CN201028540Y

CN201028540Y - 废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉

Info

Publication number: CN201028540Y
Application number: CNU2007201193134U
Authority: CN
Inventors: 许开华
Original assignee: Shenzhen Gem High Tech Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Gem High Tech Co Ltd
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2017-04-03

Abstract

本实用新型涉及一种废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其包括加热器、中温腔室、高温腔室、贯通各腔室的管状物料通道、设有冷却换热器的冷却腔室、物料推舟及其推进装置，加热器包括产生高温烟气的燃烧室或还附设有电加热器，中温腔室、高温腔室、冷却腔室是水平设置且依序连通的，各腔室间有分隔装置，在各个腔室中设有高温烟气的入烟口、进气口、排气口、温度检测装置、燃烧或电热控制装置和风管系统，该风管系统包括风机和控制阀门；排气口连接着冷凝回收器的入气口。本实用新型焙烧炉能够对锌锰电池中的大宗内容物进行较为全面和分段升温式选择性地挥发回收，回收得到的产物纯度较高，而且回收设备的操作较简单，基本不产生二次污染。

Description

废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉

技术领域

本实用新型涉及环境保护和资源回收设备，更具体地说，本实用新型涉及一种废弃化学电源的回收设备。

背景技术

现代社会步入电子化时代，现代社会中的机电制品、电子设备的品种越来越多、数量越来越巨大，在这些制品/设备中，方便携带和移动使用的化学电源-电池得到广泛应用。其中人们常用器具、交通工具中的常用电池主要包括以锌锰电池为代表的一次电池。锌锰电池包括如下的被覆作用的表层物和电化活性的内容物，其中，被覆作用的表层物包括：铁外壳、封口材料沥青、塑料、纸等材料；电化活性的内容物包括正极活性物质、负极活性物质、电解质，而其中，正极活性物质，其主要为二氧化锰，其余如碳棒、乙炔黑、石墨等；负极活性物质，其主要为锌，其余为降低锌电极的腐蚀速度加入的少量汞、镉、铅；电解质，对中性锌锰电池，其电解质溶液为氯化铵和氯化锌，对碱性锌锰电池，其电解液为氢氧化钾。

我国每年废弃几十万吨废锌锰电池，废弃锌锰电池中包含的上述含锌、汞、镉、铜、锰等重金属以及铵盐的有机物、无机物等物质，大部分为自然环境所难以降解，如果随意丢弃，很容易对环境产生严重的破坏，例如其中残存的汞等重金属会在自然水体和生物链中逐步富积而对环境产生污染。相反，若能对这些物质全部回收利用，就可再生数万吨到几十万吨不等的锰、锌、铜等，是相当可观的资源。但回收处理技术是关键问题，回收处理技术不行则不能杜绝污染或无法经济运行，而且如若处理不当还可能引起二次环境污染并造成资源浪费。

在废旧锌锰电池的回收方法及再生方面，有申请号为200510036193·7的中国专利申请文件公开了一种废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，该方法包括下述工艺步骤：(1)分离提取废旧碱锰电池正负极物质：首先用机械方法取出负极集流体铜钉和塑料垫圈及铁防爆圈，并使其分开回收；然后剖开电池外壳，使铁壳与正负极物质分离并回收；(2)室温碱液浸取：室温下将步骤(1)中已分离的正负极物质放入碱液中浸泡，搅拌1～2小时，搅拌使正负极物质分散，分离并回收隔膜；(3)分离锌酸盐：将上述步骤(2)中浸泡后的混合物进行过滤；(4)电解制锌：把步骤(3)中的滤液调整为电解液，在20-50℃进行电解，阴极电流密度为100-500A/m²，在阴极制得金属锌；(5)制备锰酸钾：把氢氧化钾和水加到步骤(3)的滤渣中，通入空气并加热2～3小时，温度控制在200～300℃，使滤渣中的锰化合物变成锰酸钾；待混合物冷却至接近100℃时加入10～20％的氢氧化钾进行稀释，搅拌使锰酸钾完全溶解，过滤并分离出不溶物；(6)电解制取高锰酸钾：将步骤(5)中滤液调节为电解液，温度为50～70℃电解，阳极电流密度为60～100A/m²，在阳极制得高锰酸钾。该方法采用电解方法和设备回收提取废旧碱锰电池中的锌锰，主要设备耗电量大，不适于国内电能日益短缺的经济总体情况，而且电解前的电解液的制备过程复杂、劳动条件差。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本实用新型的目的是要提供一种废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其具有如下优点：能够对锌锰电池中的大宗内容物进行较为全面和分段升温式选择性地挥发回收，回收得到的产物纯度较高，而且回收设备的操作较简单，基本不产生二次污染。

为此，本实用新型的技术解决方案是一种废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其包括加热器、中温腔室、高温腔室、贯通各腔室的管状物料通道、物料推舟及其推进装置，而所述加热器包括产生高温烟气的燃烧室或还附设有电加热器，所述焙烧炉还包括设有冷却换热器的冷却腔室，所述中温腔室、高温腔室、冷却腔室是水平设置且依序连通的，所述各腔室间有分隔装置且对炉体外部是适当封闭、不直接连通的，在各个腔室中设有高温烟气的入烟口、进气口、排气口、温度检测装置、燃烧或电热控制装置和风管系统，该风管系统包括风机和控制阀门；所述排气口连接着冷凝回收器的入气口。

通常，经过电池破壳、水洗槽清洗后，电池内的固体电化活性内容物，其成份可以大幅简化为主要的三种：无机碳及含碳有机物、锌及锌的化合物、锰的氧化物；本实用新型的选择性挥发焙烧炉利用其中温腔室、高温腔室、冷却腔室等结构设置，对其内的上述固体电化活性内容物，可以进行阶段升温回收/提取，在适当封闭的炉内100-1000℃高温范围，三种主要电池成份中，(一)无机碳及含碳有机物能够燃烧放出化学能、能够产生含碳的还原性炉内气氛，而且含碳炉气还原性可以随温度、空气量的不同而不同，相应地改变炉内气氛的还原性强弱，这种可调节的还原性气氛，对于炉内锌、锰的化合物的提取将产生积极的作用；(二)单质锌的蒸发温度为419℃，而其沸腾温度也不很高为910℃；原有锌的化合物ZnCl₂经水洗步骤，会水解生成为附着的固体Zn(OH)₂，Zn(OH)₂在炉内较低温度下(100-200℃)就能转化为ZnO，在还原性气氛下，ZnO又能转化为金属锌，在高温下ZnO或Zn都能挥发成为气态，而又能在100-300℃的较低温度下冷凝得到高纯的ZnO或Zn粉末产品；(三)锰的主要2、4价态的氧化物，在选择性挥发焙烧炉内的还原气氛下，锰的4价态氧化物将会全部或大部转化为锰的2价态氧化物，这将有利于随后对其的酸溶回收，对2价氧化锰粉末在酸溶槽中进行酸溶、碱沉，利用液体过滤器过滤澄清净化即得到纯化硫酸锰溶液，再干燥得到纯净硫酸锰颗粒产品，而(四)对于留在清洗液体中的主要物质NH₄Cl，本实用新型的工艺方法也借用同一焙烧炉中的易得的中温热源，在340-390℃范围内升华得到纯净的氯化铵气体，将氯化铵气体进行降温收集或液体吸收，即得到高纯度的氯化铵溶液乃至结晶。

此外，虽然由于国家对于电池添加有汞类害物质控制越来越严，但是某些小型电池厂仍然可能生产含汞锌锰电池或不能完全取消汞的应用，本实用新型选择性挥发焙烧炉还能进行如下操作：首先控制所述焙烧炉中温度在50～600℃范围内，将所得表层物及内容物进行中温干馏，馏出中温气体，然后依次通过冷凝回收器、旋风分离器、袋滤器进行重力分离和过滤，收集得到汞液，从而防止汞污染。

本实用新型选择性挥发焙烧炉的水平设置的分段升温式腔室，便于控制挥发焙烧的时间、温度等条件，能更为有效地将锌锰电池中的大宗废弃物质挥发提取出来、以备后续的冷凝回收器、酸溶槽、液体过滤器等设备回收再用，除了有利于全面、高纯地回收大宗废弃物质外，比起电解槽来说，焙烧炉可以采用电辅助加热和煤焦或油气加热多重方式，能源代换灵活，能很好适应国内能源产业政策，全过程的各单元操作在碱性环境下进行或很快得到碱性产物，而且适当封闭的焙烧炉对于节能、避免二次污染都具有比较优势，既能较大改善分离效果，还能减少能源消耗和二次污染。

为增加分离效果、提高分离效率，本实用新型具体结构改进还包括：在各腔室的进气口、排气口处还分别设置有检测气体成分的气体传感器，气体传感器的输出线路连接着二次仪表以及控制电路。

所述分隔装置包括受控开启或关闭的腔门和腔门控制器。

所述腔门的材质为耐高温和隔热的氧化物。

所述腔门控制器包括接受气体传感器、二次仪表、控制电路指令的控制机械。

所述焙烧炉包括烟气循环管道及其循环控制装置，所述烟气循环管道包括连通所述冷凝回收器出口的循环输入管道、连通所述焙烧炉排气口的循环输出管道，所述循环控制装置包括所述气体传感器、二次仪表、控制电路以及受控的烟气配送阀门以及风机。

所述焙烧炉包括振动机构，振动机构包括设在焙烧炉外部的电机、焙烧炉内部的振动凸轮、连接在电机与振动凸轮之间的传动杆、铺设在所述振动凸轮之上用以承载所述物料推舟的振动板、限定振动板的4个或更多的弹性支座。

所述中温腔室、高温腔室、冷却腔室中分别设有各自的振动机构。所述推进装置包括推进杆和包括所述气体传感器、二次仪表、控制电路。

为增加能源利用效率、减少气体、热量污染，所述冷却换热器包括预热进气的气管换热器和加热液媒的液媒换热器。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型选择性挥发焙烧炉实施例的结构示意图。

图2为由本实用新型焙烧炉实施例组成的选择性挥发回收系统示意图。

具体实施方式

如图1，所示为本实用新型废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉的实施例的结构示意图。其120包括加热器、中温腔室122、高温腔室123、贯通各腔室的管状物料通道125、物料推舟127及其推进装置140，所述推进装置140包括推进杆140A和包括所述气体传感器137、二次仪表138、控制电路。而所述加热器包括产生高温烟气的燃烧室121和附设电加热器139，所述焙烧炉120还包括设有冷却换热器的冷却腔室124，所述中温腔室122、高温腔室123、冷却腔室124是水平设置且依序连通的，所述各腔室间有分隔装置126且对炉体外部是适当封闭、不直接连通的，在各个腔室中设有高温烟气的入烟口129、进气口130、排气口131、温度检测装置132、燃烧或电热控制装置和风管系统，该风管系统包括风机133和控制阀门134；所述排气口131连接着冷凝回收器150的入气口。所述冷却换热器包括预热进气的气管换热器135和加热液媒的液媒换热器136。

在各腔室的进气口130、排气口131处还分别设置有检测气体成分的气体传感器137，气体传感器137(以虚线表示，且虚线兼表示控制线路)的输出线路连接着二次仪表以及控制电路138。

所述分隔装置126包括受控开启或关闭的腔门和腔门控制器。所述腔门的材质为耐高温和隔热的氧化物。所述腔门控制器包括接受气体传感器137、二次仪表138、控制电路指令的控制机械(不予详示)。

所述焙烧炉120包括烟气循环管道及其循环控制装置，所述烟气循环管道包括连通所述冷凝回收器出口的循环输入管道141、连通所述焙烧炉排气口131的循环输出管道142，所述循环控制装置包括所述气体传感器137、二次仪表138、控制电路以及受控的烟气配送阀门134以及风机133。

所述焙烧炉120还包括振动机构，所述中温腔室122、高温腔室123、冷却腔室124中分别设有各自的振动机构。振动机构包括设在焙烧炉120外部的电机128、焙烧炉内部的振动凸轮144、连接在电机128与振动凸轮144之间的传动杆(不予详示)、铺设在所述振动凸轮144之上用以承载所述物料推舟127的振动板145、限定振动板145的4个或更多的弹性支座146。

如图2，所示为由本实用新型焙烧炉实施例组成的选择性挥发回收系统示意图。其包括分类输送设备(不予详示)、液体过滤器(不予详示)、依序装设的电池破壳机100、水洗槽110、选择性挥发焙烧炉120、冷凝回收器150、酸溶槽180、加热浓缩器190；其中，所述电池破壳机100包括带有壁面刀刃101的电池通孔102和电池推进器(不予详示)，其将废弃电池Bt进行轴向破壳；所述水洗槽110带有换热器盘管113、超声振子112、机械搅拌器111等水体增能器，其将电池Bt破壳后的表层物和内容物进行增能漂洗；所述焙烧炉120将经水洗干净的电池表层物和内容物进行分段升温分馏得到不同温度段的烟气；所述冷凝回收器150将各温度段的烟气进行冷凝分别得到氯化铵颗粒、锌/氧化锌粉末；所述酸溶槽180将经过高温分馏而留在焙烧炉中的固体残渣进行酸溶、碱沉；所述液体过滤器对水洗槽110的槽液和酸溶槽180中的碱沉溶液进行过滤提纯；所述加热浓缩器190将提纯后的酸溶槽180溶液加热浓缩得到纯化硫酸锰颗粒。

所述冷凝回收器150包括分别冷凝分离氯化铵颗粒的氯化铵冷凝回收器、冷凝分离残存汞液的汞液冷凝回收器、冷凝分离锌/氧化锌粉末的含锌粉末冷凝回收器(仅以其中之一图示之)，其中，所述氯化铵冷凝回收器、汞液冷凝回收器的入气口通过电动阀门控制的管路连接在所述焙烧炉120的中温腔室122的排气口，所述含锌粉末冷凝回收器的入气口连接在所述焙烧炉120的高温腔室123的排气口，将各温度段的烟气进行冷凝分别得到氯化铵颗粒、锌/氧化锌粉末；所述冷凝回收器150的出气口均通过气/固或气/液分离连通到所述焙烧炉120的冷却腔室124中所设的气管换热器135入气口，而该气管换热器135的出气口通过风管系统连通到所述焙烧炉120的各腔室的进气口。各冷凝回收器150均包括垂直折板式沉降室151，所述沉降室151中包括多块相间排布的上部折板153和下部折板154，所述折板153、154为中空结构，折板153、154内壁面上紧贴分布有冷却器盘管152，设在上部折板153下方的是沉降室的收集口155，所述冷凝回收器150的出气口连通旋风式除尘器171和静电式除尘器172。

Claims

1.一种废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其包括加热器、中温腔室、高温腔室、贯通各腔室的管状物料通道、物料推舟及其推进装置，其特征在于：所述加热器包括产生高温烟气的燃烧室或还附设有电加热器，所述焙烧炉还包括设有冷却换热器的冷却腔室，所述中温腔室、高温腔室、冷却腔室是水平设置且依序连通的，所述各腔室间有分隔装置且对炉体外部是适当封闭、不直接连通的，在各个腔室中设有高温烟气的入烟口、进气口、排气口、温度检测装置、燃烧或电热控制装置和风管系统，该风管系统包括风机和控制阀门；所述排气口连接着冷凝回收器的入气口。

2.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：在各腔室的进气口、排气口处还分别设置有检测气体成分的气体传感器，气体传感器的输出线路连接着二次仪表以及控制电路。

3.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述分隔装置包括受控开启或关闭的腔门和腔门控制器。

4.如权利要求3所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述腔门的材质为耐高温和隔热的氧化物。

5.如权利要求3所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述腔门控制器包括接受气体传感器、二次仪表、控制电路指令的控制机械。

6.如权利要求2所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述焙烧炉包括烟气循环管道及其循环控制装置，所述烟气循环管道包括连通所述冷凝回收器出口的循环输入管道、连通所述焙烧炉排气口的循环输出管道，所述循环控制装置包括所述气体传感器、二次仪表、控制电路以及受控的烟气配送阀门以及风机。

7.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述焙烧炉包括振动机构，振动机构包括设在焙烧炉外部的电机、焙烧炉内部的振动凸轮、连接在电机与振动凸轮之间的传动杆、铺设在所述振动凸轮之上用以承载所述物料推舟的振动板、限定振动板的4个或更多的弹性支座。

8.如权利要求7所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述中温腔室、高温腔室、冷却腔室中分别设有各自的振动机构。

9.如权利要求1或2所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述冷却换热器包括预热进气的气管换热器和加热液媒的液媒换热器。

10.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发焙烧炉，其特征在于：所述推进装置包括推进杆和包括所述气体传感器、二次仪表、控制电路。