72億塊手機電池廢棄。我國鋰電池廢棄量由此可見一斑。
分析表明：鋰電池平均含鈷12％～18%，鋰1.2%～1.8％，銅8%～10%，鋁4%～8%，殼體合金30%。以鈷為例，一個重約40克的電池，含金屬鈷約6克，按每年報廢1億只計算，即可回收大約600噸鈷，廢鋰電池中的鈷含量比鈷精礦含量還高！實現(xiàn)廢鋰電池的資源化回收，可以有效緩解我國有色金屬資源的短缺，還可獲得巨大的經(jīng)濟效益，這也是推動廢鋰電池回收處理行業(yè)發(fā)展的主要動力。
雖然鋰電池比起一次性電池對環(huán)境的影響小些，但是它的正負極材料、電解液等物質(zhì)對環(huán)境和人類的健康仍然有很大的危害，美國已將其歸為各類電池中包含毒性物質(zhì)最多的電池。我國對大量廢棄鋰電池的處理方式主要還是填埋，由于技術(shù)和經(jīng)濟等原因，目前鋰電池回收率不足2%，既給環(huán)境造成巨大威脅和污染，同時也是一種資源浪費。
濕法回收技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用競爭力強
常州今創(chuàng)博凡能源新材料有限公司與高校合作，建立了以江蘇技術(shù)師范學(xué)院、江蘇省貴金屬深加工技術(shù)及其應(yīng)用重點實驗室為技術(shù)支撐的課題組，立項研究從廢鋰離子電池中回收有價金屬，經(jīng)過3年研發(fā)，解決了生產(chǎn)中操作復(fù)雜、流程長、有機溶劑對環(huán)境造成危害等不利因素，縮短了工藝流程，降低了耗電量，提高了金屬回收率、純度和回收量，形成“每年8000噸廢鋰電池金屬全封閉清潔回收工藝及其應(yīng)用”成果。
項目屬于固體廢棄物資源化利用應(yīng)用領(lǐng)域，技術(shù)原理是采用濕法冶金技術(shù)進行有色金屬的分離和回收，包括浸出、溶液凈化與富集、溶劑萃取等，另外還采用電冶金技術(shù)即電積最終獲得單質(zhì)金屬產(chǎn)品。
技術(shù)路線是：首先對廢鋰電池進行預(yù)處理，包括放電、拆解、粉碎、分選；拆解后的塑料及鐵外殼回收；分選后的電極材料進行堿浸出、酸浸出、除雜后，進行萃取。萃取是關(guān)鍵一步，將銅與鈷、鎳分離；銅進入電積槽進行電積產(chǎn)生電積銅產(chǎn)品；經(jīng)萃取后的鈷、鎳溶液再進行萃取分離，這時經(jīng)過結(jié)晶濃縮，直接得到鈷鹽和鎳鹽；或者經(jīng)萃取分離的鈷、鎳分別進入電積槽中，得到電積鉆和電積鎳產(chǎn)品。電沉積工序的鉆、銅、鎳回收率達99%,品級分別達到99.98%、99.95% 和 99.2%～99.9%，硫酸鈷、硫酸鎳產(chǎn)品等都達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
本項目在最優(yōu)化的研究成果前提下，進行規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的研發(fā)和建設(shè)，建成一條年回收量達8000噸的廢鋰離子全封閉清潔生產(chǎn)線，回收得到鈷1500噸、銅 1200噸和鎳420噸，總產(chǎn)值超過4億元。將濕法回收重金屬技術(shù)進行規(guī)模化應(yīng)用，經(jīng)了解在國內(nèi)還未見，在國外也不多見。這項成果對全國廢鋰電池金屬資源回收具有一定的指導(dǎo)作用，成功地填補了國內(nèi)空白；清潔環(huán)保，成本低，利潤高，在同類企業(yè)中具有較大的競爭優(yōu)勢。
工藝路線和設(shè)備有待規(guī)模化
采用濕法回收工藝，整合、簡化工藝流程，整套工藝能耗低，產(chǎn)品回收率高。浸出工序采用3次回流浸出，提高浸出率至98.7%；高效的銅、鈷萃取劑將銅、鈷萃取分離出來，并富集成高濃度的硫酸銅液、硫酸鈷液，使之滿足電解沉積的工藝要求，提高了回收重金屬的效率。電沉積工序電壓和電流密度降低，節(jié)省電耗。整個工藝流程回收率高，是高值化生產(chǎn)工藝。
電積工序中，產(chǎn)生的少量硫酸霧廢氣用集氣罩負壓抽風(fēng)收集處理，減少了廢氣排放；電積完的貧電積液，其中銅離子含量很低而硫酸濃度提高，作為反萃洗滌液或浸出液循環(huán)使用，綜合利用率高。生產(chǎn)過程大都通過泵輸送，各貯槽、循環(huán)槽、洗滌槽、萃取箱和電積槽均是封閉的，過程控制嚴密，機械化自動程度較高，減少了跑冒滴漏引起的原輔料損耗，也減少了污染物的無組織排放。
進行末端“三廢”的治理時，
電積工序和萃取工序產(chǎn)生的硫酸霧、鹽酸霧用堿液噴淋吸收處理，去除率高，廢氣排放量少。廢水經(jīng)處理后達標(biāo)排放，濾渣、廢渣用來做水泥、磚等建筑材料，固廢處理處置率達到100%，實現(xiàn)污染達標(biāo)排放。
廢鋰電池是危險廢棄物，但從中回收重金屬，最終得到電解鈷、電解銅和電解鎳等高附加值產(chǎn)品，可作為鋰電池的生產(chǎn)原料，同時形成規(guī)模化的生產(chǎn)線，較好地實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)資源的循環(huán)利用。國內(nèi)也僅處于研究階段，尚未見到規(guī)模化生產(chǎn)的報道。
項目采用粉碎分選一浸出一萃取－電積及濃縮結(jié)晶工藝回收廢鋰電池中的銅、鈷、鎳等有價金屬，不僅對各個工序進行最優(yōu)化研究，提高了酸浸出率和產(chǎn)品的純度，而且整合縮減了工藝流程，降低了工藝操作的復(fù)雜性，降低回收成本，同時還提高工藝靈活度。根據(jù)市場調(diào)整產(chǎn)品種類，最終能得到電積鈷、電積銅和電積鎳等高附加值產(chǎn)品，又能得到硫酸鈷、硫酸鎳等生產(chǎn)鋰電池的原料，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。此外，還考慮到生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣等，加入環(huán)保治理環(huán)節(jié)，進行清潔生產(chǎn)，達到污染達標(biāo)排放的目標(biāo)。經(jīng)中國資源綜合利用協(xié)會組織專家組對項目進行科技成果鑒定，確定水平為國際領(lǐng)先。
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廢鋰電池的有效利用環(huán)保和經(jīng)濟效益明顯
鋰電池壽命再長也有廢棄的那一天，使用越廣泛、銷量越大，廢鋰電池也就越多。大量報廢的鋰電池若不進行合適的處理，將帶來一系列的問題，包括占用大量的堆放空間、造成環(huán)境污染等。廢棄的鋰電池雖然不含對環(huán)境有危害的重金屬，但長期堆放可能使外殼受到腐蝕，造成電解液泄露，進入環(huán)境的有機電解液也將造成污染。因此，減輕對環(huán)境的危害是目前處理廢棄鋰電池所需要解決的課題之一。
廢棄的鋰電池中含有大量不可再生且經(jīng)濟價值高的金屬資源，如鈷、鋰、鎳、銅、鋁等，如果能有效地回收處理廢棄或不合格的鋰電池，不僅能減輕廢銼電池對環(huán)境的壓力，還可以避免造成鈷、鎳等金屬資源的浪費。因此，開發(fā)高效且環(huán)境友好的工藝與相應(yīng)設(shè)備對廢鋰電池中的有價成分進行分離回收，是建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好社會的迫切需求。
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