CN201038237Y

CN201038237Y - 废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统

Info

Publication number: CN201038237Y
Application number: CNU2007201193149U
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: 2008-03-19
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回收系统，其包括分类输送设备、液体过滤器，依序装设的电池破壳机、水洗槽、选择性挥发焙烧炉、冷凝回收器、酸溶槽、加热浓缩器；其中，电池破壳机将废弃电池进行轴向破壳；水洗槽进行增能漂洗；焙烧炉进行分段升温分馏得到不同温度段的烟气；冷凝回收器进行冷凝分别得到氯化铵颗粒、锌/氧化锌粉末；酸溶槽进行酸溶、碱沉；液体过滤器进行过滤提纯；加热浓缩器将提纯后的酸溶槽溶液加热浓缩得到纯化硫酸锰颗粒。本实用新型回收系统能够对锌锰电池中的大宗内容物进行全面回收，回收得到的产物纯度较高，而且回收操作和相关设备较简单，基本不产生二次污染。

Description

废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统

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系统。

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。

有申请号为200410026573·8的中国专利申请文件公开了一种从废干电池中提取锌和二氧化锰的方法，该方法依次包括：(A)废干电池的前处理，依次包括以下步骤：(A1)废干电池在热解炉内进行绝氧热解，分解有机物，并把电池中的二氧化锰还原为易酸溶提取的低价氧化物，热解温度为450℃～550℃，热解时间为1.5-3.5小时；(A2)废干电池的破碎及磁选拣铁；(B)上述前处理后的废干电池进行酸溶及净化；(C)对上述净化的酸溶液进行电解，采用锌锰同槽电解法，阴极电流密度为250-1200A/m²，阳极电流密度为30～100A/m²。该方法及其设备系统具有如下缺点：采用电解方法及电解设备等回收提取废旧碱锰电池中的锌锰，耗电量大，不适于国内电能日益短缺的经济总体情况，而且该法采用强酸电解液，制备过程更复杂、劳动条件更差，还会造成酸雾二次污染。

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回收系统，其具有如下优点：能够对锌锰电池中的大宗内容物进行全面回收，回收得到的产物纯度较高，而且回收操作和相关设备较简单，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回收系统，其包括分类输送设备、液体过滤器，而所述回收系统包括按如下工序装设的电池破壳机、水洗槽、选择性挥发焙烧炉、冷凝回收器、酸溶槽、加热浓缩器；其中，所述电池破壳机包括带有壁面刀刃的电池通孔和电池推进器，其将废弃电池进行轴向破壳；所述水洗槽带有水体增能器，其将电池破壳后的表层物和内容物进行增能漂洗；所述焙烧炉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的槽液和酸溶槽中的碱沉溶液进行过滤提纯；所述加热浓缩器将提纯后的酸溶槽溶液加热浓缩得到纯化硫酸锰颗粒。

本实用新型的选择性挥发回收系统，先用带有壁面刀刃的电池破壳机对电池将废弃电池进行轴向破壳；再用水洗槽将电池中的电化活性内容物彻底清洗，使其中的组份复杂的碱性电解质基本留在清洗液体中，使得固体电化活性内容物成份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；然后将成份简化的固体电化活性内容物置于选择性挥发焙烧炉内进行阶段升温回收/提取，在适当封闭的炉内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经过水洗步骤，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，但是考虑到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，为了严格环保和尽可能化害为利起见，本实用新型系统还能用选择性挥发焙烧炉、冷凝回收器等进行如下操作：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。

由上述分析可见，本实用新型的工艺采用改进的电池破壳机、水洗槽、选择性挥发焙烧炉、冷凝回收器、酸溶槽、液体过滤器等五类主要设备就能将锌锰电池中的大宗废弃物质完全提取出来加以回收再用，其中焙烧炉是主要耗能设备，除了有利于全面、高纯地回收大宗废弃物质、提高后续溶解分离的效率外，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。

本实用新型具体结构改进还包括：。

为提高水洗槽的洗涤效率、促进后续处理的优化，所述水洗槽中包括施加热能的换热器盘管、超声振子、机械搅拌器其中一种或一种以上。

为提高本系统中主要耗能和易挥发气体设备的能效、操作弹性、自动化程度、环保水平，所述焙烧炉包括产生高温烟气的燃烧室或还附设有电加热器、水平设置且依序连通的中温腔室、高温腔室、冷却腔室和贯通各腔室的管状物料通道，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，在该物料通道中容纳有一系列物料推舟及其振动式推进装置，在各个腔室中设有高温烟气入烟口、进气口、排气口、温度检测装置和风管系统，该风管系统包括风机和控制阀门，所述冷却腔室中设有冷却换热器，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，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。

作为本系统的回收较高纯度产物、预防二次污染的重要设备，所述冷凝回收器包括烟气的入气口、出气口、垂直折板式沉降室沿所述折板壁面分布的冷却器盘管，所述沉降室中包括多块相间排布的上部折板和下部折板，所述折板为中空结构，折板内壁面上紧贴分布有冷却器盘管，设在上部折板下方的是沉降室的收集口，所述冷凝回收器的出气口连通袋式和/或静电式和/或旋风式除尘器。

为提高本系统的回收效率、回收产物纯度、预防二次污染，所述冷凝回收器包括分别冷凝分离氯化铵颗粒、残存汞液、锌/氧化锌粉末的氯化铵冷凝回收器、汞液冷凝回收器、含锌粉末冷凝回收器，其中，所述氯化铵冷凝回收器、汞液冷凝回收器的入气口连接在所述焙烧炉的中温腔室的排气口，所述含锌粉末冷凝回收器的入气口连接在所述焙烧炉的高温腔室的排气口。

为了系统节能和减少污染、增加回收品种，所述水洗槽中的换热器盘管的进出口连接着所述焙烧炉的冷却腔室中所设的液媒换热器。

为了系统节能、减少污染、增加焙烧炉操作弹性，所述冷凝回收器的出气口均连通到所述焙烧炉的冷却腔室中所设的气管换热器入气口，而该气管换热器的出气口通过风管系统连通到所述焙烧炉的各腔室的进气口。所述风管系统包括连通所述冷凝回收器出气口的循环输入管道、连通所述焙烧炉排气口的循环输出管道，而其循环控制装置包括气体传感器、二次仪表、控制电路以及控制阀门。

为了系统节能和减少污染，所述加热浓缩器中包括施加热能的换热器蛇管，该换热器蛇管的进出口连接着所述焙烧炉的冷却腔室中所设的液媒换热器。

为了提高系统效率，所述液体过滤器包括分离过滤所述水洗槽中槽液和过滤所述碱沉溶液的碱液过滤器、过滤所述酸溶溶液的酸液过滤器；在各主要设备间设有所述的分类输送设备。

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为本实用新型回收系统实施例的结构示意图。

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回收系统的实施例的结构示意图。其包括各主要设备间所设的分类输送设备(不予详示)、过滤碱沉溶液的碱液过滤器、过滤所述酸溶溶液的酸液过滤器(均不予详示)，而所述回收系统还包括按如下工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；一或多个冷凝回收器150将各温度段的烟气进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的槽液和酸溶槽中的碱沉溶液进行过滤提纯；所述加热浓缩器190利用挥发焙烧炉120来的余热将提纯后的酸溶槽180溶液加热浓缩得到纯化硫酸锰颗粒。

所述加热浓缩器190将提纯后的酸溶槽溶液加热浓缩得到纯化硫酸锰颗粒。所述加热浓缩器190包括施加热能的夹套式换热器蛇管191，该换热器蛇管191的进出口连接着所述焙烧炉120的冷却腔室124中所设的液媒换热器136。

所述风管系统包括连通所述冷凝回收器150出气口的循环输入管道141、连通所述焙烧炉排气口131的循环输出管道142，而其循环控制装置包括气体传感器137、二次仪表138、控制电路以及控制阀门134。

所述焙烧炉120将经水洗干净的电池表层物和内容物置于物料推舟127中进行分段升温分馏得到不同温度段的烟气；焙烧炉120包括产生高温烟气的燃烧室121A和附设的电加热器121B、水平设置且依序连通的中温腔室122、高温腔室123、冷却腔室124和贯通各腔室的管状物料通道125，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，在该物料通道125中容纳有一系列物料推舟127及其振动式推进装置128，在各个腔室中设有高温烟气入烟口129、进气口130、排气口131、温度检测装置132和风管系统，该风管系统包括风机133和控制阀门134，所述冷却腔室124中设有冷却换热器，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、排气口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的输出线路(以虚线表示，且虚线兼表示控制线路)连接着二次仪表以及控制电路138。

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回收系统，其包括分类输送设备、液体过滤器，其特征在于：所述回收系统包括按如下工序装设的电池破壳机、水洗槽、选择性挥发焙烧炉、冷凝回收器、酸溶槽、加热浓缩器；其中，所述电池破壳机包括带有壁面刀刃的电池通孔和电池推进器，其将废弃电池进行轴向破壳；所述水洗槽带有水体增能器，其将电池破壳后的表层物和内容物进行增能漂洗；所述焙烧炉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的槽液和酸溶槽中的碱沉溶液进行过滤提纯；所述加热浓缩器将提纯后的酸溶槽溶液加热浓缩得到纯化硫酸锰颗粒。

2.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述水洗槽中包括施加热能的换热器盘管、超声振子、机械搅拌器其中一种或一种以上。

3.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述焙烧炉包括产生高温烟气的燃烧室或还附设有电加热器、水平设置且依序连通的中温腔室、高温腔室、冷却腔室和贯通各腔室的管状物料通道，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，在该物料通道中容纳有一系列物料推舟及其振动式推进装置，在各个腔室中设有高温烟气入烟口、进气口、排气口、温度检测装置和风管系统，该风管系统包括风机和控制阀门，所述冷却腔室中设有冷却换热器，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，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。

4.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述冷凝回收器包括烟气的入气口、出气口、垂直折板式沉降室沿所述折板壁面分布的冷却器盘管，所述沉降室中包括多块相间排布的上部折板和下部折板，所述折板为中空结构，折板内壁面上紧贴分布有冷却器盘管，设在上部折板下方的是沉降室的收集口，所述冷凝回收器的出气口连通袋式和/或静电式和/或旋风式除尘器。

5.如权利要求2所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述水洗槽中的换热器盘管的进出口连接着所述焙烧炉的冷却腔室中所设的液媒换热器。

6.如权利要求3所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述冷凝回收器包括分别冷凝分离氯化铵颗粒、残存汞液、锌/氧化锌粉末的氯化铵冷凝回收器、汞液冷凝回收器、含锌粉末冷凝回收器，其中，所述氯化铵冷凝回收器、汞液冷凝回收器的入气口连接在所述焙烧炉的中温腔室的排气口，所述含锌粉末冷凝回收器的入气口连接在所述焙烧炉的高温腔室的排气口。

7.如权利要求3所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述冷凝回收器的出气口均连通到所述焙烧炉的冷却腔室中所设的气管换热器入气口，而该气管换热器的出气口通过风管系统连通到所述焙烧炉的各腔室的进气口。

8.如权利要求3所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述风管系统包括连通所述冷凝回收器出气口的循环输入管道、连通所述焙烧炉排气口的循环输出管道，而其循环控制装置包括气体传感器、二次仪表、控制电路以及控制阀门。

9.如权利要求3所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述加热浓缩器中包括施加热能的换热器蛇管，该换热器蛇管的进出口连接着所述焙烧炉的冷却腔室中所设的液媒换热器。

10.如权利要求1所述废弃锌锰电池的选择性挥发回收系统，其特征在于：所述液体过滤器包括分离过滤所述水洗槽中槽液和过滤所述碱沉溶液的碱液过滤器、过滤所述酸溶溶液的酸液过滤器；在各主要设备间设有所述的分类输送设备。