發(fā)布時間：2017-10-07 00:18

  本文關(guān)鍵詞：廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究

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【摘要】：我國是世界上最大的鋰離子電池生產(chǎn)國和消費國,同時,每年也產(chǎn)生了大量的廢棄鋰離子電池。廢棄鋰離子電池中含有高價值金屬和有毒有害物質(zhì),對其進行二次資源利用,不僅能夠防止環(huán)境污染,還可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用,緩解我國因經(jīng)濟快速發(fā)展帶來的金屬資源緊缺問題,對我國經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。然而目前對廢棄鋰離子電池的資源化研究還處于初始階段,主要集中在通過化學(xué)方法實現(xiàn)高價值正極活性材料的分離提純,對廢棄鋰離子電池的破碎、分選富集研究較少,致使廢棄鋰離子電池難以得到高效的資源化綜合利用。本文以實現(xiàn)廢棄鋰離子電池的資源化綜合利用為目標,著重解決廢棄鋰離子電池的高效破碎及高價值電極活性材料的分選富集這兩個關(guān)鍵問題。本文通過聯(lián)合使用多種分析測試手段詳細深入分析廢棄鋰離子電池的工藝礦物學(xué)特征,為廢棄鋰離子電池的破碎、分選富集奠定基礎(chǔ)。通過研究廢棄鋰離子電池的破碎行為,建立其選擇性破碎的評價方法,并通過自行設(shè)計的破碎機,研究強化選擇性破碎的機理,實現(xiàn)廢棄鋰離子電池的高效破碎解離,為后續(xù)分選富集過程創(chuàng)造好的條件。通過對比制造電池用的商品化純鈷酸鋰和石墨與廢棄鋰離子電池回收得到的鈷酸鋰和石墨顆粒的表面性能和浮選行為,分析富鈷破碎產(chǎn)物的浮選特性,并在此基礎(chǔ)上,有針對的對回收物料進行表面改性,提高其浮選分離效果,使富鈷破碎產(chǎn)物中的鈷酸鋰和石墨得到有效分離。主要研究分為以下三個部分:1.廢棄鋰離子電池的工藝礦物學(xué)研究。廢棄鋰離子電池中銅、鈷、鋁三種金屬含量超過45%,極具回收價值,但回收過程中因六氟磷酸鋰等有毒物質(zhì)釋放帶來的二次污染需得到有效解決;廢棄鋰離子電池具有較好的選擇性破碎特點,破碎過程中應(yīng)強化這種特性;從電極活性材料鈷酸鋰和石墨的晶體類型來看,浮選分選富集具有可行性,回收得到的鈷酸鋰晶格結(jié)構(gòu)變化微小,具有修復(fù)后直接用于電池生產(chǎn)的潛力。該部分為后續(xù)研究的基礎(chǔ)。2.廢棄鋰離子電池的高效破碎解離研究。廢棄鋰離子電池中僅電極活性材料與導(dǎo)電骨架間存在PVDF造成的粘結(jié)力,其余組分間不存在任何結(jié)合力,破碎過程中要確保電極活性材料的解離;提出了礦物組分的選擇性破碎行為判據(jù)σ,如下所示:和選擇性破碎效果判據(jù)ε,如下所示:水介質(zhì)的引入,可以使破碎過程中小于篩網(wǎng)尺寸的破碎產(chǎn)品迅速透過篩網(wǎng),避免重=√1∑(-)2=1=∑×=1復(fù)破碎,但因破碎腔內(nèi)停留時間短,會造成解離不完全;沖擊速度過低,粗粒級產(chǎn)率增加,主要原因在于電極活性材料解理不完全,依然緊密結(jié)合在大塊的銅箔、鋁箔上面,而增加沖擊速度,并不會造成中間粒級產(chǎn)率的增加,可以獲得更大的電極活性材料解離度,增加細粒級產(chǎn)率;相對于錘片而言,錘頭施力方式能夠增加摩擦破碎效果,防止隔膜紙、銅箔、鋁箔、金屬外殼的過破碎,增強電極活性材料的解離效果。3.廢棄鋰離子電池富鈷破碎產(chǎn)物浮選性能改善研究。富鈷破碎產(chǎn)物顆粒外面包裹以PVDF和有機碳酸酯殘體為主的有機層,呈內(nèi)核外殼的“核殼結(jié)構(gòu)”,造成表面性質(zhì)接近,難以浮選分離;在450℃下焙燒15分鐘,可以有效的去除表面有機層,同時不會對石墨造成過氧化,達到較好的改性效果;Fenton高級氧化在Fe2+/H2O2比例為1:120,液固比為75:1條件下反應(yīng)30分鐘,可以脫除富鈷產(chǎn)物顆粒表面有機包裹層,達到表面改性的目的。富鈷破碎產(chǎn)物表面改性后,浮選效果得到極大地改善,其中鈷的品位達到40%,回收率超過95%。通過以上對廢棄鋰離子電池工藝礦物學(xué)、選擇性破碎以及富鈷破碎產(chǎn)物改性浮選的基礎(chǔ)研究,為廢棄鋰離子電池的資源化綜合利用提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐,具有重要的科學(xué)意義。
【關(guān)鍵詞】：廢棄鋰離子電池 選擇性破碎 浮選 工藝礦物學(xué) 資源化
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X705;TD923
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• Extended Abstract10-26
• 變量注釋表26-27
• 1 緒論27-38
• 1.1 引言27-29
• 1.2 鋰離子電池及其結(jié)構(gòu)29-30
• 1.3 資源性與危害性30-32
• 1.4 資源化利用技術(shù)32-36
• 1.5 本章小結(jié)36-38
• 2 技術(shù)路線與研究方法38-48
• 2.1 引言38
• 2.2 研究內(nèi)容與目標38-39
• 2.3 研究方法與思路39-40
• 2.4 實驗材料40-41
• 2.5 實驗設(shè)備41-48
• 3 廢棄鋰離子電池的工藝礦物學(xué)研究48-66
• 3.1 引言48
• 3.2 材料與方法48-49
• 3.3 化學(xué)組成49-52
• 3.4 粒度分布52-53
• 3.5 微觀形貌分析53-55
• 3.6 物相分析55-56
• 3.7 表面分析56-63
• 3.8 破碎過程的化學(xué)反應(yīng)63-64
• 3.9 推薦資源化處理流程64-65
• 3.10 本章小結(jié)65-66
• 4 廢棄鋰離子電池選擇性破碎機理研究66-83
• 4.1 引言66
• 4.2 材料與方法66-67
• 4.3 廢棄鋰離子電池的破碎解離特點67-68
• 4.4 不同組分顆粒粒度差68-69
• 4.5 不同組分質(zhì)量分布差69-70
• 4.6 廢棄鋰離子電池選擇性破碎效果評價方法70-74
• 4.7 水介質(zhì)對選擇性破碎的影響74-76
• 4.8 沖擊速度對選擇性破碎的影響76-78
• 4.9 施力方式對選擇性破碎的影響78-81
• 4.10 本章小結(jié)81-83
• 5 富鈷破碎產(chǎn)物浮選特性研究83-96
• 5.1 引言83
• 5.2 材料與方法83-84
• 5.3 浮選測試84-85
• 5.4 晶體結(jié)構(gòu)分析85-87
• 5.5 表面潤濕性87
• 5.6 微觀形貌分析87-89
• 5.7 表面分析89-93
• 5.8 回收電極活性材料表面結(jié)構(gòu)93-94
• 5.9 本章小結(jié)94-96
• 6 輕度焙燒氧化對富鈷破碎產(chǎn)物可浮性改善機理96-118
• 6.1 引言96
• 6.2 材料與方法96-97
• 6.3 熱穩(wěn)定性分析97-101
• 6.4 焙燒溫度對表面改性的影響101-107
• 6.5 焙燒時間對表面改性的影響107-113
• 6.6 氧化焙燒對浮選效果的改善113-117
• 6.7 本章小結(jié)117-118
• 7 Fenton氧化對富鈷破碎產(chǎn)物可浮性改善機理研究118-131
• 7.1 引言118-119
• 7.2 材料與方法119-120
• 7.3 富鈷破碎產(chǎn)物Fenton改性機理120-123
• 7.4 Fe~(2+)/H_2O_2對表面改性的影響123-125
• 7.5 液固比對表面改性的影響125-127
• 7.6 芬頓試劑改性后浮選效果的改善127-129
• 7.7 本章小結(jié)129-131
• 8 結(jié)論與展望131-135
• 8.1 結(jié)論131-133
• 8.2 創(chuàng)新點133
• 8.3 展望133-135
• 參考文獻135-144
• 作者簡介144-146
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集146

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本文編號：985855