摘要:通过分析我国废锂离子电池的产生现状、成份及危害,分析废锂离子电池的处理技术及效益评估,结合调研结果,指出我国废电池回收利用系统存在的问题,并对废锂离子电池的出路进行探讨,提出意见建议。
关键词:废锂离子电池;回收利用
1我国废旧锂离子电池的产生现状
2010年我国锂离子电池产量达到36.7亿颗,占全球的30%以上,同比增长33.9%。近年来,我国锂离子电池生产呈现出逐年增加的趋势,且在优良的投资环境和相对低廉的人工成本作用下,全球锂离子电池制造中心正向中国大陆转移[1]。
锂电池生产的迅速增长,最主要是由于其广泛应用于日益增长的物质文化生活领域,例如手机、手提电脑、相机、摄像机等而产生的需求。锂离子电池虽为可充电电池,具备重复利用的特性,但其寿命一般只有2a左右,这就意味着,将会有大量的废旧锂离子电池产生和急需处理。废旧锂离子电池的产生受地域影响较大,在经济相对较发达的地区,其使用和废弃量较大,尤其集中在大城市,废旧锂离子电池的处理已经成为大城市的一个新环境问题。
据我们在南方某市的调研发现,锂离子电池已经成为居民生活中消费电池的最主要类型,人均年消费锂离子电池3.3块,更换频率一般为1-2a,在未来对锂离子电池的消费情况大体维持不变,个别人群有增加使用计划,绝大部分人群对未来锂离子电池的更换计划不变。
2锂离子电池的成份及危害分析
锂离子电池的主要成份为Li、Co(或Ni、Mn)、有机电解质等,以常见的重约40g的手机电池为例,可看出锂离子电池中金属材料的含量[2],见表1。
废锂离子电池的有害成份主要为Co、Cu、Ni、Mn、有机电解质。酸、碱、有机电解质会影响水中的pH值,使土壤酸性化或者碱性化,而重金属被生物吸收后,会通过各种途径进入人的食物链,在人体内聚集,使人体致畸或致变,甚至导致死亡[3-4]。废锂离子电池中主要重金属对人体健康的危害见表2。
3锂离子电池处理技术及效益分析
废锂离子电池中最具有回收价值的金属是钴,而不是锂。钴是一种稀有的贵重金属,在自然界中蕴藏很少,它没有单独的矿床,大都伴生于铜矿、镍矿中,且品位较低。世界各国都比较重视工业生产中钴的回收,而在锂离子电池中钴的含量相对较高,一只重约40g的电池,含金属钴约6g[5],因此对废旧锂离子电池的回收利用,主要是回收其中的钴。锂、镍和锰等金属只是作为回收钴的副产品。
废锂离子电池再生处理技术的研究开始于20世纪90年代中后期,在借鉴成熟的矿石冶炼工艺的基础上,针对废锂离子电池的特殊性,经过十几年的发展,工艺已日趋完善,并已经应用于实际生产过程。各种锂电池回收的基本步骤相似,包括预处理(拆解、分类等)以及钴和其他金属的回收两部分。各种回收技术的预处理方式基本相同,差异在于钴和其他金属的回收技术路线和方法不同。
由于锂离子电池是由多种材料构成,是精细的组合体,因其体积小、数量大、各种材料的分散性高,用机械的方法很难将其中的含钴材料分离出来,只能对电池的电芯进行整体处理。日本学者今村圣智由此提出对锂离子电池进行回收处理的方法如下:回收废电池后,进行放电处理,剥离外壳,回收外壳金属材料;将电芯与焦炭、石灰石混合,投入焙烧炉中还原焙烧;有机物燃烧分解为二氧化碳及其他气体,钴酸锂被还原为金属钴和氧化锂,氟和磷被沉淀固定,铝被氧化为炉渣,大部分氧化锂以蒸汽形式逸出后,将其用水吸收,金属铜、钴等形成含碳合金;锂离子电池经如上处理后形成的合金中将含有铜、钴、镍等金属。对此合金进一步处理,可分离提取出价格较高的钴盐、镍盐[6]。
有研究分析表明,拆解并浸出回收钴,在有效的废弃锂离子电池的回收体系的支撑下,按年回收手机电池300t(约1500万支手机电池)计算,每个电池可回收价值约1.5元。该费用为实验室估算费用,收入主要来自拆解的废塑料出售,废金属回收,支出主要为回收过程的原材料费,包括购买氢氧化钠、浓硫酸、双氧水、草酸铵、一次交换水等,此外还扣除了工人工资、劳保用品等的费用[5]。但此费用未包括收集运输、公辅设施、环境保护等方面的费用,其实际回收价值有待实际生产中进一步分析。
可见,废锂离子电池回收的经济效益是十分显著的,废锂离子电池的回收,除了有国家相关政策导向支持外,还享受国家税收优惠,目前,市场上就存在大量回收废锂离子电池的信息,可见,这是个有价市场,但我们仍需重点关注回收企业运行过程的规范性及环境保护问题。