CN118807471A - 一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废旧电池回收技术领域，具体为一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺及装置，包括：反渗透壳体组件，所述反渗透壳体组件包括外壳、接头、进液管、浓水管和出液管；设置在反渗透壳体组件内的反渗透组件，且反渗透组件用于对浆料进行初步浓缩，所述反渗透组件包括自左向右依次设置在外壳内部的存液管、纯水管和清洁管。本发明通过阳极浆料进入进液管后会进入存液管的内部，之后阳极浆料会首先贯穿过滤带并再次贯穿透水管进入反渗透膜内，其中阳极浆料贯穿过滤带时，过滤带会对阳极浆料起到预过滤的作用，且阳极浆料与反渗透膜接触的面积更大，从而提高浓缩的效率，避免浆料中杂质较多，影响反渗透膜的使用寿命和效率。
Description
技术领域
本发明涉及废旧电池回收技术领域，具体为一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺及装置。
背景技术
锂具有诸多优良的物理化学性质，其功能和用途十分广泛，被认为是“推动世界进步的能源金属”。锂产品最初主要应用于军事上，随着新能源、冶金、航天航空以及玻璃制造等行业的快速发展，人们对锂的需求量逐年攀升，提锂工艺技术的发展也日益受到重视，随着电动汽车和便携式电子设备的普及，全球废旧锂电池数量迅速增加，因此废旧电池回收利用对于资源的循环利用和环境保护具有重要意义。
反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来，反渗透膜装置一般是采用卷筒式的结构，在前端的进水后，通过卷收反渗透膜的分流，获得分离净化的产品水和保留有污染物的浓水。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地对盐类、胶体、微生物、有机物等进行浓缩。
但是现有技术在实际使用时，反渗透膜装置在前端的进水，这种设置在长期使用后，因端面堵塞而降低了渗透率的情况非常明显，极大地降低了反渗透膜装置的使用寿命和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺及装置，以解决因端面堵塞而降低了渗透率的情况非常明显，极大地降低了反渗透膜装置使用寿命和效率的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺的装置，包括：
反渗透壳体组件，所述反渗透壳体组件包括外壳、接头、进液管、浓水管和出液管；
设置在反渗透壳体组件内的反渗透组件，且反渗透组件用于对浆料进行初步浓缩，所述反渗透组件包括自左向右依次设置在外壳内部的存液管、纯水管和清洁管，所述纯水管固定连接在存液管的一端，且纯水管固定贯穿清洁管并与浓水管相连通，所述纯水管的表面固定嵌入有四个反渗透膜，所述存液管和清洁管相对位置的侧壁中部均固定嵌入有四个透水管，且透水管的内部分别与存液管和清洁管的内部相连通，所述反渗透膜分别螺旋缠绕在纯水管和透水管的表面，所述透水管的内壁固定连接有导向架，所述导向架的表面活动连接有用于对阳极浆料预过滤的过滤带，所述清洁管的中部固定嵌入有多个连通管，且连通管与出液管的内部相连通；
设置在反渗透壳体组件内且用于清理清洁管内杂质的清洁组件。
优选的，所述接头螺纹连接在外壳开口位置的一端，所述接头的中部固定连接有进液管，所述存液管和清洁管紧密贴合在外壳的内壁，所述存液管相对应进液管位置的一端开设有通孔，以使进液管的内部与存液管的内部相连通，所述浓水管和出液管分别固定嵌入在外壳远离接头位置的一端，所述出液管的内部与外壳的内部相连通，所述外壳远离接头位置的一端内壁固定设有连接管，所述纯水管活动插接在连接管的内壁，且连接管的内部分别与纯水管和浓水管的内部相连通，所述纯水管相对应连接管位置的表面固定连接有定位管，且定位管活动套接在连接管的表面，且定位管相对应浓水管位置的一端开设有缺口，以使定位管一端的缺口配合浓水管对清洁管的方向进行定位。
优选的，所述透水管远离清洁管位置的一端中部开设有多个孔洞，且透水管中部孔洞位置与过滤带的位置相对应，以使透水管内部的阳极浆料首先贯穿过滤带并从透水管中部的孔洞进入反渗透膜与外壳之间位置，所述导向架相对应过滤带位置的表面固定连接有锁边，且锁边与过滤带的两端紧密贴合，以使导向架配合锁边将过滤带贴合在透水管的内壁，所述清洁管相对应存液管位置的一端固定连接有进液格栅，且反渗透膜位于存液管和进液格栅之间，以使贯穿反渗透膜的液体通过进液格栅进入连通管内部并从出液管向外排出。
优选的，所述清洁组件包括通过支架固定连接在纯水管表面的支撑架，且支撑架为环形结构，所述支撑架位于清洁管的内部，所述过滤带活动缠绕在支撑架的表面，所述纯水管相对应清洁管位置的表面固定连接有固定架，所述固定架相对应过滤带位置的一端通过轴承转动连接有驱动过滤带传动的驱动辊，且过滤带紧密贴合在驱动辊与固定架之间，所述固定架远离驱动辊位置的一端设有毛刷，且毛刷紧密贴合在过滤带的内壁，以使过滤带传动时通过毛刷将过滤带内壁的杂质清理。
优选的，所述驱动辊输出轴的一端固定连接有斜锥齿轮，所述斜锥齿轮的表面啮合有斜齿圈，所述斜齿圈的表面啮合有驱动齿轮，且驱动齿轮与斜齿圈偏心设置，所述外壳远离接头位置的一端底部固定嵌入有排污管，且排污管的中部设有控制阀，所述清洁管相对应排污管位置的一端开设有排污口，以使清洁管内部的杂质通过排污口和排污管向外排出。
优选的，所述外壳相对应驱动齿轮位置的表面开设有凹槽，以使驱动齿轮与斜齿圈啮合，所述外壳相对应驱动齿轮位置的表面固定连接有第二导向环，且第二导向环转动连接在驱动齿轮的内壁，以使第二导向环对驱动齿轮起限位作用，所述斜齿圈的两端均分别开设有密封槽，且密封槽的内壁转动连接有第一导向环，所述第一导向环固定连接在清洁管的内壁，以使第一导向环配合密封槽对斜齿圈进行限位的同时防止液体从斜齿圈与驱动齿轮连接处泄露。
本发明还提供一种采用基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置的工艺，包括以下步骤：
S1、配制阴极浆料：取一种及以上金属化合物溶液以及导电聚合物，加入去离子水配制得到阴极浆料，其中金属化合物溶液以及导电聚合物包括但不限于硫酸镍溶液、硫酸钴溶液、硫酸锂溶液、硫酸锰溶液、氯化镍溶液和聚苯胺溶液中的一种或几种混合物；
S2、配制阳极浆料：取废旧电池粉加入去离子水配制成阳极浆料；
S3、电解反应：将步骤S1中配制好的阴极浆料循环通入电解槽阴极室，将步骤S2中配制好的阳极粉浆料持续通入电解槽阳极室，接入电源，其中电解槽阴极室和电解槽阳极室通过阴离子膜分隔，以使锂离子不穿过隔膜，同时向阴极室中补充阴极浆料并回收电解产物，以确保电流的稳定性；
S4、压滤：将步骤S3电解后的阳极浆料通入压滤机中，分离得到含锂溶液和固体残渣，将含锂溶液通入微孔过滤器精制，除去不溶性杂质；
S5、分步浓缩：将步骤S4中精制后的含锂溶液通入反渗透壳体组件初步浓缩，之后将反渗透膜浓缩后的含锂溶液通入电渗析设备中，进一步提升含锂溶液中锂的浓度，同时，反渗透产生的去离子水用于配制步骤S2中的阳极浆料以及留作备用，电渗析产生的淡水返回反渗透壳体组件中再次利用，整个浓缩过程无废水外排；
S6、沉锂反应：向步骤S5中浓缩后的含锂溶液中加入碳酸钠溶液，并通过反应制得碳酸锂浆料，其中锂元素与碳酸钠摩尔比为1：0.5～0.8，反应时间为30～120分钟；
S7、制得电池级碳酸锂产品：将步骤S6中的碳酸锂浆料通入离心机中高速分离脱水，并得到碳酸锂湿物料，并对脱水后的碳酸锂湿物料通过洗涤水进行洗涤，同时回收洗涤后的溶液，之后将离心洗涤后的碳酸锂湿物料依次经过脱水干燥、气流粉碎、除磁和包装后得到电池级碳酸锂产品。
优选的，所述步骤S2中废旧电池粉包括但不限于磷酸铁锂电池粉、三元电池粉、钴酸锂电池粉、锰酸锂电池粉、磷酸锰铁锂电池粉和固态电池粉中的一种或几种混合物，且步骤S2中阳极浆料的固液比的范围为10%～20%，所述步骤S3中回收的电解产物包括但不限于氢气、金属铜和金属镍，所述步骤S7中对脱水后的碳酸锂湿物料通入洗涤水洗涤1～3次，且步骤S7中回收洗涤后的溶液用作步骤S6中碳酸钠溶液的配制，所述步骤S7中洗涤水包括但不限于步骤S5留作备用的去离子水和纯水中一种或两种混合物。
优选的，所述步骤S7中回收洗涤后的溶液的具体步骤包括：
S11、脱碳调值：向步骤S7中离心后分离出的非碳酸锂湿物料的溶液加入酸性调节剂，调节pH至2～4后，加入碱性调节剂调节pH至7-9，制得调值液，以使对S7中离心后分离出的非碳酸锂湿物料的溶液进行再次提锂，提高锂的回收率，同时回收副产物；
S12、MVR蒸发除盐：将步骤S11中的调值液通入MVR中蒸发浓缩，得到副产物工业盐，同时浓缩后的溶液再次经过步骤S6和S7的处理，其中MVR产生的去离子水回用至步骤S2中用于配制成阳极浆料。
优选的，所述步骤S11中酸性调节剂包括但不限于盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种或几种混合物，所述步骤S11中碱性调节剂包括但不限于氢氧化钠和氢氧化锂中的一种或几种混合物，所述步骤S12中的工业盐包括但不限于氯化钠、硫酸钠、硝酸钠和磷酸钠中的一种或几种混合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过阳极浆料进入进液管后会进入存液管的内部，之后阳极浆料会首先贯穿过滤带并再次贯穿透水管进入反渗透膜内，其中阳极浆料贯穿过滤带时，过滤带会对阳极浆料起到预过滤的作用，防止浆料中杂质较多，使得影响反渗透膜的使用寿命，其中由于阳极浆料是从透水管内部贯穿而出，其中透水管由位于反渗透膜缠绕结构的中部，使得阳极浆料可以从反渗透膜的外围或者反渗透膜的内圈贯穿，阳极浆料与反渗透膜接触的面积更大，使得分散阳极浆料进入反渗透膜内的位置，起到加速浓缩的目的；2、本发明同时还通过驱动驱动齿轮转动，使得驱动齿轮带动斜齿圈转动，通过斜齿圈配合斜锥齿轮和驱动辊驱动过滤带传动，使得过滤带的内壁与固定架表面的毛刷相对运动，进而通过毛刷对过滤带内壁因过滤依附的杂质清理，使得清洁管内部清理下来的杂质会沉淀在清洁管的内部，直至当需要排出时，通过打开排污管的控制阀，使得清洁管内部的液体通过清洁管底部的排污孔以及排污管向外排出，从而实现了可以通过过滤带对浆料进行预过滤以及实现对过滤带清洁的目的；3、本发明同时还采用电化学提锂的方式优化了生产流程，减少了不必要的步骤和物料浪费，从而提高了生产效率，同时，通过更精确的工艺控制和资源回收，提高了资源利用率，降低了生产成本，优化后的生产流程减少了废水和废物的排放，降低了对环境的负面影响，通过对副产品和废弃物的回收和再利用，进一步降低了环境污染和资源消耗。
附图说明
图1为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置整体结构示意图；
图2为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置整体结构爆炸图；
图3为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置整体结构剖视图一；
图4为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置整体结构剖视图二；
图5为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置反渗透组件结构示意图；
图6为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置反渗透组件结构爆炸图；
图7为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置反渗透组件结构局部剖视图；
图8为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置反渗透组件结构侧剖图；
图9为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺装置清洁组件结构示意图；
图10为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺整体流程框图；
图11为本发明一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺电解过程溶液锂浓度变化情况折线图。
图中：101、外壳；102、接头；103、进液管；104、连接管；105、浓水管；106、出液管；
201、存液管；202、纯水管；203、清洁管；204、反渗透膜；205、透水管；206、导向架；207、过滤带；208、定位管；209、进液格栅；210、连通管；
301、支撑架；302、固定架；303、驱动辊；304、斜锥齿轮；305、斜齿圈；306、第一导向环；307、驱动齿轮；308、第二导向环；309、排污管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-9，本发明提供一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂工艺的装置，包括：
反渗透壳体组件，反渗透壳体组件包括外壳101、接头102、进液管103、浓水管105和出液管106；
设置在反渗透壳体组件内的反渗透组件，且反渗透组件用于对浆料进行初步浓缩，反渗透组件包括自左向右依次设置在外壳101内部的存液管201、纯水管202和清洁管203，纯水管202固定安装在存液管201的一端，且纯水管202固定贯穿清洁管203并与浓水管105相连通，纯水管202的表面固定嵌入有四个反渗透膜204，存液管201和清洁管203相对位置的侧壁中部均固定嵌入有四个透水管205，且透水管205的内部分别与存液管201和清洁管203的内部相连通，反渗透膜204分别螺旋缠绕在纯水管202和透水管205的表面，透水管205的内壁固定安装有导向架206，导向架206的表面活动连接有用于对阳极浆料预过滤的过滤带207，清洁管203的中部固定嵌入有多个连通管210，且连通管210与出液管106的内部相连通，接头102螺纹连接在外壳101开口位置的一端，接头102的中部固定安装有进液管103，存液管201和清洁管203紧密贴合在外壳101的内壁，存液管201相对应进液管103位置的一端开设有通孔，以使进液管103的内部与存液管201的内部相连通，浓水管105和出液管106分别固定嵌入在外壳101远离接头102位置的一端，出液管106的内部与外壳101的内部相连通，外壳101远离接头102位置的一端内壁固定设有连接管104，纯水管202活动插接在连接管104的内壁，且连接管104的内部分别与纯水管202和浓水管105的内部相连通，纯水管202相对应连接管104位置的表面固定安装有定位管208，且定位管208活动套接在连接管104的表面，且定位管208相对应浓水管105位置的一端开设有缺口，以使定位管208一端的缺口配合浓水管105可以对清洁管203的方向进行定位，透水管205远离清洁管203位置的一端中部开设有多个孔洞，且透水管205中部孔洞位置与过滤带207的位置相对应，以使透水管205内部的阳极浆料首先贯穿过滤带207并从透水管205中部的孔洞进入反渗透膜204与外壳101之间位置，导向架206相对应过滤带207位置的表面固定安装有锁边，且锁边与过滤带207的两端紧密贴合，以使导向架206配合锁边将过滤带207贴合在透水管205的内壁，清洁管203相对应存液管201位置的一端固定安装有进液格栅209，且反渗透膜204位于存液管201和进液格栅209之间，以使贯穿反渗透膜204的液体通过进液格栅209进入连通管210内部并从出液管106向外排出；
上述结构在使用时，阳极浆料通过进液管103进入存液管201的内部，并贯穿过滤带207后再次贯穿透水管205进入反渗透膜204内，其中阳极浆料贯穿过滤带207时，过滤带207会对阳极浆料起到预过滤的作用，防止浆料中杂质较多，使得影响反渗透膜204的使用寿命，其中由于阳极浆料是从透水管205内部贯穿而出，其中透水管205由位于反渗透膜204缠绕结构的中部，分散阳极浆料进入反渗透膜204内的位置，起到加速浓缩的目的，由于透水管205远离清洁管203位置的一端中部开设有多个孔洞，即透水管205相对应清洁管203位置的一端是没有孔洞的，这就使得溶液最后还需要横向贯穿一部分反渗透膜204，进一步起到浓缩彻底的目的，分离后的浓水会通过进液格栅209、连通管210和外壳101，最后通过出液管106排出，其中纯净水通过反渗透膜204进入纯水管202内部，并连接管104的内部，最后通过浓水管105向外排出。
设置在反渗透壳体组件内且用于清理清洁管203内杂质的清洁组件，清洁组件包括通过支架固定安装在纯水管202表面的支撑架301，且支撑架301为环形结构，支撑架301位于清洁管203的内部，过滤带207活动缠绕在支撑架301的表面，纯水管202相对应清洁管203位置的表面固定安装有固定架302，固定架302相对应过滤带207位置的一端通过轴承转动连接有驱动过滤带207传动的驱动辊303，且过滤带207紧密贴合在驱动辊303与固定架302之间，固定架302远离驱动辊303位置的一端设有毛刷，且毛刷紧密贴合在过滤带207的内壁，以使过滤带207传动时通过毛刷将过滤带207内壁的杂质清理，驱动辊303输出轴的一端固定安装有斜锥齿轮304，斜锥齿轮304的表面啮合有斜齿圈305，斜齿圈305的表面啮合有驱动齿轮307，且驱动齿轮307与斜齿圈305偏心设置，外壳101远离接头102位置的一端底部固定嵌入有排污管309，且排污管309的中部设有控制阀，清洁管203相对应排污管309位置的一端开设有排污口，以使清洁管203内部的杂质通过排污口和排污管309向外排出，外壳101相对应驱动齿轮307位置的表面开设有凹槽，以使驱动齿轮307与斜齿圈305啮合，外壳101相对应驱动齿轮307位置的表面固定安装有第二导向环308，且第二导向环308转动连接在驱动齿轮307的内壁，以使第二导向环308对驱动齿轮307起限位作用，斜齿圈305的两端均分别开设有密封槽，且密封槽的内壁转动连接有第一导向环306，第一导向环306固定安装在清洁管203的内壁，以使第一导向环306配合密封槽对斜齿圈305进行限位的同时防止液体从斜齿圈305与驱动齿轮307连接处泄漏；
上述结构在使用时，通过驱动齿轮307带动斜齿圈305转动，使得斜齿圈305通过斜锥齿轮304配合驱动辊303驱动过滤带207传动，使得过滤带207的内壁与固定架302表面的毛刷相对运动，进而通过毛刷对过滤带207内壁因过滤依附的杂质清理，当需要排出时，通过打开排污管309的控制阀，使得清洁管203内部的液体通过清洁管203底部的排污孔以及排污管309向外排出，从而实现了可以通过过滤带207对浆料进行预过滤以及实现对过滤带207清洁的目的。
工作原理：在使用时，该发明通过在使用该装置时，首先将四个反渗透膜204朝一个方向在纯水管202的表面缠绕两圈，之后将反渗透膜204贯穿相邻两个透水管205，并继续将反渗透膜204剩下的部分缠绕在透水管205的表面，使得反渗透膜204紧密贴合在纯水管202和透水管205的表面并缩小贴合的缝隙，之后再根据定位管208一端的缺口位置与浓水管105的位置相对应，将清洁管203、纯水管202、存液管201和反渗透膜204塞入外壳101中，并将接头102与外壳101螺纹拧紧，此时整个装置安装完成；
通过设置反渗透组件，其中进液管103用于接入阳极浆料，阳极浆料进入进液管103后会进入存液管201的内部，并进入透水管205的内部，由于透水管205远离清洁管203位置的一端中部开设有多个孔洞，且过滤带207贴合在透水管205的内壁，这就使得透水管205内部的阳极浆料会首先贯穿过滤带207并再次贯穿透水管205进入反渗透膜204内，其中阳极浆料贯穿过滤带207时，过滤带207会对阳极浆料起到预过滤的作用，防止浆料中杂质较多，使得影响反渗透膜204的使用寿命，其中由于阳极浆料是从透水管205内部贯穿而出，其中透水管205由位于反渗透膜204缠绕结构的中部，使得阳极浆料可以从反渗透膜204的外围或者反渗透膜204的内圈贯穿，使得分散阳极浆料进入反渗透膜204内的位置，起到加速浓缩的目的，相比于现有技术中通过一端贯穿反渗透膜204的方式来说，阳极浆料与反渗透膜204接触的面积更大，从而提高浓缩的效率，且由于透水管205远离清洁管203位置的一端中部开设有多个孔洞，即透水管205相对应清洁管203位置的一端是没有孔洞的，这就使得溶液最后还需要横向贯穿一部分反渗透膜204，进一步起到浓缩彻底的目的，分离后的浓水会通过进液格栅209进入连通管210中，并通过连通管210进入外壳101远离接头102位置的一部分，最后通过出液管106排出，其中纯净水部分的流通路径为，纯净水通过反渗透膜204进入纯水管202内部，并通过纯水管202进入连接管104的内部，最后通过浓水管105向外排出；
且当过滤带207需要进行清理时，可通过手动驱动驱动齿轮307转动，也可通过外部驱动电器驱动驱动齿轮307转动，使得驱动齿轮307带动斜齿圈305转动，且当斜齿圈305转动时，会使得斜齿圈305带动斜锥齿轮304转动，进而使得斜锥齿轮304带动驱动辊303转动并驱动过滤带207传动，且当过滤带207传动时，会使得过滤带207的内壁与固定架302表面的毛刷相对运动，进而通过毛刷对过滤带207内壁因过滤依附的杂质清理，其中由于清洁管203不直接与浓水管105或出液管106相连通，这就使得清洁管203内部的溶液几乎为静止状态，即清洁管203内部清理下来的杂质会沉淀在清洁管203的内部，直至当需要排出时，通过打开排污管309的控制阀，使得清洁管203内部的液体通过清洁管203底部的排污孔以及排污管309向外排出，从而实现了可以通过过滤带207对浆料进行预过滤以及实现对过滤带207清洁的目的。
请参阅图10-11，本发明还提供一种采用基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置的工艺，包括以下步骤：
S1、配制阴极浆料：取硫酸锂溶液加入去离子水配制得到阴极浆料；
S2、配制阳极浆料：取废旧磷酸铁锂电池粉，加入去离子水配制成固液比为10%的阳极浆料；
S3、电解反应：将步骤S1中配制好的阴极浆料循环通入电解槽阴极室，将步骤S2中配制好的阳极粉浆料持续通入电解槽阳极室，接入电源，以实现持续提锂，其中电解槽阴极室和电解槽阳极室通过阴离子膜分隔，以使锂离子不穿过隔膜，提高对锂回收的效率，同时向阴极室中补充阴极浆料并回收电解产物，并维持阴极浆料的pH值稳定，进而确保电流的稳定性，其中回收的电解产物包括但不限于氢气、金属铜和金属镍，同时阴极反应产生的氢气用于锅炉燃烧，产生加热介质水蒸气，这使得副产物无污染，且可以得到有效的利用，变废为宝；
其中步骤S3中产生的离子反应式为：
；
S4、压滤：将步骤S3电解后的阳极浆料通入压滤机中，分离得到含锂溶液和固体残渣，将含锂溶液通入微孔过滤器精制，除去不溶性杂质，其中对固体残渣进行洗涤，并提纯得到相应前驱体产品；
S5、分步浓缩：将步骤S4中精制后的含锂溶液通入反渗透壳体组件初步浓缩，之后将反渗透膜浓缩后的含锂溶液通入电渗析设备中，进一步提升含锂溶液中锂的浓度，同时，反渗透产生的去离子水用于配制步骤S2中的阳极浆料以及留作备用，电渗析产生的淡水返回反渗透壳体组件中再次利用，整个浓缩过程无废水外排；
S6、沉锂反应：向步骤S5中浓缩后的含锂溶液中加入碳酸钠溶液，并通过反应制得碳酸锂浆料，其中锂元素与碳酸钠摩尔比为1：0.5～0.8，反应时间为30～120分钟；
其中步骤S6中的离子反应式为：
；
S7、制得电池级碳酸锂产品：将步骤S6中的碳酸锂浆料通入离心机中高速分离脱水，并得到碳酸锂湿物料，并对脱水后的碳酸锂湿物料通过洗涤水进行洗涤1～3次，同时回收洗涤后的溶液，其中洗涤水包括步骤S5产生的冷凝水和去离子水中一种或两种混合物，以及外界新加的去离子水，且回收洗涤后的溶液用作步骤S5中碳酸钠溶液的配制，将离心洗涤后的碳酸锂湿物料依次经过脱水干燥、气流粉碎、除磁和包装后得到电池级碳酸锂产品；
其中步骤S7中回收洗涤后的溶液的具体步骤包括：
S11、脱碳调值：向步骤S7中离心后分离出的非碳酸锂湿物料的溶液加入硫酸，调节PH至2～4后，之后加入氢氧化钠、氢氧化锂中一种或两种混合物，调节pH至7-9，制得调值液，以使对S7中离心后分离出的非碳酸锂湿物料的溶液进行再次提锂，提高锂的回收率，同时回收副产物；
S12：MVR蒸发除盐：将步骤S11中的调值液通入MVR中蒸发浓缩，得到工业盐，其中工业盐为硫酸钠，同时浓缩后的溶液再次经过步骤S6和S7的处理，其中MVR产生的去离子水回用至步骤S2中用于配制成阳极浆料；
其中实施例一电解过程锂溶液浓度变化情况如图11所示。
实施例二
与实施例一不同的是：
S2、配制阳极浆料：取废旧三元电池粉，加入去离子水配制成固液比为20%的阳极浆料。
实施例三
与实施例一不同的是：
S2、配制阳极浆料：配制阳极浆料：按1：1：1质量比，取废旧三元、废旧磷酸铁锂、废旧钴酸锂电池粉，混合后加入去离子水配制成固液比的范围为10%的阳极浆料。
其中各实施例提锂效果如表一和表二所示：
表一：不同废旧电池原料电解效果
表二：相同质量的不同废旧电池原料电解后溶液组成情况
通过表一和表二可明显看出：本发明采用的电化学方式可实现优先、选择性提锂，选择性高达99%，同时对于不同的废旧电池原料组成，电化学工艺均可使用，不影响电解效率。
本发明同时还提供以下两个对比例：
对比例一
与实施例一不同的是：
S3、电解反应：将阴极反应产生的氢气不用于锅炉燃烧，由此产生的不同效果，如下表三所示：
表三：合成1吨碳酸锂所需蒸汽量
由此可见：本发明通过电化学工艺产生的副产物氢气，可通过锅炉燃烧制备蒸汽的方式节约85%的蒸汽用量。
对比例二
与实施例一不同的是：
S4、压滤：将步骤S3电解后的阳极浆料先添加酸碱试剂除杂，之后通入压滤机中，分离得到含锂溶液和固体残渣，将含锂溶液通入微孔过滤器精制，除去不溶性杂质，其中对固体残渣进行洗涤，并提纯得到相应前驱体产品；
S5、MVR浓缩：将步骤S4精制后的含锂溶液通入MVR设备进行浓缩，由此产生的不同效果，如下表四所示：
表四：不同浓缩方式使用情况
由此可见：采用传统采用MVR设备对含锂溶液进行浓缩，动力源不单一，且要求较多成本较高，同时维护周期短，然而本发明实施例一记载的技术方案明显优于现有的MVR浓缩提锂工艺，其动力源单一、运行环境要求较低，维护周期长成本低，在实现低成本提锂的同时，可取得更大经济效益。
本发明通过电化学提锂的方式，优化了废旧电池回收提锂的生产流程，减少了不必要的步骤和物料浪费，这一优化不仅提高了生产效率，缩短了生产周期，还降低了生产成本，增强了企业的市场竞争力。
本发明通过更精确的工艺控制和资源回收，提高了资源利用率，在电解反应、压滤、分步浓缩、沉锂反应等关键步骤中，均采用了高效的分离和提纯技术，确保了锂的回收率和纯度，同时，通过回收利用副产品和废弃物，进一步降低了生产成本。
在整个生产流程中，本发明采取了多项环保措施，有效减少了废水和废物的排放，特别是在分步浓缩阶段，反渗透膜和电渗析设备的使用实现了废水零排放，大大降低了对环境的负面影响，此外，通过回收和再利用洗涤水和去离子水等，进一步减少了水资源的消耗。
本发明通过多步骤的提纯和回收，显著提高了锂的回收率，特别是在沉锂反应和脱碳调值阶段，提高了锂的纯度，还实现了对非碳酸锂湿物料中锂的再次提取，从而进一步提高了锂的回收率，这一举措不仅降低了资源浪费，还增强了环境可持续性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置，其特征在于：包括：
反渗透壳体组件，所述反渗透壳体组件包括外壳（101）、接头（102）、进液管（103）、浓水管（105）和出液管（106）；
设置在反渗透壳体组件内的反渗透组件，且反渗透组件用于对浆料进行初步浓缩，所述反渗透组件包括自左向右依次设置在外壳（101）内部的存液管（201）、纯水管（202）和清洁管（203），所述纯水管（202）固定连接在存液管（201）的一端，且纯水管（202）固定贯穿清洁管（203）并与浓水管（105）相连通，所述纯水管（202）的表面固定嵌入有四个反渗透膜（204），所述存液管（201）和清洁管（203）相对位置的侧壁中部均固定嵌入有四个透水管（205），且透水管（205）的内部分别与存液管（201）和清洁管（203）的内部相连通，所述反渗透膜（204）分别螺旋缠绕在纯水管（202）和透水管（205）的表面，所述透水管（205）的内壁固定连接有导向架（206），所述导向架（206）的表面活动连接有用于对阳极浆料预过滤的过滤带（207），所述清洁管（203）的中部固定嵌入有多个连通管（210），且连通管（210）与出液管（106）的内部相连通；
设置在反渗透壳体组件内且用于清理清洁管（203）内杂质的清洁组件。
2.根据权利要求1所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置，其特征在于：所述接头（102）螺纹连接在外壳（101）开口位置的一端，所述接头（102）的中部固定连接有进液管（103），所述存液管（201）和清洁管（203）紧密贴合在外壳（101）的内壁，所述存液管（201）相对应进液管（103）位置的一端开设有通孔，以使进液管（103）的内部与存液管（201）的内部相连通，所述浓水管（105）和出液管（106）分别固定嵌入在外壳（101）远离接头（102）位置的一端，所述出液管（106）的内部与外壳（101）的内部相连通，所述外壳（101）远离接头（102）位置的一端内壁固定设有连接管（104），所述纯水管（202）活动插接在连接管（104）的内壁，且连接管（104）的内部分别与纯水管（202）和浓水管（105）的内部相连通，所述纯水管（202）相对应连接管（104）位置的表面固定连接有定位管（208），且定位管（208）活动套接在连接管（104）的表面，且定位管（208）相对应浓水管（105）位置的一端开设有缺口，以使定位管（208）一端的缺口配合浓水管（105）对清洁管（203）的方向进行定位。
3.根据权利要求2所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置，其特征在于：所述透水管（205）远离清洁管（203）位置的一端中部开设有多个孔洞，且透水管（205）中部孔洞位置与过滤带（207）的位置相对应，以使透水管（205）内部的阳极浆料首先贯穿过滤带（207）并从透水管（205）中部的孔洞进入反渗透膜（204）与外壳（101）之间位置，所述导向架（206）相对应过滤带（207）位置的表面固定连接有锁边，且锁边与过滤带（207）的两端紧密贴合，以使导向架（206）配合锁边将过滤带（207）贴合在透水管（205）的内壁，所述清洁管（203）相对应存液管（201）位置的一端固定连接有进液格栅（209），且反渗透膜（204）位于存液管（201）和进液格栅（209）之间，以使贯穿反渗透膜（204）的液体通过进液格栅（209）进入连通管（210）内部并从出液管（106）向外排出。
4.根据权利要求3所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置，其特征在于：所述清洁组件包括通过支架固定连接在纯水管（202）表面的支撑架（301），且支撑架（301）为环形结构，所述支撑架（301）位于清洁管（203）的内部，所述过滤带（207）活动缠绕在支撑架（301）的表面，所述纯水管（202）相对应清洁管（203）位置的表面固定连接有固定架（302），所述固定架（302）相对应过滤带（207）位置的一端通过轴承转动连接有驱动过滤带（207）传动的驱动辊（303），且过滤带（207）紧密贴合在驱动辊（303）与固定架（302）之间，所述固定架（302）远离驱动辊（303）位置的一端设有毛刷，且毛刷紧密贴合在过滤带（207）的内壁，以使过滤带（207）传动时通过毛刷将过滤带（207）内壁的杂质清理。
5.根据权利要求4所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置，其特征在于：所述驱动辊（303）输出轴的一端固定连接有斜锥齿轮（304），所述斜锥齿轮（304）的表面啮合有斜齿圈（305），所述斜齿圈（305）的表面啮合有驱动齿轮（307），且驱动齿轮（307）与斜齿圈（305）偏心设置，所述外壳（101）远离接头（102）位置的一端底部固定嵌入有排污管（309），且排污管（309）的中部设有控制阀，所述清洁管（203）相对应排污管（309）位置的一端开设有排污口，以使清洁管（203）内部的杂质通过排污口和排污管（309）向外排出。
6.根据权利要求5所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置，其特征在于：所述外壳（101）相对应驱动齿轮（307）位置的表面开设有凹槽，以使驱动齿轮（307）与斜齿圈（305）啮合，所述外壳（101）相对应驱动齿轮（307）位置的表面固定连接有第二导向环（308），且第二导向环（308）转动连接在驱动齿轮（307）的内壁，以使第二导向环（308）对驱动齿轮（307）起限位作用，所述斜齿圈（305）的两端均分别开设有密封槽，且密封槽的内壁转动连接有第一导向环（306），所述第一导向环（306）固定连接在清洁管（203）的内壁，以使第一导向环（306）配合密封槽对斜齿圈（305）进行限位的同时防止液体从斜齿圈（305）与驱动齿轮（307）连接处泄露。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置的工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、配制阴极浆料：取一种及以上金属化合物溶液以及导电聚合物，加入去离子水配制得到阴极浆料，其中金属化合物溶液以及导电聚合物包括但不限于硫酸镍溶液、硫酸钴溶液、硫酸锂溶液、硫酸锰溶液、氯化镍溶液和聚苯胺溶液中的一种或几种混合物；
S2、配制阳极浆料：取废旧电池粉加入去离子水配制成阳极浆料；
S3、电解反应：将步骤S1中配制好的阴极浆料循环通入电解槽阴极室，将步骤S2中配制好的阳极粉浆料持续通入电解槽阳极室，接入电源，其中电解槽阴极室和电解槽阳极室通过阴离子膜分隔，以使锂离子不穿过隔膜，同时向阴极室中补充阴极浆料并回收电解产物，以确保电流的稳定性；
S4、压滤：将步骤S3电解后的阳极浆料通入压滤机中，分离得到含锂溶液和固体残渣，将含锂溶液通入微孔过滤器精制，除去不溶性杂质；
S5、分步浓缩：将步骤S4中精制后的含锂溶液通入反渗透壳体组件初步浓缩，之后将反渗透膜浓缩后的含锂溶液通入电渗析设备中，进一步提升含锂溶液中锂的浓度，同时，反渗透产生的去离子水用于配制步骤S2中的阳极浆料以及留作备用，电渗析产生的淡水返回反渗透壳体组件中再次利用，整个浓缩过程无废水外排；
S6、沉锂反应：向步骤S5中浓缩后的含锂溶液中加入碳酸钠溶液，并通过反应制得碳酸锂浆料，其中锂元素与碳酸钠摩尔比为1：0.5～0.8，反应时间为30～120分钟；
S7、制得电池级碳酸锂产品：将步骤S6中的碳酸锂浆料通入离心机中高速分离脱水，并得到碳酸锂湿物料，并对脱水后的碳酸锂湿物料通过洗涤水进行洗涤，同时回收洗涤后的溶液，之后将离心洗涤后的碳酸锂湿物料依次经过脱水干燥、气流粉碎、除磁和包装后得到电池级碳酸锂产品。
8.根据权利要求7所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置的工艺，其特征在于：所述步骤S2中废旧电池粉包括但不限于磷酸铁锂电池粉、三元电池粉、钴酸锂电池粉、锰酸锂电池粉、磷酸锰铁锂电池粉和固态电池粉中的一种或几种混合物，且步骤S2中阳极浆料的固液比的范围为10%～20%，所述步骤S3中回收的电解产物包括但不限于氢气、金属铜和金属镍，所述步骤S7中对脱水后的碳酸锂湿物料通入洗涤水洗涤1～3次，且步骤S7中回收洗涤后的溶液用作步骤S6中碳酸钠溶液的配制，所述步骤S7中洗涤水包括但不限于步骤S5留作备用的去离子水和纯水中一种或两种混合物。
9.根据权利要求7所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置的工艺，其特征在于：所述步骤S7中回收洗涤后的溶液的具体步骤包括：
S11、脱碳调值：向步骤S7中离心后分离出的非碳酸锂湿物料的溶液加入酸性调节剂，调节pH至2～4后，加入碱性调节剂调节pH至7-9，制得调值液，以使对S7中离心后分离出的非碳酸锂湿物料的溶液进行再次提锂，提高锂的回收率，同时回收副产物；
S12、MVR蒸发除盐：将步骤S11中的调值液通入MVR中蒸发浓缩，得到副产物工业盐，同时浓缩后的溶液再次经过步骤S6和S7的处理，其中MVR产生的去离子水回用至步骤S2中用于配制成阳极浆料。
10.根据权利要求7所述的一种基于膜分离技术的废旧电池回收提锂装置的工艺，其特征在于：所述步骤S11中酸性调节剂包括但不限于盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种或几种混合物，所述步骤S11中碱性调节剂包括但不限于氢氧化钠和氢氧化锂中的一种或几种混合物，所述步骤S12中的工业盐包括但不限于氯化钠、硫酸钠、硝酸钠和磷酸钠中的一种或几种混合物。
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