一种处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的装置和方法

摘要

本发明公开了一种处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的装置和方法，该装置包括含铁酸性废水池、不锈钢反应釜、高浓度酸液池和防腐氯化塔，上述部件依次连接；不锈钢反应釜和防腐氯化塔内设有筛网，筛网上堆积铁屑；筛网下方的釜壁上设有氯气进口。处理废水时，将含铁酸性废水通入不锈钢反应釜，同时通入氯气，含铁酸性废水与氯气、铁屑反应后形成高浓度酸液；把高浓度酸液通入防腐氯化塔，同时通入氯气；当溶液表面的黑色粉末消失，即在三氯化铁出口收集三氯化铁。本发明的方法流程简单，操作过程方便，回收三氯化铁后只需补充铁屑和液氯；原料易得，可采用动力电池拆解产生的废料，避免了对周围环境的污染。

说明书

技术领域

本发明属于工业三废处理技术领域，具体涉及一种处理动力电池拆解过程 中产生的含铁酸性废水的装置和方法。

背景技术

废电池的污染及其治理已成为社会最为广泛关注的环境保护焦点之一。目 前每辆电动自行车多数使用3或4只铅酸电池(一组)，每组电池重量约在 12-16千克之间。按每个电池平均使用寿命1.5年计，我国每年有40万吨以上 的电动自行车用电池报废，数量之大着实令人担忧。

电动车产生的动力电池属于危险废物。电池在正常使用过程中，并不会对 环境造成影响，但如果内部的重金属盐和酸碱等泄露出来，进入土壤或水源等 环境介质，就会通过食物链等途径进入人体，长期积蓄难以排除，将损害人的 神经系统、造成血液中毒和其它的病变；废电池对环境破坏也是巨大的。如果 能合理的回收处置方法，废动力电池可以成为宝贵的再生资源。

动力电池拆解时一般含有外壳、铁、铝、薄膜、正、负极材料和电解液。 废物组成中锡镍化合物占90％以上，比如锂电池的电解液(碳酸二乙酯-DEC) 是无色、稍有气味的易燃液体，遇明火、高热有引起燃烧的危险，吸入该液体 后会引起头痛、头昏、虚弱、恶心、呼吸困难等症状。电解液或其高浓度蒸气 有刺激性。其中对锂盐的添加剂(亚硫酸乙烯酯ES)、氯气等的接触和吸入都会 产生长期毒性作用而引起头痛、乏力、失眠以及呼吸道刺激症状，可致过敏性 或接触性皮炎。如果这些含铁酸性废水、含有害的气体处理不当会存在产生二 次污染、造成严重环境风险隐患的潜在威胁。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种处理动 力电池拆解过程中产生的含铁酸性废水的装置。

本发明的另一目的在于提供一种处理动力电池拆解过程中产生的含铁酸性 废水的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的装置，包括通过管道依次连 接的含铁酸性废水池、不锈钢反应釜、高浓度酸液池和防腐氯化塔；

不锈钢反应釜内设有筛网，筛网上堆积铁屑；不锈钢反应釜顶部内设有喷 淋头与含铁酸性废水池连通，含铁酸性废水通过喷淋头喷洒到釜内；筛网下方 的釜壁上设有氯气进口，氯气通过筛网上的筛孔在釜内上升，其与向下喷洒的 含铁酸性废水、及铁屑接触，三者发生一系列反应；锈钢反应釜底部与高浓度 酸液池连通；

防腐氯化塔内设有筛网、铁屑和氯气进口，其相互位置关系与不锈钢反应 釜内的一样；防腐氯化塔顶部内设有喷淋头与高浓度酸液池连通，高浓度酸液 通过喷淋头喷洒到防腐氯化塔内；氯气通过筛网上的筛孔在塔内上升，其与向 下喷洒的高浓度酸液、及铁屑接触，三者发生一系列反应；防腐氯化塔底部设 有三氯化铁出口。

所述的高浓度酸液池底部还设有排空管，在维修、维护、检查、停止运行 等多种环境下都需要用到排空管；

所述的不锈钢反应釜和防腐氯化塔分别设有抽风口和出渣口；

所述的喷淋头为聚氯乙烯硬塑料喷淋头，其喷水时水与不锈钢反应釜纵轴 线或防腐氯化塔纵轴线形成的角度最大为60°；

所述的筛网为乙丙共聚物筛网；

所述铁屑的体积占到筛网到塔顶/釜顶容积的70％。

一种基于上述装置的处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的方法，包括 以下步骤：

(1)将含铁酸性废水通入不锈钢反应釜，同时通入氯气；氯气通入速率与 含铁酸性废水的通入速率以及含铁酸性废水中的Fe³⁺、H⁺、FeCl₃、HCl等物质 的浓度有关，需要根据具体的成分、浓度、通入速率而确定。一般情况下，氯 气通入速率为10-15m³/s，含铁酸性废水通入速率为1.5-4.5m³/s。

在上述过程中不锈钢反应釜中发生反应1、2和3；喷淋过程中，因氧化不 足，反应进行得不够完全，不锈钢反应釜的流出液除了含有FeCl₃还有含有少量 的FeCl₂，形成高浓度酸液。通过离子方程式可以计算出高浓度酸液池中含有 24.332％(质量百分比)的FeCl₃、1.837％的FeCl₂和2.838％的HCl；

2Fe+FeCl₃＝3FeCl₂       (1)

Fe+HCl＝FeCl₂+H₂↑      (2)

2Fe+Cl₂＝2FeCl₃         (3)

2FeCl₂+Cl₂＝2FeCl₃+Δh  (4)

(2)把高浓度酸液通入防腐氯化塔，同时通入氯气；氯气通入速率与高浓 度酸液的通入速率以及高浓度酸液中FeCl₂的浓度相关。一般情况下，氯气的通 入速率为20-70kg/h，高浓度酸液的通入速率为1.5-4.5m³/s。

在上述过程中防腐氯化塔内发生反应4。通入高浓度酸液后约半小时塔内酸 度下降并有FeCl₂生成，前半小时通氯速度为20～30(公斤/时)。一般经过2～ 3小时防腐氯化塔内液温能提高到100-240℃，形成激烈的沸腾。同时，在保持 塔内循环沸腾而不满溢的情况下，逐渐加完计算好批料的铁屑，铁屑的总加入 量与高浓度酸液中FeCl₂的浓度、高浓度酸液的通入速率、铁屑纯度有关，可以 根据化学方程式(4)结合铁屑纯度计算得出铁屑的总加入量。当溶液表面的黑 色粉末消失，表示铁全部溶解，可以在三氯化铁出口收集三氯化铁。

本发明的方法最终只产生三氯化铁，没有剩余的废水。

在步骤(1)和(2)中，在抽风口以氨水检查有无氯气冒出，如发现抽风 口冒出白烟，则关小氯气的通入量；

所述氨水中氨气与水的摩尔比为2∶5。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的装置和方法使三废中的主要成分可以得到充分的利用。比如电 池拆解时外壳一半是铁，可以加工成铁屑；废水处理最终产生的三氯化铁是一 种净水剂，可以循环利用。这样避免了对周围环境的污染。反复的试验实践和 生产经验表明，采用这个设备工艺流程是有效的。

2、本发明的方法流程简单，操作过程方便，回收三氯化铁后只需补充铁屑 和液氯；原料易得，可采用动力电池拆解产生的废料。

3、废水和废气处理后的副产品是三氯化铁。三氯化铁有较好的净水作用， 价格便宜，可以代替明矾、PAC等较贵的净水剂。

附图说明

图1是本发明的一种处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的装置的结构 示意图；其中，1-含铁酸性废水池，2-抽水泵，3-氯气进口，4-筛网，5-铁屑， 6-出渣口，7-陶瓷壁，8-抽风口，9-阀门，10-喷淋头，11-三氯化铁出口，12-排 空管，13-高浓度酸液池，14-不锈钢反应釜，15-防腐氯化塔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式 不限于此。

实施例1

一种处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的装置，包括通过管道依次连 接的含铁酸性废水池1、不锈钢反应釜14、高浓度酸液池13和防腐氯化塔15；

不锈钢反应釜14内设有筛网4，筛网4上堆积铁屑5；不锈钢反应釜14顶 部内设有喷淋头10与含铁酸性废水池1连通，含铁酸性废水通过喷淋头10喷 洒到釜内；筛网4下方的釜壁上设有氯气进口3，氯气通过筛网4上的筛孔在釜 内上升，其与向下喷洒的含铁酸性废水、及铁屑接触，三者发生一系列反应； 不锈钢反应釜14底部与高浓度酸液池13连通；

高浓度酸液池13底部设有排空管12，在维修、维护、检查、停止运行等多 种环境下都需要用到排空管；

防腐氯化塔15内设有筛网4、铁屑5和氯气进口3，其相互位置关系与不 锈钢反应釜14内的一样；防腐氯化塔15顶部内设有喷淋头10与高浓度酸液池 13连通，高浓度酸液通过喷淋头10喷洒到防腐氯化塔内；氯气通过筛网4上的 筛孔在塔内上升，其与向下喷洒的高浓度酸液、及铁屑接触，三者发生一系列 反应；防腐氯化塔15底部设有三氯化铁出口11。

不锈钢反应釜14和防腐氯化塔15分别设有抽风口8和出渣口6；

所述的喷淋头10为聚氯乙烯硬塑料喷淋头，喷水时水与不锈钢反应釜纵轴 线或防腐氯化塔纵轴线形成的角度最大为60°；

所述的筛网4为乙丙共聚物筛网；

所述铁屑5的体积占到筛网到塔顶/釜顶容积的70％。

实施例2

一种基于上述装置的处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的方法，包括 以下步骤：

(1)将含铁酸性废水通入不锈钢反应釜，同时通入氯气；氯气的通入速率 为10m³/s，含铁酸性废水的通入速率为1.5m³/s。含铁酸性废水中的成分如表1 所示。

表1 含铁酸性废水的成分组成

在上述过程中不锈钢反应釜中发生反应1、2和3；喷淋过程中，因氧化不 足，反应进行得不够完全，不锈钢反应釜的流出液除了含有FeCl₃还有含有少量 的FeCl₂，形成高浓度酸液。通过离子方程式可以计算出高浓度酸液池中含有 24.332％(质量百分比)的FeCl₃、1.837％的FeCl₂和2.838％的HCl。

2Fe+FeCl₃＝3FeCl₂       (1)

Fe+HCl＝FeCl₂+H₂↑      (2)

2Fe+Cl₂＝2FeCl₃         (3)

2FeCl₂+Cl₂＝2FeCl₃+Δh  (4)

(2)加入70公斤铁屑为底料，把高浓度酸液通入防腐氯化塔，同时通入 氯气。高浓度酸液中FeCl₃、FeCl₂的质量分数浓度分别为23.1％、2.5％。高浓度 酸液的通入速率为1.5m³/s。前半小时通氯流量为20-30(公斤/时)，半小时后通氯 流量为60-70(公斤/时)。反应20-30min后塔内酸度下降并有FeCl₂生成。

在上述过程中防腐氯化塔内发生反应4；一般2～3小时液温能提高到 100-240℃，形成激烈的沸腾。同时，在保持塔内循环沸腾而不满溢的情况下， 逐渐加完计算好批料的铁屑，铁屑的总加入量为92.7Kg(铁屑纯度为37％，质 量分数)。当溶液表面的黑色粉末消失，表示铁全部溶解，可以在三氯化铁出口 收集三氯化铁。

在步骤(1)和(2)中，在抽风口以氨水(氨气与水的摩尔比为2∶5)检查 有无氯气冒出，如发现抽风口冒出白烟，则关小氯气的通入量；

本实施例得到的三氯化铁杂质少，纯度高，可用作净水剂，其成分组成见表 2。

表2 三氯化铁的成分组成

排气鉴定结果：从抽风口测得排放的烟尘浓度为100mg/m³、烟气黑度为1 格林曼；以上指标达到国家1997年1月1日规定的各种冶金、工业炉窑，烟尘 及生产性粉尘最高充许排放浓度的一级标准。

从以上结果可以看出，本发明处理动力电池拆解产生的含铁酸性废水的方 法有效地利用和消耗了含铁废水，最终得到了纯度高的副产品——三氯化铁， 所排废气符合国家有关标准。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施 例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。