废弃电池分选拆解工艺及系统背景
现代社会步入电子化时代，现代社会中的机电制品、电子设备的品种越来越多、数量越来越巨大，各种各样的机电制品极大地扩展和延伸了人类的运动器官、感觉器官、甚至思维器官的功能，在这些制品/设备中，方便携带和移动使用的化学电源-电池得到广泛应用。其中人们常用器具、交通工具中的常用电池主要包括以锌锰电池为代表的一次电池和品种日益繁多的二次电池如镍氢电池、锂离子电池、锂电池、镍镉电池等。这些电池中物质种类包含各种元素如汞、镉、铅、锌、锰、钴、镍、铜、银等，化合物包括无机、有机的酸、碱、盐类、高分子薄膜等，混合物、组合物包括无机类、有机类、二者共存类，物理形态包括粉末、薄膜、薄片、骨架、胶体、气态等。总之，人们为了增加电池效率和各种应用功能，开发了形态复杂的电池内容物，而且随着人们的研发，电池内容物的形态种类多样化还有愈演愈烈之势。
一旦电池失效废弃后，这些存在于电池中的多样化物质，势必增加处理的难度。如若处理不当将引起严重的环境污染并造成资源浪费。例如其中的铅、汞、镉乃至贵重金属在自然水体中会形成对环境产生二次污染的有毒有害物质或溶液等，其中的有机物、无机物均为自然环境难以降解者，很容易对环境产生严重的破坏。
另一方面，如果能对这些废弃电池中各种物质进行有效回收再利用，这些废弃物又可变成一种新的资源来源，既减少了环境的负担和污染，又增加了可利用资源的数量和品种。
但是，2006年6月之前除了废旧铅酸电池由于其外型体积和使用场合较为特殊，很容易进行单独收集、并基于火法冶金的方法进行回收处理，锌银电池因其金属贵重等而易被单独回收处理以外，对于大量其他类混合回收的废弃常用电池，由于电极材料日益繁多、电极结构百差千别、外形尺寸多样，国内外尚没有成熟的分类拆解工艺、设备，对之逐级自动分类、拆解困难重重，导致后续的理化深度处理/回收难以进行，影响到这些废弃的常用电池的后续处理和回收效率，造成大量废弃常用电池的工业化处理难以开展或为继，更谈不上规模效益和产业优势，也得不到社会、民众和政府各方面的关注和支持。
在此方面有申请号为200510033231.3的中国申请文件公开了一种回收处理混合废旧电池的方法及其专用焙烧炉，该方法包括：（1）废旧电池的去包装放电处理；（2）电池破碎并洗去电池中的电解液；（3）水洗粉碎物、球磨、焙烧分离有机物、汞、镉和锌；（4）用筛分的方法分离电池外壳、铁质和铜质集流体；（5）筛下物用碱浸除铝和锌，再经焙烧后酸溶解，再使用化学沉淀、溶剂萃取方法分离酸溶解液中的稀土元素、杂质、镍和钻元素。据称该方法工艺经济合理，效果良好，不需对混合废旧电池进行预先分类分拣。专用焙烧炉由鼓风机、焙烧炉体、冷却器和烟气过滤器依次连接构成，容易制备且处理效果良好。但是，该方法及其设备，采用火法冶金和湿法冶金工艺，对大量的混合回收的废弃电池仅仅作杂烩式、不加区分的处理，很难适应电极材料和结构日益创新的发展趋势，而且处理回收效果和二次污染残留也难以进一步改善。[1]
废弃电池分选拆解工艺及系统发明内容
废弃电池分选拆解工艺及系统目的
该发明的目的是要提供一种废弃电池分选拆解工艺及系统，其具有如下优点：能够适应电极材料和结构日益发展的趋势、能对混合搜集的常用废弃电池进行多级高效分选、拆解、前处理，自动化程度高，为提高废弃电池深度回收的效率、改善二次污染残留奠定基础。[1]
废弃电池分选拆解工艺及系统技术方案
《废弃电池分选拆解工艺及系统》其包括如下步骤：
A）将原料仓中混装的废弃电池按形状尺寸进行分选，将形状尺寸相同的电池上载到相同的选送带上；B）采用电池无损检测器，对选送带上的电池内部结构作实时测定；C）按无损检测执行操作，将每一选送带上形状尺寸相同但内部结构不同的废弃电池传送到各自不同的料仓，排列整齐后从各料仓出口输出；D）将从各料仓出口输出的选排好的电池输出到废弃电池破壳机，进行自动破壳；E）将破壳后得到的壳体与电池的正极、负极、隔膜进行分离，归入相应的储槽；F）将各储槽中电极分别进行处理：对骨架强度脆弱、或活性物质结合牢固的电极，将电极骨架与电极活性物质共同破碎，分别传输到分类储存该电极粒料的分类储槽，以备进一步分离提取；对骨架与活性物质间机械性能相差较大的电极，先将电极骨架与电极活性物质作机械振动、洗脱分离，再分别传输到分类储存该电极骨架与活性物质的分类储槽。
该发明的拆解分选工艺基于自行开发的分选设备，首先利用特征构造的筛选机械进行形状尺寸的分选归类，然后利用数字化低能X射线的无损检测技术和控制技术，对电池内容物进行快速、无损检测，从而对废弃电池进行快速、高效分选、归类，再利用自行开发的简单高效电池破壳机对废弃电池进行高效的拆解，再破碎、振动、洗脱分离，从而实现对混合搜集的常用废弃电池的高效分选、拆解、前处理。由此可见，该发明工艺自动化程度高，分选、拆解的效率高，能很好地适应电极材料和结构日益发展的趋势，可以提高废弃电池深度回收的效率和处理精度、改善二次污染残留。
该发明拆解分选工艺具体改进还包括：
所述步骤A包括如下操作：采用多条装有特征构造筛选槽的动力选送带、使之对接所述原料仓出料口，分别从其中筛选出形状尺寸一致的废弃电池并向原料仓外传送；而不同种选送带上的筛选槽包括特征性的筛选大小口。
所述步骤B中的电池无损检测器包括伦琴射线扇面扫描器、信号接收器、前置放大器、A/D转换器、缓存器、CPU、电池类型数据库模块以及实时信号界面。
所述步骤C采用了如下设备和相应操作：在每一选送带出料端连接有包括1个来料口和2个分料口的三通式分料器，在2个分料口的交点处设置有分料活门，令该分料活门受到执行机构的驱动，且令所述执行机构与所述无损检测器的输出电路相连接、受到所述无损检测器的输出信号控制。此处，根据电池结构、工艺要求及无损检测器的分辨能力，还可采用四通式分料器等。
所述步骤D采用带有套模的电池破壳机，而所述套模包括电池入口、允许电池顺其轴向运动的水平或倾斜的通孔和凸出设置在通孔内壁上的刃具，所述刃具的凸出距离大于被处理电池外壳的厚度；令一冲压头对准所述套模及其中电池，冲压头在动力机的往复驱动下、与所述通孔的轴向一致地对其中电池作往复冲压、破壳。
所述步骤E采用简单机械将正极、负极、隔膜、壳体进行分离；所述步骤F包括如下操作：对骨架强度脆弱、或活性物质结合牢固的正极，采用破碎机械将骨架与正极活性物质共同破碎成为粒径为0.5毫米—1.5毫米的粒料，再作化学处理；对骨架与活性物质间机械性能相差较大的正极、负极，将电极投入各自相应的洗脱槽中，在洗脱槽中施加低频机械振动能和/或高频超声机械振动能，使得电极各自的骨架与其活性物质粉末相互分离，再采用网筛过滤分别收集。
相应地，该发明的另一技术解决方案是一种废弃电池分选拆解系统，其包括混装废弃电池的原料仓、按外形/尺寸/内部结构分选废弃电池的自动分选机、废弃电池破壳机、将电极骨架与活性材料进行分离的洗脱槽和破碎机械。[1]
废弃电池分选拆解工艺及系统改善效果
该发明的分选拆解系统着眼于未来电池发展的方向和趋势，采用自行开发的精细、高效分选设备、拆解设备，将它们组合成特色的系统，为废弃电池进一步深度回收创造了条件，为改善废弃电池处理中二次污染残留奠定了基础。该发明分选拆解系统具体结构改进还包括：所述原料仓处于所述自动分选机的下方，且原料仓的各出料口分别对接自动分选机 的不同选送带的进料端；每一选送带上排列设有具特征开口结构的筛选槽，每一选送带上还设有扫瞄电池的无损检测器，无损检测器包括伦琴射线扇面扫描器、信号接收器、前置放大器、A/D转换器、缓存器、CPU、电池类型数据库模块以及实时信号界面，所述扫瞄器设在选送带上方。所述废弃电池破壳机包括安装在机架上的套模，所述套模包括电池入口、允许电池顺其轴向运动的水平或倾斜的通孔和凸出设置在通孔内壁上的刃具，所述刃具的凸出距离大于被处理电池外壳的厚度；电池破壳机还包括受动力机往复驱动的冲压头，该冲压头往复冲压方向与所述通孔的轴向一致。所述洗脱槽包括盛液的槽体，在槽体上装设有机械振动器、超声发射器、湍流器和滤网其中一或几种；所述破碎机械包括螺旋杆绞刀。[1]
废弃电池分选拆解工艺及系统附图说明
图1为《废弃电池分选拆解工艺及系统》的流程示意框图。
图2为该发明系统实施例的整体示意图。
图3为该发明系统自动分选机实施例的结构示意图。
图4为该发明系统废弃电池破壳机实施例的结构示意图。
废弃电池分选拆解工艺及系统权利要求
1、《废弃电池分选拆解工艺及系统》其包括如下步骤：
A）将原料仓中混装的废弃电池按形状尺寸进行分选，将形状尺寸相同的电池上载到相同的选送带上；B）采用电池无损检测器，对选送带上的电池内部结构作实时测定；C）按无损检测执行操作，将每一选送带上形状尺寸相同但内部结构不同的废弃电池传送到各自不同的料仓，排列整齐后从各料仓出口输出；D）将从各料仓出口输出的选排好的电池输出到废弃电池破壳机，进行自动破壳；E）将破壳后得到的壳体与电池的正极、负极、隔膜进行分离，归入相应的储槽；F）将各储槽中电极分别进行处理：对骨架强度脆弱、或活性物质结合牢固的电极，将电极骨架与电极活性物质共同破碎，分别传输到分类储存该电极粒料的分类储槽，以备进一步分离提取；对骨架与活性物质间机械性能相差较大的电极，先将电极骨架与电极活性物质作机械振动、洗脱分离，再分别传输到分类储存该电极骨架与活性物质的分类储槽。
2、如权利要求1所述废弃电池分选拆解工艺，其特征在于：所述步骤A包括如下操作：采用多条装有特征构造筛选槽的动力选送带、使之对接所述原料仓出料口，分别从其中筛选出形状尺寸一致的废弃电池并向原料仓外传送；而不同种选送带上的筛选槽包括特征性的筛选大小口。
3、如权利要求1所述废弃电池分选拆解工艺，其特征在于：所述步骤B中的电池无损检测器包括伦琴射线扇面扫描器、信号接收器、前置放大器、A/D转换器、缓存器、CPU、电池类型数据库模块以及实时信号界面。
4、如权利要求3所述废弃电池分选拆解工艺，其特征在于：所述步骤C采用了如下设备和相应操作：在每一选送带出料端连接有包括1个来料口和2个分料口的三通式分料器，在2个分料口的交点处设置有分料活门，令该分料活门受到执行机构的驱动，且令所述执行机构与所述无损检测器的输出电路相连接、受到所述无损检测器的输出信 号控制。
5、如权利要求1所述废弃电池分选拆解工艺，其特征在于：所述步骤D采用带有套模的电池破壳机，而所述套模包括电池入口、允许电池顺其轴向运动的水平或倾斜的通孔和凸出设置在通孔内壁上的刃具，所述刃具的凸出距离大于被处理电池外壳的厚度；令一冲压头对准所述套模及其中电池，冲压头在动力机的往复驱动下、与所述通孔的轴向一致地对其中电池作往复冲压、破壳。
6、如权利要求1所述废弃电池分选拆解工艺，其特征在于：所述步骤E采用简单机械将正极、负极、隔膜、壳体进行分离；所述步骤F包括如下操作：对骨架强度脆弱、或活性物质结合牢固的正极，采用破碎机械将骨架与正极活性物质共同破碎成为粒径为0.5毫米—1.5毫米的粒料，再作化学处理；对骨架与活性物质间机械性能相差较大的正极、负极，将电极投入各自相应的洗脱槽中，在洗脱槽中施加低频机械振动能和/或高频超声机械振动能，使得电极各自的骨架与其活性物质粉末相互分离，再采用网筛过滤分别收集。
7、一种废弃电池分选拆解系统，其特征在于：所述系统包括混装废弃电池的原料仓、按外形/尺寸/内部结构分选废弃电池的自动分选机、废弃电池破壳机、将电极骨架与活性材料进行分离的洗脱槽和破碎机械。
8、如权利要求7所述废弃电池分选拆解系统，其特征在于：所述原料仓处于所述自动分选机的下方，且原料仓的各出料口分别对接自动分选机的不同选送带的进料端；每一选送带上排列设有具特征开口结构的筛选槽，每一选送带上还设有扫瞄电池的无损检测器，无损检测器包括伦琴射线扇面扫描器、信号接收器、前置放大器、A/D转换器、缓存器、CPU、电池类型数据库模块以及实时信号界面，所述扫瞄器设在选送带上方。
9、如权利要求7所述废弃电池分选拆解系统，其特征在于：所述废弃电池破壳机包括安装在机架上的套模，所述套模包括电池入口、允许电池顺其轴向运动的水平或倾斜 的通孔和凸出设置在通孔内壁上的刃具，所述刃具的凸出距离大于被处理电池外壳的厚度；电池破壳机还包括受动力机往复驱动的冲压头，该冲压头往复冲压方向与所述通孔的轴向一致。
10、如权利要求7所述废弃电池分选拆解系统，其特征在于：所述洗脱槽包括盛液的槽体，在槽体上装设有机械振动器、超声发射器、湍流器和滤网其中一或几种；所述破碎机械包括螺旋杆绞刀。[1]
废弃电池分选拆解工艺及系统实施方式
如图1，所示为该发明废弃电池分选拆解工艺实施例的流程框图。其包括如下步骤：
A）A1—将原料仓中混装的废弃电池按形状尺寸进行分选，A2—将形状尺寸相同的电池上载到相同的选送带上；B）采用电池无损检测器，对选送带上的电池内部结构作实时测定；C）C1—按无损检测执行操作，将每一选送带上形状尺寸相同但内部结构不同的废 弃电池传送到各自不同的料仓，C2—排列整齐后从各料仓出口输出；D）将从各料仓出口输出的选排好的电池输出到废弃电池破壳机，进行自动破壳；E）将破壳后得到的壳体与电池的正极、负极、隔膜进行分离，归入相应的储槽；F）将各储槽中电极分别进行处理：F1—对骨架强度脆弱、或活性物质结合牢固的电极，将电极骨架与电极活性物质共同破碎，分别传输到分类储存该电极粒料的分类储槽，；F2—对骨架与活性物质间机械性能相差较大的电极，先将电极骨架与电极活性物质作机械振动、洗脱分离，F3—再分别传输到分类储存该电极骨架与活性物质的分类储槽；G）转入下级深度处理。
如图2，所示为该发明废弃电池分选拆解系统实施例的整体框图。该系统包括混装废弃电池的原料仓10、按外形/尺寸/内部结构分选废弃电池的自动分选机20、废弃电池破壳机30、将电极骨架与活性材料进行分离的洗脱槽40和破碎机械50。分选拆解系统还包括普通传输带60、振动传输带70、各级各类的分类料仓或储槽80、普通重力、电磁、尺寸类分选机90，其中储槽、料仓80可以带有称量、传输、翻转机构。
如图3，所示为该发明自动分选机20实施例的结构示意图。其原料仓10处于所述自动分选机20的下部，原料仓10的出料口11分别对接自动分选机的不同选送带201（仅以其一为例）的进料端；每条选送带201上带有特征开口结构的筛选槽202，每种筛选槽202都包括相互贯通的大口2021和小口2022，所述大口2021形状尺寸与单只某型电池A一侧轮廓的形状尺寸相合而稍大，所述小口2022比该型电池A同侧轮廓尺寸略小；每条选送带201出料端对准一个三通式分料器204，其包括一个来料口2041和2个分料口2042（仅示出在前者），在2个分料口2042的交点处设置有分料活门2043，该分料活门2043受到执行机构2044的驱动。从分料口2042下来的分选电池A经由下级料仓205及其传送机构2051向后传送处理。此处，根据电池结构、工艺要求及无损检测器的分辨能 力，还可采用四通式分料器等。
每一选送带201还设有扫瞄电池内部结构的无损检测器203，其包括伦琴射线扇面扫描器2031、信号接收器2032、前置放大器2033、A/D转换器2034、缓存器2035、CPU处理器2036、电池类型数据库模块2037以及实时信号界面2038，所述扫瞄器2031设在选送带201上方。扫描器2031将电池A的内部结构信号送经CPU处理器2036分析处理，再经由实时信号界面2038向扫描器2031和执行机构2044发出控制信号，而所述执行机构2044根据无损检测器203的输出信号控制开闭三通式分料器204的分料活门2043，对外形相同但内容不同的电池进行分选。
如图4，所示为该发明废弃电池破壳机30实施例的结构示意图。其包括安装在机架301上的套模302，所述套模302包括电池入口3021、允许电池A顺其轴向运动的水平的通孔3022和凸出设置在通孔内壁上的刃具303，所述刃具303的凸出距离大于被处理电池A外壳A1的厚度；电池破壳机30还包括受动力机304往复驱动的冲压头305，该冲压头305往复冲压方向与所述通孔3022的轴向一致。所述破壳机30还包括分类收集器307、重力式且带辅助传输带3063的供料器306，该供料器306自高向低、依次包括过渡槽3061、和允许单个电池平卧或斜卧地通过其出口的料槽3062，所述料槽3062一端的出口对准所述电池入口3021。
如图5，所示为该发明洗脱槽40实施例的结构示意图。洗脱槽40包括盛液的槽体401、向槽体401中施加低频机械振动能/高频超声机械振动能的振动器402、搅拌器403、超声发射器404、射流器405和滤网406。
将混装有3种废弃电池（5号、7号电池、某型手机方块电池）前二型电池内部结 构又包括不可充电（一次）型、可充电（二次）型，采用分别带有5号、7号电池、某型手机方块电池特征开口的筛选槽的至少3条动力选送带、使之分别对接原料仓出料口，分别从其中筛选出形状尺寸一致的5号、7号电池、某型手机方块电池并向外传送。
而在每一选送带出料端连接有包括1个来料口和2个分料口的三通式分料器，在2个分料口的交点处设置有分料活门。
无损检测器包括伦琴射线扇面扫描器、信号接收器、前置放大器、A/D转换器、缓存器、CPU、电池类型数据库模块以及实时信号界面。所述扫瞄器设在选送带上方，分别检测每条选送带上的电池；无损检测器的实时信号界面与执行机构相连接，并向其输出监测和控制信号，控制且令所述执行机构驱动三通式分料器的分料活门动作，将形状尺寸一致的但内部结构不同的一次型、二次型电池分别送到各自的储槽中，而某型手机方块电池仅为二次型电池则直接送往相应储槽。
将从各料仓出口输出的选排好的电池输出到废弃电池破壳机。带有套模的电池破壳机，一冲压头对准所述套模及其中电池，冲压头在动力机的往复驱动下、与所述通孔的轴向一致地对其中电池作往复冲压。而电池顺所述套模的通孔作水平轴向运动，经过凸出设置在通孔内壁上的刃具，进行自动破壳。
再采用简单机械将三种电池的正极、负极、隔膜、壳体进行分离：对骨架强度脆弱、或活性物质结合牢固的5号电池的正极，采用破碎机械将骨架与正极活性物质共同破碎成为粒径为1毫米-的粒料后，再作机械振动分离或作化学处理；对骨架与活性物质间机械性能相差较大的7号电池、手机方块电池的正极，将正极的骨架与正极活性物质投入相应的洗脱槽中，在洗脱槽中施加低频机械振动能、高频超声机械振动能和湍流水能，使得电极各自的骨架与其活性物质粉末相互分离，再采用网筛、过滤分别收集之，以备后续化学处理。[1]
废弃电池分选拆解工艺及系统荣誉表彰
2010年11月15日，《废弃电池分选拆解工艺及系统》获得第十二届中国奖优秀奖。[3]
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