第四章 产品工艺流程
4.1 产品方案的选择
(1)深入进行市场调查，充分了解相关行业需求及同类产品生产情况，准确预测市场走向，在市场调查的基础上，筛先出销路好、效益高、发展前景广阔的产品。
(2)结合现有市场容量及今后发展趋势，确定产品方案及建设规模避免能力过剩，从而确保项目经济效益。
(3)充分考虑原料供应情况，发挥国内及当地资源优势选择合理的原料路线方案。
(4)充分考虑规模经济优势，确定经济合理的设备规模在充分考虑上述情况和市场分析情况后，确定本项目建设设计为2万吨/年废锂电池回收处理工艺及其钴、镍、锰、三元材料、锂及铁和铝等材料应用。
4.2 生产规模
根据国内市场需求缺口和已掌握的原料、与项目的设计能力，项目建设完成后，第四年满负荷达产，年处理两万吨废旧锂电池，同时年产1.2万吨再生材料，其达产率为：第一年50%;第二年70%;第三年90%;第四年以后100%。
4.3工艺技术方案的比较和选择
4.3.1 国内外技术概况
1.动力电池的回收技术
下图是已被国内外普遍认可和遵循的动力锂电池使用回收流程，该流程结合循环经济理论和产品生命周期分析(LCA)原理建立。根据USABC的相关评估标准，动力电池的使用寿命终了为实际容量下降到标称容量80%以下。对该部分电池进行回收进行二次利用将会大大减轻对环境的污染。而废旧不再拥有使用价值的动力电池则采取循环再造形式进行再制造。
图表4-1 动力锂电池回收流程循环经济示意图
目前，国内外对废旧锂离子电池的回收过程是：首先彻底放电，然后对电池进行拆解分离出正极、负极、电解液和隔膜等各组成部分。再对电极材料进行碱浸出、酸浸出、除杂后进行萃取以实现有价金属的富集。在回收过程中用到的方法主要分为按提取工艺可分为3大类：干法回收技术，湿法回收技术，生物回收技术。
4.3.2 几种回收技术方案诠释
1、干法回收技术
定义：干法回收是指不通过溶液等媒介，直接实现材料或有价金属的回收方法，主要是通过物理分选法和高温热解法，对电池破碎进行粗筛分类，或高温分解除去有机物以便于进一步的元素回收。干法回收不经过其他的化学反应，工艺流程较短，回收的针对性不强，是实现金属的分离回收初步阶段;
方法：
(1)机械分选法：机械分选法是利用电池不同组分的密度、磁性等物理性质的不同，采取破碎、筛分等手段将电池材料粗筛分类，实现不同有用金属的初步分离回收的目的。总的来说，由于锂离子电池的结构比较特殊，活性材料和集流体粘合紧密，不易解体和破碎，在筛分和磁选时，存在机械夹带损失，因此很难实现金属的完全分离回收。
(2)高温热解法：高温热解法主要通过高温焚烧分解去除粘结剂，使材料实现分离，同时经过高温焚烧，电池中的金属会氧化、还原并分解，形成蒸汽挥发，通过冷凝将其收集。该方法虽然工艺简单，产物单一，但耗能较高，比较适合预处理过程。
2、湿法回收技术
湿法是以各种酸碱性溶液为转移媒介，将金属离子从电极材料中转移到浸出液中，再通过离子交换、沉淀、吸附等手段，将金属离子以盐、氧化物等形式从溶液中提取出来。湿法回收技术工比较艺复杂，但各有价金属的回收率较高。
方法：
(1)湿法冶金：湿法冶金是将废弃电池破碎后，用合适的化学试剂选择性溶解，分离浸出液中的金属元素。由于处理设备投资成本低，适合中小规模废旧锂电池的回收。为了提高金属的提取效率，该工艺要求废弃锂电池在破碎前要根据电池的材料化学组成的不同进行精细分类，以配合浸出液化学系。
(2)化学萃取法：萃取法是利用某些有机试剂与要分离的金属离子形成配合物，然后利用适宜的试剂将金属分离出来。这种方法对设备的防腐要求高，同时要使用大量有机溶剂，对环境有二次污染，且回收成本高。
(3)离子交换法：利用离子交换树脂对要收集的金属离子络合物的吸附系数的不同来实现金属分离提取。该工艺简单，易于操作。
3.生物回收技术
定义：生物回收技术是一种工艺简单、成本经济、环境友好的回收技术废旧电池回收利用调查报告，主要是利用微生物浸出，将体系的有用组分转化为可溶化合物并选择性地溶解出来，得到含有效金属的溶液，实现目标组分与杂质组分分离，最终回收锂等有价金属。
方法：目前，应用生物浸出技术处理废弃锂离子电池的研究才刚刚起步，还有许多难题需要解决，如高效菌种的培养，周期过长，浸出条件的控制等。但其低成本、污染小、可重复利用的特点，是未来锂离子电池回收技术发展的理想方向。
可以看到，废旧动力锂电池的这几种回收工艺都有各自的优缺点。因此，有研究通过优化采用联合回收工艺的方法，可以发挥各种基本工艺的优点，尽可能回收可再生资源和能量，提高回收的经济效益。
4.3.3回收技术方案选择
1、回收技术方案优劣势分析
火法回收提炼重金属需要消耗很高的能量，高温处理产生的烟气污染必须进行严格控制。为了避免二恶英的产生，就要提高焚烧温度，因此设备的投入、运行成本、建设费用都比其他方法高。同时还需对烟气中的二恶英进行后续处理，增加了工艺的复杂程度和运行成本。与火法技术相比，湿法技术具有成本低、二次污染小、对设备的要求低、没有烟气净化的问题。而且操作条件温和，资源回收率高，可得到高纯度的产物。因此目前湿法冶金技术是该领域的研究趋势。
但是针对生物浸出技术处理，目前应用生物浸出技术处理废弃锂离子电池的研究才刚刚起步废旧电池回收利用调查报告，还有许多难题需要解决，如高效菌种的培养，周期过长，浸出条件的控制等。但其低成本、污染小、可重复利用的特点，是未来锂离子电池回收技术发展的理想方向。
2、回收技术方案确定
综合以上三种技术的优劣势，本项目使用湿法回收应用+生物浸出技术研究、研发双轨并行模式，将废锂电池进行资源化，采用放电、拆解、粉碎、分选等工序，不仅对工艺中各个工序进行最优化研究，而且整合和缩减了工艺流程，降低工艺操作的复杂性，降低回收成本。此外，还考虑到生产过程中产生的废水、废渣等，加入环保治理环节，进行清洁生产，达到污染零排放的目标。与国内同领域研究相比，处于领先地位。
本项目在最优化的研究成果前提下，进行规模化、产业化的研发和建设，建成年回收量达1万吨的废锂离子全封闭清洁生产线两条，共计年处理2万吨废旧锂电池，满负荷达产后，总产值超过24个亿，将湿法回收重金属技术进行规模化应用，在国内还未见，即使在国外也不多见，因此本项目的研究处于国内领先的地位。项目成果对于全国废锂电池金属资源回收具有一定的指导作用，成功地填补了国内空白。同时本项目在清洁环保和高值化利用上有了创新，金属回收率，清洁环保，成本低，利润高，在同类企业中具有较大的竞争优势。
4.4 项目工艺流概述
项目拟定废锂电池首先要进行预处理，包括放电、拆解、粉碎、分选。拆解后的塑料及铁外壳回收。
图表4-2 生产流程示意图如
废电池收集：通过各城市电池回收箱、与大城市、各大新能源企业联合共建废旧电池回收站及零散电池回收商处收集废旧锂电池;
放电：在车间内设立不锈钢放电槽，内装盐水溶液，利用行车将成包堆放好的废锂电池逐一放入放电槽内浸泡30分钟以上，放电后将电池摊晾自然干燥;
拆解：通过人工和机器相结合的方式将带有包装的废锂电池拆解开，将拆解后的外壳、铝箔、铜极片等按材质不同分类堆放，拆解过程中采用手套箱等密封防尘设备;
