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三元電池

背景介紹

? ? ? ?三元鋰電池是指使用鎳、鈷、錳三種過(guò)渡性金屬氧化物作為正極材料的鋰電池，因其具有相對(duì)安全性、高容量、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，成為非常具研究前景和生產(chǎn)應(yīng)用的產(chǎn)品。

? ? ? ?三元鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中廢水呈現(xiàn)排放不均勻、成分復(fù)雜、高鹽度、重金屬離子含量高、強(qiáng)酸堿性和可生化性差等特點(diǎn)，未有效處理的廢水排放后必將對(duì)人體健康和生態(tài)安全造成不利影響。同時(shí)，廢水中的三元材料、金屬箔、隔膜、石墨、鹽分等固體顆粒具備較大的回收利用價(jià)值。由于三元鋰電池生產(chǎn)排放的陽(yáng)極廢水和陰極廢水性質(zhì)差別較大，一般應(yīng)分別收集和處理。傳統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)園區(qū)綜合廢水處理的方式并不適合鋰電池廢水治理，應(yīng)結(jié)合不同工序廢水的實(shí)際產(chǎn)生量、廢水的成分和性質(zhì)，以生態(tài)環(huán)境保護(hù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用的角度制定合理的處理方案。

廢水零排放工藝系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)

鎳鈷錳三元陽(yáng)極材料是當(dāng)前很熱的三元鋰電池材料之一。三元鋰電綜合生產(chǎn)廢水可采用分類(lèi)處理，減少進(jìn)入后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的水量，同時(shí)，通過(guò)前處理或預(yù)處理去除水中部分雜質(zhì)以利于蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)鎳鈷錳三元前驅(qū)體生產(chǎn)零排放的特殊前處理和預(yù)處理方式主要包括硫化物沉淀、磷酸銨鎂除氨、解絡(luò)合精餾等步驟。

①硫化物沉淀法是投加硫化鈉/硫化鉀，通過(guò)反應(yīng)生成難溶的沉淀后被過(guò)濾分離而去除鋰電廢水中的重金屬離子的方法。

②磷酸銨鎂法是投加含Mg²⁺和PO₄^3-的輔料，與水中NH₄⁺反應(yīng)，生成磷酸銨鎂沉淀，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效去除高質(zhì)量濃度氨氮的目的。氨氮去除之后，調(diào)節(jié)pH 值為10左右，鎳鈷錳金屬就會(huì)以其氫氧化物的形式解絡(luò)合沉淀出來(lái)直接回收利用，但相比其他后續(xù)采用蒸發(fā)結(jié)晶的工藝相比，要求氨氮質(zhì)量濃度值必須小于10 mg/L，前期成本太高，若后續(xù)有高效MVR 除鹽工藝，則一般不采用解絡(luò)合精餾作為其前處理方式。通常也將脫氨系統(tǒng)單列，脫氨系統(tǒng)由脫氨塔、冷凝回流器、換熱器、pH 調(diào)節(jié)池以及洗氨塔等組成。

蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)

? ? ? ?蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)鋰電廢水零排放的重要環(huán)節(jié)，對(duì)是否能實(shí)現(xiàn)零排放及其效果有重要影響。蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)主要由蒸發(fā)室、蒸發(fā)器、預(yù)熱器、氣液分離器、冷凝水罐、結(jié)晶加熱器、結(jié)晶分離器、蒸汽壓縮機(jī)、二次壓縮機(jī)等組成，工藝主要包括多效蒸發(fā)技術(shù)、MVR 技術(shù)和閃蒸技術(shù)。其中，MVR 技術(shù)將二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，提高了壓力和飽和溫度，直接將其作為熱源代替新鮮蒸汽，發(fā)揮循環(huán)利用的機(jī)制，同時(shí)無(wú)需進(jìn)行冷卻處理，運(yùn)行成本相對(duì)較低。

? ? ? ?當(dāng)廢水產(chǎn)量較少、可回收材料含量較高時(shí)，零排放技術(shù)的運(yùn)營(yíng)成本和回報(bào)相較于傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)廢水的達(dá)標(biāo)排放具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。一般而言，如果廢水濃度較低，可先進(jìn)行膜處理，提濃后進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，再進(jìn)行尾水處理。廠區(qū)內(nèi)過(guò)多的生活污水和質(zhì)量濃度較低的陰陽(yáng)極清洗廢水若全采用以蒸發(fā)為基礎(chǔ)的零排放工藝，則成本過(guò)高。在實(shí)際操作中常將經(jīng)混凝沉淀后的鋰電清洗廢水與廠區(qū)生活污水混合后進(jìn)生化處理系統(tǒng)，整體提高了廢水的可生化性，出水水質(zhì)也能達(dá)標(biāo)排放。