一种利用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣制备多孔建筑材料的方法及其材料

摘要

本发明属于工业废渣综合利用领域，公开了一种利用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣制备多孔建筑材料的方法及其得到的多孔建筑材料。本发明方法包括以下步骤：(1)将回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣与粘土和/或粉煤灰混匀，再加入水混合得到初步混合物；(2)将初步混合物陈化后放入练泥机中练泥，制坯，烘干，得到干坯；(3)将干坯焙烧，冷却得到多孔建筑材料；各物料的质量百分数配比为：废渣50～70％；粘土和/或粉煤灰30～50％。本发明方法采用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生废渣为主料，利用其中的碳粉渣和碳酸钙渣作为成孔剂，制备得到多孔建筑材料，既解决了环境污染的问题，又变废为宝。

说明书

技术领域

本发明属于工业废渣综合利用领域，特别涉及一种利用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣制备多孔建筑材料的方法及其得到的多孔建筑材料。

背景技术

锂离子电池自商业化以来，因其具有比能量高、体积小、质量轻、应用温度范围广、循环寿命长、安全性能好等独特的优势，被广泛应用于民用及军用领域，如摄像机、移动电话、笔记本电脑及便携式测量仪器等，同时锂离子电池已成为新能源电动汽车首选的轻型高能动力电池之一。锂离子电池经过 500～1500次充放电循环之后，其活性物质就会失去活性，导致电池的容量下降而使电池报废。锂离子电池的广泛使用势必带来大量的废旧电池，如若对其随意丢弃不仅会对环境造成严重污染，更是对资源的浪费。锂离子电池中含有较多的镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、锂(Li)、铝(Al)、锰(Mn)等金属资源，其中钴、镍、锰及锂的含量分别可达30％、20％、20％和3％，甚至更高。因此将废旧锂离子电池中的经济价值高的金属加以回收利用，无论从环保方面还是资源的循环利用方面来讲，都具有重大的意义。

但由于废锂离子电池中含有铁、铝、碳等元素，在回收电池中的有价金属过程中不可避免产生大量的工业废渣，有一般固废铁铝矾渣、碳酸钙等，也有危险废物碳粉渣，这些废渣如果不加以有效的处置，将会对环境造成不可估量的负面影响，同时也会造成资源的浪费，但目前废渣的处置成本普遍较高，危险废物的处置费用更高。因此，如果能将这几种废渣进行有效的资源化利用，不仅实现了废渣的无害化处理，也能降低废渣的处置成本，降低了回收有价金属的综合成本，有利于回收废锂离子中有价金属行业的可持续发展。

而多孔建筑材料具有许多优异的性能，如密度低、吸水率低、孔隙率高、软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。特别由于多孔建筑材料密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性等多功能特点。多孔建筑材料的应用非常广泛，具体可涉及建筑材料、绿化材料、饮用卫生材料、工业过滤材料、隔音、耐火、保温等领域，且应用领域有不断扩大的趋势。正是由于多孔建筑材料具有广泛的应用空间，所以如何以低廉的成本制备出性能优良的多孔建筑材料近年来成为本领域研究的热点。

通过查阅大量的参考文献，发现到目前为止，国内基本上没有技术人员从事应用回收废锂离子电池中有价金属的过程中产生的铁铝矾渣、碳粉渣、碳酸钙渣制备多孔建筑材料的研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种利用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣制备多孔建筑材料的方法。本发明方法简单、高效，可有效解决回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的铁铝矾渣、碳粉渣、碳酸钙渣等各种废渣的出路问题。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的多孔建筑材料。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种利用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣制备多孔建筑材料的方法，包括以下步骤：

(1)将回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣与粘土和/或粉煤灰混匀，再加入水混合得到初步混合物；

(2)将初步混合物陈化后放入练泥机中练泥，制坯，烘干，得到干坯；

(3)将干坯焙烧，冷却得到多孔建筑材料。

上述方法中，各物料的质量百分数配比为：

废渣50～70％；粘土和/或粉煤灰30～50％。

所述回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的废渣包括常规的铁铝矾渣、碳粉渣和碳酸钙渣等。

优选地，所述铁铝矾渣的用量占废渣和粘土和/或粉煤灰总质量的40～ 60％。

所述碳粉渣的用量占废渣和粘土和/或粉煤灰总质量的5～10％。

所述碳酸钙渣的用量占废渣和粘土和/或粉煤灰总质量的0～10％。

所加水的量为废渣和粘土和/或粉煤灰总质量的15～30％。

所述陈化的时间优选为20～48h。

所述练泥为本领域常规的练泥过程即可。

所述制坯优选为加压成型或圆盘造粒成型。

所述烘干优选为烘干至游离水含量为2％或以下。

进一步地，所述烘干的温度为105～120℃，烘干时间为1～5h。

所述焙烧的温度为900～1200℃，焙烧的时间为5～240min。

所述焙烧优选在焙烧炉中进行。

进一步地，先将所述干坯预热后再进行焙烧。

更进一步地，先将所述干坯放入焙烧炉中预热后再进行焙烧。

所述预热的温度优选为300～450℃，预热的时间优选为10～40min。

本发明还提供上述方法制备得到的多孔建筑材料。

本发明方法采用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生废渣为主料，利用其中的碳粉渣和碳酸钙渣作为成孔剂，使废渣得到充分利用，工艺简单、操作简便，不但解决了各种废渣(碳粉渣为危险废物)污染环境的问题，而且变废为宝，使一般工业固废和危险废物得到无害化、资源化利用，附加值显著提高；本发明技术成熟，无二次污染，投资小，成本低，是一种潜力巨大的综合利用废渣的方法，为回收废锂离子电池中有价金属的行业解决了后顾之忧，有利于该行业的可持续发展。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

本发明发明人利用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的各种工业固体废弃物(包括一般固废和危险废物)为原料，将铁铝矾渣、碳粉渣、碳酸钙渣、粘土和/或粉煤灰作为原料经过烧结制备成多孔建筑材料。与现有技术相比主要优点表现在：本发明工艺简单、操作简便，不仅利用了大量的铁铝矾渣、碳粉渣、碳酸钙渣等废渣，解决了废渣污染环境的问题，而且变废为宝，综合利用废渣资源制备出高强度的多孔建筑材料，其性能好、技术成熟、无二次污染、成本低，有效解决了回收废锂离子电池中有价金属过程中产生的各种废渣的无害化处置问题，具有显著的社会效益、环境效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例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。

下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。

实施例1：

将质量分数分别为60％、30％、10％的铁铝矾渣、粘土、碳粉渣充分混匀，再加入总质量分数30％的水混匀放入陈化仓库陈化30小时，陈化后的混合料放入练泥机中进行练泥，泥料从练泥机中挤出形成圆泥条，将圆泥条切割成小泥丁并放入圆盘造粒机中滚成直径为8～10mm左右的小圆粒，即为多孔建筑材料生坯；将生坯放入干燥相中在120℃下干燥1h，然后将烘干后的多孔建筑材料坯体放入马弗炉内进行预热和烧结，预热温度和时间分别为400℃和 15min，烧结温度和烧结时间分别为1100℃和15min，最后冷却得到多孔建筑材料。制备的多孔建筑材料堆积密度为728kg/m³、筒压强度为4.3Mpa、吸水率为9％、孔隙率为45.1％，可用作隔音、保温、耐火材料。

实施例2：

将质量分数分别为40％、45％、10％、5％的铁铝矾渣、粘土、碳粉渣、碳酸钙渣充分混匀，再加入总质量分数25％的水混匀放入陈化仓库陈化20小时，陈化后的混合料放入练泥机中进行练泥，泥料从练泥机中挤出形成方泥条，将方泥条切割成长方体，即为多孔建筑材料生坯；将生坯放入干燥相中在105℃下干燥5h，然后将烘干后的多孔建筑材料坯体放入马弗炉内进行在预热和烧结，预热温度和时间分别为300℃和40min，烧结温度和烧结时间分别为900℃和4h，最后冷却得到多孔建筑材料。制备的多孔建筑材料堆积密度为 1850kg/m³、抗压强度为11.5Mpa、，孔隙率为35.7％，泛霜和石灰爆裂满足烧结普通砖标准(G/B5101-2003)要求。

实施例3：

将质量分数分别为40％、50％、5％、5％的铁铝矾渣、粘土、碳粉渣、碳酸钙渣充分混匀，再加入总质量分数为22％的水混匀放入陈化仓库陈化48小时，陈化后的混合料放入练泥机中进行练泥，泥料从练泥机中挤出形成圆泥条，将圆泥条切割成小泥丁并放入圆盘造粒机中滚成直径为8～10mm左右的小圆粒，即为多孔建筑材料生坯；将生坯放入干燥相中在110℃下干燥2h，然后将烘干后的多孔建筑材料坯体放入马弗炉内进行在预热和烧结，预热温度和时间分别为450℃和10min，烧结温度和烧结时间分别为1200℃和5min，最后冷却得到多孔建筑材料。制备的多孔建筑材料堆积密度为735kg/m³、筒压强度为4.5Mpa、吸水率为6.5％，孔隙率为48.3％，可用作隔音、保温、耐火材料。

实施例4：

将质量分数分别为50％、40％、5％、5％的铁铝矾渣、粘土、碳粉渣、碳酸钙渣充分混匀，再加入总质量分数为25％的水混匀放入陈化仓库陈化20小时，陈化后的混合料放入练泥机中进行练泥，泥料从练泥机中挤出形成方泥条，将方泥条切割成长方体，即为多孔建筑材料生坯；将生坯放入干燥相中在 105℃下干燥5h，然后将烘干后的多孔建筑材料坯体放入马弗炉内进行在预热和烧结，预热温度和时间分别为300℃和40min，烧结温度和烧结时间分别为 1000℃和3h，最后冷却得到多孔建筑材料。制备的多孔建筑材料堆积密度为1780kg/m³、抗压强度为13.1Mpa，孔隙率为38.1％，泛霜和石灰爆裂满足烧结普通国家标准(G/B5101-2003)要求。

实施例5：

将质量分数分别为60％、25％、10％、5％的铁铝矾渣、粉煤灰、碳粉渣、碳酸钙渣充分混匀，再加入总质量分数为26％的水混匀放入陈化仓库陈化28 小时，陈化后的混合料放入练泥机中进行练泥，泥料从练泥机中挤出形成圆泥条，将圆泥条切割成小泥丁并放入圆盘造粒机中滚成直径为8～10mm左右的小圆粒，即为多孔建筑材料生坯；将生坯放入干燥相中在110℃下干燥2h，然后将烘干后的多孔建筑材料坯体放入马弗炉内进行在预热和烧结，预热温度和时间分别为400℃和10min，烧结温度和烧结时间分别为1050℃和20min，最后冷却得到多孔建筑材料。制备的多孔建筑材料堆积密度为710kg/m³、筒压强度为4.3Mpa、吸水率为7％，孔隙率为50.2％，可用作隔音、保温、耐火材料。

实施例6：

将质量分数分别为55％、30％、5％、10％的铁铝矾渣、红土、碳粉渣、碳酸钙渣充分混匀，再加入总质量分数为20％的水混匀放入陈化仓库陈化25小时，陈化后的混合料放入练泥机中进行练泥，泥料从练泥机中挤出形成圆泥条，将圆泥条切割成小泥丁并放入圆盘造粒机中滚成直径为8～10mm左右的小圆粒，即为多孔建筑材料生坯；将生坯放入干燥相中在105℃下干燥3h，然后将烘干后的多孔建筑材料坯体放入马弗炉内进行在预热和烧结，预热温度和时间分别为300℃和40min，烧结温度和烧结时间分别为1150℃和10min，最后冷却得到多孔建筑材料。制备的多孔建筑材料堆积密度为732kg/m³、筒压强度为4.2Mpa、吸水率为6％，孔隙率为47.6％，可用作隔音、保温、耐火材料。

本发明采用回收废锂离子电池中有价金属过程中产生废渣为主料，使废渣得到充分利用，工艺简单、操作简便，不但解决了各种废渣(碳粉渣为危险废物)污染环境的问题，而且变废为宝，使一般工业固废和危险废物得到资源化利用，附加值大大提高；本发明技术成熟，无二次污染，投资小，成本低，是一种潜力巨大的综合利用废渣的方法，为回收废锂离子电池中有价金属的行业解决了后顾之忧，有利于该行业的可持续发展。

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。