一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及化工设备领域，特别是一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置。


背景技术：

2.由于锂电池的优越性越来越多的电子产品采用锂电池提供电能，随着电子产品的广泛应用及更新换代，废弃或不合格的锂电池数量也随着增加，锂电池中含有大量不可再生但经济价值高的重金属，如锂、钴、镍、锰等，有效回收处理废弃或不合格锂电池，使重金属得到回收再使用，不仅能减少不可再生资源的消耗，也能减轻环境的压力。
3.常见的废旧锂电池回收工艺主要有液相法和固相法回收工艺，液相法回收工艺在生产过程中需要使用到化学试剂，化学试剂对设备的损耗大，同时生产过程中产生的废液会对环境带来危害，需要严格处理废液并控制废液排放，避免污染环境。而固相法回收工艺在对废旧锂电池进行回收处理的过程中，通常采用高温还原工艺，还原过程中会排出大量的烟气，对环境也会带来危害，并且在处理过程往往运用到高温还原的工艺，在实际生产中，高温对于设备的要求比较高，在生产过程中存在有一定的安全隐患。废旧锂电池在回收过程对设备的损耗或高要求不利于生产成本的控制，并且对环境存在有一定的污染隐患。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于解决上述技术问题，提供一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，应用该反应装置还原回收三元锂电材料，能有效降低回收过程对设备的高要求和损耗，能有效控制生产成本，同时对生产过程产生的烟气进行循环利用，降低对环境的污染，具有更高的经济效益。
5.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案有：一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，包括依次设置的混料罐、流化床反应器和水浸罐，所述流化床反应器和水浸罐之间设有物料罐和旋风分离器；所述混料罐内设有搅拌装置，所述混料罐的底部设有混料出口；所述流化床反应器包括进料口、出料口和出气口，所述进料口位于所述流化床反应器的上端并与所述混料罐的混料出口连接，所述出料口位于所述流化床反应器的底部并与所述物料罐连接，所述出气口位于所述流化床反应器的顶部并与所述旋风分离器连接；所述流化床反应器的外壁设有若干个加热器；所述物料罐与所述水浸罐之间通过设有输送泵的输料管道连接；所述旋风分离器包括设于上端的出风口和设于下端的排料口，所述出风口与所述水浸罐连接，所述排料口连接所述输料管道。
6.本实用新型提供的一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，采用流化床反应器作为三元锂电材料还原反应的主要设备，适合于以无烟煤作为还原剂的三元锂电材料回收反应工艺，通过流化床反应器进行还原反应后可得到粉末状混合物和以二氧化碳为主要成分的混合气体，其中粉末状混合物为镍、钴、锰和锂的氧化物以及单质钴和单质镍，反应过程对设备的要求较低，降低对设备的损耗和避免产生污染环境的废液；还原后的粉末状混
合物通过物料罐后由输料管道输送进入水浸罐；而混合气在经过旋风分离器进行固气二次分离后，混合气在水浸过程中注入水浸罐，使碳酸锂转化为更易溶解的碳酸氢锂。在整个反应装置中，一方面通过流化床反应器使无烟煤和三元锂电材料的还原反应安全地进行，避免化学试剂对设备的损耗，保证设备的使用寿命，控制生产成本；另一方面在流化床反应器中反应得到的混合气体得到有效地控制并引导进入水浸罐中，使混合气体参与到浸取工序中，合理回收利用，避免直接排入空气中污染环境，同时由于混合气体的参与，能够提高碳酸锂的转化率和浸出效率，保证生产效率和经济效益得到提高。
7.优选地，所述出气口处设有第一过滤装置。这进一步地优化了上述方案，通过第一过滤装置的设置，利于过滤固体颗粒，减少固体颗粒进入旋风分离器中，能有效提高旋风分离器的效率。
8.优选地，所述出风口与所述水浸罐之间设有三通阀，所述三通阀分别与所述出风口、所述流化床反应器和所述水浸罐连接，所述出风口与所述三通阀之间设有一氧化碳浓度检测装置。这进一步地，通过三通阀和一氧化碳浓度检测装置的设置，有效地控制进入水浸罐的混合气中一氧化碳的浓度，当检测到一氧化碳浓度超标时，混合气通过三通阀重新进入流化床反应器进行反应，当一氧化碳浓度符合要求时，则混合气直接进入水浸器中参与锂元素的浸取。
9.优选地，所述出风口处设有第二过滤装置。这进一步地优化了上述方案，通过在出风口设置第二过滤装置，对分离后的混合气进行进一步地过滤，进一步降低粉末进入下一工序，避免影响一氧化碳检测装置和三通阀的使用寿命。
10.优选地，所述水浸罐内设有所述搅拌装置。这进一步地优化了水浸罐的结构，通过搅拌装置，使水浸取更加充分。
11.优选地，所述水浸罐内还设有鼓泡器，所述出风口与所述鼓泡器连接。这进一步地优化了上述方案，通过鼓泡器的设置，使混合气进入水浸罐时和水浸罐内物质的接触面积更大，利于提高锂元素的浸出效率。
12.优选地，所述加热器的数量为三个，三个所述加热器从上至下依次设于所述流化床反应器的外壁上。
13.优选地，三个所述加热器为独立设置的温度调节系统。这进一步地优化了上述方案，利于更加灵活地设置使用加热器，可以通过采用不同加热介质和温度设置控制还原反应过程。
14.优选地，所述水浸罐连接有离心分离器，所述离心分离器的第一出口和第二出口分别连接存储罐和物料槽。这进一步地优化了反应装置，通过离心分离器将水浸后的悬液进行离心，使悬液固液分离，得到富含碳酸氢锂的液体通过第一出口进入到存储罐中，富含镍钴锰的固体从第二出口进入到物料槽内。
附图说明
15.图1为本实用新型的结构示意图。
16.附图标记：
17.101.混料罐；102.流化床反应器；103.水浸罐；104.物料罐；105.旋风分离器；106.搅拌装置；107.混料出口；108.进料口；109.出料口；110.出气口；111.加热器；112.输送泵；
113.输料管道；114.出风口；115.排料口；116.离心分离器；117.第一出口；118.第二出口；119.存储罐；120.物料槽；121.第一过滤装置；122.三通阀；123.一氧化碳浓度检测装置；124.第二过滤装置；125.鼓泡器。
具体实施方式
18.结合附图说明本实用新型的一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置。
19.如附图1所示的实施例中，包括依次设置的混料罐101、流化床反应器102和水浸罐103，流化床反应器102和水浸罐103之间设有物料罐104和旋风分离器105；混料罐101内设有搅拌装置106，待还原回收的三元锂电材料和还原剂无烟煤按比例放入混料罐101中进行通过搅拌装置106混合均匀得混合物料，混料罐101的底部设有混料出口107，混合物料从混料出口107排出，并进入和混料罐101相连的流化床反应器102中进行还原反应；流化床反应器102包括进料口108、出料口109和出气口110，进料口108设置在流化床反应器102的上端并且和混料出口107连接，出料口109设置在流化床反应器102的底部并且和物料罐104连接，出料口用于排出还原后得到的粉末状混合物，出气口110位于流化床反应器102的顶部并且和旋风分离器105连接，出气口110用于排出还原反应产生的气体，该气体为主要成分为二氧化碳的混合气体，在流化床反应器102的外壁上还设置有若干个加热器111，加热器111用于为还原反应提供所需的热量；物料罐104和水浸罐103之间通过设置有输料泵的输料管道连接，用于将还原后得到的粉末状混合物输送进水浸罐103内进行后续的锂浸取工序，还原后得到的粉末状混合物为镍、钴、锰和锂的氧化物以及单质钴和单质镍；旋风分离器105包括设置在上端的出风口114和设置在下端的排料口115，出风口114和水浸罐103连接，排料口115连接至输料管道113，混合气体进入旋风分离器105后，进一步固气分离，分离出的固体粉状物将从排料口115排出连接至输料管道113，以便和物料罐104内的粉末状混合物一起进入水浸罐103中进行浸取工序，分离出的混合气体则通过出风口114进入水浸罐103中，在水浸过程中，将混合气体输送进水浸罐103参与到锂浸取，在水浸罐103中将锂的氧化物转为碳酸锂或碳酸氢锂以便使锂和镍钴锰材料分离，并且通过混合气体的参与能够加快碳酸锂转化为更容易溶解的碳酸氢锂，使锂的转化率和浸出效率更高效。
20.在本实施例中，出气口110处设置有第一过滤装置121，通过第一过滤装置121使流化床反应器102产生并排出的气体得到初步过滤，减少固体颗粒进入到旋风分离器105中，有利于提高旋风分离器105的效率。
21.在本实施例中，出风口114和水浸罐103之间设有三通阀122，三通阀122分别和出风口114、流化床反应器102和水浸罐103连接，在出风口114和三通阀122之间设有一氧化碳浓度检测装置123，出风口114排出的混合气经过一氧化碳浓度检测装置123的检测后，当混合气中一氧化碳的浓度超过要求时，将通过三通阀122使混合气重新进入流化床反应器102参与反应，使一氧化碳转化为二氧化碳之后再重新排出至旋风分离器；当一氧化碳的浓度符合要求时，则通过三通阀将混合其他输送至水浸罐103中参与浸取工序。
22.在本实施例中，出风口114处设置有第二过滤装置124，第二过滤装置124便于对经过旋风分离器105分离后的混合气进行进一步过滤，降低细微粉末进入后续管道和仪器如一氧化碳检测装置、三通阀等的几率，减少对管道和仪器的损坏风险。
23.在本实施例中，水浸罐103内还设有搅拌装置106，通过搅拌装置106使浸取效果更
佳充分。在水浸罐103内还设有鼓泡器125，出风口114和鼓泡器125连接，使气体从出风口114进入鼓泡器125后进入水浸罐103内，通过鼓泡器125的释放使气体和水浸罐103内的物质的接触面积更大，利于浸取效率的提高。
24.在本实施例中，加热器111的数量为三个，三个加热器111从上至下依次设置在流化床反应器102的外壁上；三个加热器111为独立设置的温度调节系统，在反应过程中，三个加热器111可以采用不同的加热介质并且控制不同的温度以便对还原反应过程进行控制。
25.在本实施例中，水浸罐103连接有离心分离器116，离心分离器116包括第一出口117和第二出口118，第一出口117连接存储罐119，第二出口118连接物料槽120，水浸后的悬液从水浸罐103中排出到离心分离器116后，经过离心将悬液进行固液分离，液体通过第一出口进入到存储罐119中，固体从第二出口118进入到物料槽内，液体为富含碳酸氢锂的液体，固体为富含镍钴锰的固体。
26.根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

技术特征：
1.一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于：包括依次设置的混料罐、流化床反应器和水浸罐，所述流化床反应器和水浸罐之间设有物料罐和旋风分离器；所述混料罐内设有搅拌装置，所述混料罐的底部设有混料出口；所述流化床反应器包括进料口、出料口和出气口，所述进料口位于所述流化床反应器的上端并与所述混料罐的混料出口连接，所述出料口位于所述流化床反应器的底部并与所述物料罐连接，所述出气口位于所述流化床反应器的顶部并与所述旋风分离器连接；所述流化床反应器的外壁设有若干个加热器；所述物料罐与所述水浸罐之间通过设有输送泵的输料管道连接；所述旋风分离器包括设于上端的出风口和设于下端的排料口，所述出风口与所述水浸罐连接，所述排料口连接所述输料管道。2.根据权利要求1所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，所述出气口处设有第一过滤装置。3.根据权利要求1所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，所述出风口与所述水浸罐之间设有三通阀，所述三通阀分别与所述出风口、所述流化床反应器和所述水浸罐连接，所述出风口与所述三通阀之间设有一氧化碳浓度检测装置。4.根据权利要求3所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，所述出风口处设有第二过滤装置。5.根据权利要求1所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，所述水浸罐内设有所述搅拌装置。6.根据权利要求5所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，所述水浸罐内还设有鼓泡器，所述出风口与所述鼓泡器连接。7.根据权利要求1所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，所述加热器的数量为三个，三个所述加热器从上至下依次设于所述流化床反应器的外壁上。8.根据权利要求7所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，三个所述加热器为独立设置的温度调节系统。9.根据权利要求1至8任意一项所述的无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，其特征在于，所述水浸罐连接有离心分离器，所述离心分离器的第一出口和第二出口分别连接存储罐和物料槽。

技术总结
本实用新型是一种无烟煤还原三元锂电材料的反应装置，包括依次设置的混料罐、流化床反应器和水浸罐，流化床反应器和水浸罐之间设有物料罐和旋风分离器；混料罐内设有搅拌装置，底部设有混料出口；流化床反应器包括进料口、出料口和出气口，进料口与混料出口连接，出料口与物料罐连接，出气口与旋风分离器连接；流化床反应器的外壁设有若干个加热器；物料罐与水浸罐之间通过设有输送泵的输料管道连接；旋风分离器包括设于出风口和设于排料口，出风口与水浸罐连接，排料口连接输料管道。本实用新型在于提供一种能有效降低回收过程对设备损耗和对环境的污染，具有更高的生产经济效益的三元锂电材料还原反应装置。的三元锂电材料还原反应装置。的三元锂电材料还原反应装置。


技术研发人员：杨伟 冯耀玮 薛历兴
受保护的技术使用者：黔西南钠泰新能源科技有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/7/21