利用废旧锂电池回收产生的废渣制备陶粒研究进展

2022-09-01 06:11周新苗刘志鹏侯全杨
佛山陶瓷 2022年8期
关键词:废旧电池陶粒废渣

周新苗,刘志鹏,侯全杨

(广东邦普循环科技有限公司,佛山528100)

1 前言

在“双碳”目标的推动下,低碳发展势在必行又任重道远,再生资源回收利用是碳减排的重要路径之一,同时兼具污染物减排的协同效益,无疑是实现碳达峰和碳中和不可或缺的方式,借助新能源国家利好政策的东风,废旧电池回收成为新的产业风口[1]。废旧电池在有价金属提取过程中不可避免会产生部分工业废渣,“治废”的同时也带来了一定的“新废”。因此,对废旧锂电池回收产生的废渣进行工业固废资源化利用,成为建设资源节约型、环境友好型和实现可持续发展型社会的重要举措。

目前国内回收企业对电池的后续处理主要以湿法回收为主,石墨渣、铁铝矾渣等是废旧电池回收行业产生的主要固废[2],对其二次提取有价金属,以100%全量固废制成环保轻质建材,可减轻环境造成的压力,实现全流程固体废物零排放与低值废料的二次资源化应用,成为当前废旧电池回收产业亟待解决的问题。国、内外针对工业固体废弃物资源化利用技术及应用的研究已取得诸多进展,但是在废旧电池回收行业相关报道鲜少,本文基于现有工业固体废弃物制备陶粒的主要工艺及废旧电池回收产生的废渣成分进行分析,针对废旧电池回收产生的废渣制备陶粒的可行性进行了探讨,并给出合理化建议,以供后期借鉴。

2 工业固废制备陶粒的现状

2.1 工业固废制备陶粒的化学组分

根据陶粒的化学元素组成(Si、Al、Mg、Fe、Ca、K、Na等),目前工业固废制备陶粒的原料由主要原料、辅助原料和添加剂组成,化学组成的相对质量分数维持范围在:SiO253%~79%,Al2O312%~26%,CaO、MgO、K2O、Na2O 等熔剂氧化物8%~24%[3],可制备出良好膨胀性能的陶粒。市面上已成功开发出可用于陶粒制备的工业固废主料有煤基固废(粉煤灰、煤矸石)、工业废渣(钢渣、矿渣、煤渣等)、工业尾矿(铁、铜、黄金尾矿等)、污泥(市政、化工污泥等);辅助材料有膨润土、凝灰岩、石灰石、SiC、玻璃粉、纯碱、石膏粉、铝矾土、硅酸钙粉等;添加剂有硫铁矿渣、废矿物油渣、造纸废液等[4]。

2.2 工业固废制备陶粒工艺流程

大部分工业固废原料制备陶粒的生产过程中都需与其他物料掺配,才能够获得适宜的陶粒原料组分,从而制备出性能优良的陶粒。工业固废制备陶粒的主要生产工艺流程如图1 所示。

图1 工业固废制备陶粒工艺流程图

2.3 工业固废制备陶粒处理工艺

工业固废制备陶粒目前主要的处理工艺有烧结法、免烧法两种[5],其中,烧结法是工业固废资源化利用中最为常用的陶粒制备工艺,且在各行业领域工业固废制备陶粒中已实现大规模产业化应用,但存在能耗高、工艺复杂等不足;而免烧法具有工艺投资小、能耗低等优势,但目前仅处于实验室研究阶段,难以实现产业化。表1为工业固废中烧结法和免烧法制备陶粒的对比情况。

表2 铁铝矾渣的主要化学成分(%)

表1 工业固废中烧结法和免烧法制备陶粒的对比情况

3 利用废旧锂电池回收产生的废渣制备陶粒可行性分析

3.1 废旧锂电池回收产生的废渣成分可行性

废旧锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废主要有铁铝矾渣、碳酸钙渣、废石墨粉和氢氧化铝渣,表2 为广东某废旧锂电回收厂的湿法冶炼废渣的主要化学成分(铁铝矾渣)。从表中可以看出,废渣中主要成分铁铝矾渣具有适宜的制备陶粒的基础成分,在外加一些建筑固废以及添加剂,即可构成形成陶粒的必要条件,因此,在原料上废旧锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废资源化制备陶粒成为可能。

3.2 废旧锂电池回收产生的废渣制备陶粒工艺可行性

焙烧包括预热阶段和焙烧阶段两个重要过程,是工业固废烧制陶粒的关键阶段,直接决定了陶粒的性能指标[6]。目前工业固废制备陶粒的处理流程和工艺的产业化研究已经很成熟,故废旧锂电池回收产生的废渣可借鉴现有的工业固废(括煤矸石、尾矿、冶炼渣、粉煤灰、炉渣、脱硫石膏等)采用高温烧胀工艺制备陶粒[7],其中湖南中邦再生资源科技有限公司[8]以铁铝矾渣与建筑弃土为原料、碳化硅废料为发泡剂采用高温烧胀工艺,在1100 ℃以下制备出性能优良的陶粒,体积密度为400~500 级,筒压强度≥1.0MPa,降低其吸水率≤8%,均达到GB/T 17431.2—2010 的要求。因此,在生产工艺上废旧锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废资源化制备陶粒成为可能。

4 结论和展望

双碳背景下,随着新能源汽车的快速发展,废旧电池回收势在必行,但回收过程产生的工业固体废弃物资源化利用将成为行业可持续发展的重要课题。利用废旧锂电池回收产生的废渣制备陶粒对节约和替代原生资源、有效减少碳排放等具有显著的协同效应,是实现碳达峰碳中和目标的重要途径。

利用废旧锂电池回收产生的废渣制备陶粒技术的大规模推广和应用仍然有诸多难题需要进一步解决,主要整理如下:

一是加大产业协同融合。基于废旧锂电池回收产生废渣的资源特点,应充分发挥其成本优势,搭配合适的建筑固废,实现以100%全量固废制成环保轻质建材,实现全流程固体废物零排放与低值废料的二次资源化协同应用。

二是加强政策定向引导。政府应适当出台利用废旧锂电池回收产生的废渣制备陶粒技术相关补贴政策,让更多企业或科研院所投入研发,实现变废为宝、以废治废,形成产品生产成本与质量优势,才能真正实现利用废旧锂电池回收产生的废渣制备陶粒大规模应用。

三是创新技术流程研发。烧结法仍是当前工业固废制备陶粒主要的生产工艺,如何通过优化原料配方、改善装备工艺条件等方式,进一步降低陶粒生产能耗和成产成本,是后期烧结法制备陶粒大规模应用的关键。

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