【摘要】：我國鋰離子電池2017年產(chǎn)量117894.7萬只,累計同比增長31.25%。廢棄鋰離子電池的資源化回收利用,不僅能夠緩解我國重要資源短缺的問題,而且能夠防止其對環(huán)境造成嚴重污染,進而帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。近年來研究學(xué)者大都專注于廢棄鋰離子電池中鈷的回收,對于破碎后物料中銅箔和鋁箔的物理回收利用研究較少。本研究利用剪切破碎及和立式?jīng)_擊破碎機對電池和未經(jīng)過處理的集流體進行破碎處理,選取富集電池集流體的-2+0.25 mm物料,利用主動脈動氣流實驗裝置進行試驗,得到主動脈動氣流分選集流體的影響因素和分離效率�；趦上嗔鞣抡婺M,研究片狀顆粒在主動脈動氣流場中的分選機理,為電池中集流體的有效分離奠定理論基礎(chǔ)。為研究廢棄鋰離子電池破碎后集流體的物理化學(xué)性質(zhì),對實際物料和模擬物料進行粒度和表面性質(zhì)分析。粒度分布近似為正態(tài)分布,顆粒整體較為規(guī)則,但是類球型顆粒較少,多數(shù)為厚片狀。掃描電鏡分析表明實際物料組成較為復(fù)雜,除含有集流體外,還含有少部分的電池外殼材料。實際物料集流體表面含有的石墨和鈷酸鋰顆粒是導(dǎo)致實際物料與模擬物料分選效果不同的重要因素。基于集流體中銅箔鋁箔密度的不同,進行模擬物料的主動脈動氣流分選試驗,通過調(diào)節(jié)氣流速度、脈動頻率和給料速度得到最優(yōu)的分選條件。氣流速度影響顆粒所受曳力的大小,對分離效率影響最大。響應(yīng)面試驗得到-1+0.5mm模擬物料的最高分離效率為71.22%,-0.5+0.25 mm模擬物料最高分離效率為73.15%。對比不同粒度模擬物料的分離效率,發(fā)現(xiàn)顆粒粒度和粒度級寬窄會影響分選效果。參照模擬物料的試驗最優(yōu)分選條件進行CFD-DEM耦合計算整個分選過程。氣流場的壓強和速率周期性變化。在給料端和重產(chǎn)物出料端無明顯壓強變化,為給料和分選區(qū)域的相對穩(wěn)定性提供了良好條件。顆粒分選區(qū)域內(nèi)周期性上下運動,大部分鋁顆粒成為輕產(chǎn)物,銅顆粒成為重產(chǎn)物。顆粒的位移、速度和受力變化呈現(xiàn)周期性變化,通過定量分析隨機選擇的兩組顆粒運動速度、所受合力、升力、扭矩的變化得到:顆粒在分選過程中Saffman剪切提升力、虛擬質(zhì)量力遠小于重力和曳力,可以忽略不計;受顆粒加速度影響明顯的Basset力大小是重力的千分之一,對顆粒的運動行為影響不大。顆粒在主動脈動氣流分選過程中重力和曳力對分選起主導(dǎo)作用。仿真模擬結(jié)果與模擬物料的分選結(jié)果相吻合。在分選過程中,顆粒的形狀性質(zhì)不會消除密度對分選效果的影響。實際物料經(jīng)過再破碎之后顆粒形狀發(fā)生變化,但影響分離效率的因素不變。響應(yīng)面試驗得到-1+0.5 mm物料的最優(yōu)分選條件為:氣流速度7.62 m/s、脈動頻率3.91 Hz、給料速度0.62 g/s,達到的最大分離效率是63.68%,銅的回收率為67.64%。鋁的回收率為96.21%。-0.5+0.25 mm物料的最優(yōu)分選條件為:氣流速度6.10 m/s、脈動頻率7.15 Hz、給料速度0.5 g/s,達到的最大分離效率是68.19%,銅的回收率為83.82%。鋁的回收率為84.37%。
【圖文】：

被當作一般垃圾處理，勢必會造成嚴重的環(huán)境污染[17, 18]。例如，六氟磷酸鋰具有強烈的腐蝕性，遇到水分會發(fā)生分解生成 HF，容易與強氧化劑反應(yīng)，燃燒時產(chǎn)生 P2O5；難降解的有機溶劑和它的水解分解產(chǎn)物，如二甲氧基乙烷、甲酸和甲醇等都是有毒有害物質(zhì)，，會對水、大氣和土壤造成嚴重污染，破壞生態(tài)環(huán)境造；在環(huán)境中，銅、鈷等重金屬具有累積效應(yīng)，借助生物鏈將最終危害人類自身安全，危害性極大[19]�；谝陨险撌隹梢钥闯觯瑥U棄鋰離子電池的資源化回收利用，不僅能夠很大程度上緩解我國重要資源短缺的問題，而且能夠防止其對環(huán)境造成嚴重污染，進而帶來可觀的經(jīng)濟效益和很高的社會效益[20, 21]。所以廢棄鋰離子電池的回收再利用變得尤為重要。2.1.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成鋰離子電池具有方形、圓柱形、紐扣型等不同的形狀，不管形狀如何，其結(jié)構(gòu)和組成基本一致，其結(jié)構(gòu)一般由外殼、正極、負極、粘結(jié)劑、有機電解液（聚碳酸酯類有機溶劑）和隔膜紙等部分組成，如圖 2-1所示。

由式 2-3 可知，上升氣流可以縮短顆粒達到沉降末速的時間和下降距離，因此在分選中常采用上升氣流。顆粒在實際氣流分選過程中的運動是干涉沉降。在干涉條件下，使顆粒按沉降末速分選時，上升氣流速度的大小，應(yīng)根據(jù)物料中各種組分的性質(zhì)，通過實驗確定。以球型顆粒為例，A、B、C、D 四種顆粒自由沉降的時間速度曲線如圖 2-2所示，其中 A 為高密度，粒徑大的顆粒；B 為低密度，粒徑大的顆粒；C 為高密度，粒徑小的顆粒；D 為低密度，粒徑小的顆粒。在 t 時刻之前，高密度顆粒 A、C 的沉降末速始終大于低密度顆粒 B、D 的沉降末速，在此時刻之前組分 A、B 與組分 C、D 間的分選，可認為是按密度分選。在 t 時刻之后，大粒度、低密度顆粒 B 的沉降末速超過 C 顆粒，此后沉降末速決定了 B、C 顆粒的分選。對于傳統(tǒng)的氣流分選裝置，認為 B、C 組分是難選組分，B、C 組分的有效分選不易實現(xiàn)。設(shè)想在氣流分選裝置中通過加速、減速區(qū)域控制顆粒沉降末速，使 B、C組分的沉降末速始終低于 ，在理論上則可以實現(xiàn) B、C 組分的有效分選，即可以認為密度是組分有效分選的主要因素。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X705

【參考文獻】

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本文編號：2601823