利用廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒研究進(jìn)展

周新苗，劉志鵬，侯全楊

（廣東邦普循環(huán)科技有限公司，佛山528100）

1 前言

在“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，低碳發(fā)展勢在必行又任重道遠(yuǎn)，再生資源回收利用是碳減排的重要路徑之一，同時(shí)兼具污染物減排的協(xié)同效益，無疑是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和不可或缺的方式，借助新能源國家利好政策的東風(fēng)，廢舊電池回收成為新的產(chǎn)業(yè)風(fēng)口[1]。廢舊電池在有價(jià)金屬提取過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生部分工業(yè)廢渣，“治廢”的同時(shí)也帶來了一定的“新廢”。因此，對(duì)廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣進(jìn)行工業(yè)固廢資源化利用，成為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展型社會(huì)的重要舉措。

目前國內(nèi)回收企業(yè)對(duì)電池的后續(xù)處理主要以濕法回收為主，石墨渣、鐵鋁礬渣等是廢舊電池回收行業(yè)產(chǎn)生的主要固廢[2]，對(duì)其二次提取有價(jià)金屬，以100%全量固廢制成環(huán)保輕質(zhì)建材，可減輕環(huán)境造成的壓力，實(shí)現(xiàn)全流程固體廢物零排放與低值廢料的二次資源化應(yīng)用，成為當(dāng)前廢舊電池回收產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。國、內(nèi)外針對(duì)工業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)及應(yīng)用的研究已取得諸多進(jìn)展，但是在廢舊電池回收行業(yè)相關(guān)報(bào)道鮮少，本文基于現(xiàn)有工業(yè)固體廢棄物制備陶粒的主要工藝及廢舊電池回收產(chǎn)生的廢渣成分進(jìn)行分析，針對(duì)廢舊電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒的可行性進(jìn)行了探討，并給出合理化建議，以供后期借鑒。

2 工業(yè)固廢制備陶粒的現(xiàn)狀

2.1 工業(yè)固廢制備陶粒的化學(xué)組分

根據(jù)陶粒的化學(xué)元素組成（Si、Al、Mg、Fe、Ca、K、Na等），目前工業(yè)固廢制備陶粒的原料由主要原料、輔助原料和添加劑組成，化學(xué)組成的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持范圍在：SiO253%～79%，Al2O312%～26%，CaO、MgO、K2O、Na2O 等熔劑氧化物8%～24%［3］，可制備出良好膨脹性能的陶粒。市面上已成功開發(fā)出可用于陶粒制備的工業(yè)固廢主料有煤基固廢（粉煤灰、煤矸石）、工業(yè)廢渣（鋼渣、礦渣、煤渣等）、工業(yè)尾礦（鐵、銅、黃金尾礦等）、污泥（市政、化工污泥等）；輔助材料有膨潤土、凝灰?guī)r、石灰石、SiC、玻璃粉、純堿、石膏粉、鋁礬土、硅酸鈣粉等；添加劑有硫鐵礦渣、廢礦物油渣、造紙廢液等[4]。

2.2 工業(yè)固廢制備陶粒工藝流程

大部分工業(yè)固廢原料制備陶粒的生產(chǎn)過程中都需與其他物料摻配，才能夠獲得適宜的陶粒原料組分，從而制備出性能優(yōu)良的陶粒。工業(yè)固廢制備陶粒的主要生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。

圖1 工業(yè)固廢制備陶粒工藝流程圖

2.3 工業(yè)固廢制備陶粒處理工藝

工業(yè)固廢制備陶粒目前主要的處理工藝有燒結(jié)法、免燒法兩種[5]，其中，燒結(jié)法是工業(yè)固廢資源化利用中最為常用的陶粒制備工藝，且在各行業(yè)領(lǐng)域工業(yè)固廢制備陶粒中已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但存在能耗高、工藝復(fù)雜等不足；而免燒法具有工藝投資小、能耗低等優(yōu)勢，但目前僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。表1為工業(yè)固廢中燒結(jié)法和免燒法制備陶粒的對(duì)比情況。

表2 鐵鋁礬渣的主要化學(xué)成分（%）

表1 工業(yè)固廢中燒結(jié)法和免燒法制備陶粒的對(duì)比情況

3 利用廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒可行性分析

3.1 廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣成分可行性

廢舊鋰離子電池濕法回收過程中產(chǎn)生的工業(yè)固廢主要有鐵鋁礬渣、碳酸鈣渣、廢石墨粉和氫氧化鋁渣，表2 為廣東某廢舊鋰電回收廠的濕法冶煉廢渣的主要化學(xué)成分（鐵鋁礬渣）。從表中可以看出，廢渣中主要成分鐵鋁礬渣具有適宜的制備陶粒的基礎(chǔ)成分，在外加一些建筑固廢以及添加劑，即可構(gòu)成形成陶粒的必要條件，因此，在原料上廢舊鋰離子電池濕法回收過程中產(chǎn)生的工業(yè)固廢資源化制備陶粒成為可能。

3.2 廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒工藝可行性

焙燒包括預(yù)熱階段和焙燒階段兩個(gè)重要過程，是工業(yè)固廢燒制陶粒的關(guān)鍵階段，直接決定了陶粒的性能指標(biāo)[6]。目前工業(yè)固廢制備陶粒的處理流程和工藝的產(chǎn)業(yè)化研究已經(jīng)很成熟，故廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣可借鑒現(xiàn)有的工業(yè)固廢（括煤矸石、尾礦、冶煉渣、粉煤灰、爐渣、脫硫石膏等）采用高溫?zé)浌に囍苽涮樟7]，其中湖南中邦再生資源科技有限公司[8]以鐵鋁礬渣與建筑棄土為原料、碳化硅廢料為發(fā)泡劑采用高溫?zé)浌に嚕?100 ℃以下制備出性能優(yōu)良的陶粒，體積密度為400～500 級(jí)，筒壓強(qiáng)度≥1.0MPa，降低其吸水率≤8%，均達(dá)到GB/T 17431.2—2010 的要求。因此，在生產(chǎn)工藝上廢舊鋰離子電池濕法回收過程中產(chǎn)生的工業(yè)固廢資源化制備陶粒成為可能。

4 結(jié)論和展望

雙碳背景下，隨著新能源汽車的快速發(fā)展，廢舊電池回收勢在必行，但回收過程產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物資源化利用將成為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。利用廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒對(duì)節(jié)約和替代原生資源、有效減少碳排放等具有顯著的協(xié)同效應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要途徑。

利用廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒技術(shù)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用仍然有諸多難題需要進(jìn)一步解決，主要整理如下：

一是加大產(chǎn)業(yè)協(xié)同融合。基于廢舊鋰電池回收產(chǎn)生廢渣的資源特點(diǎn)，應(yīng)充分發(fā)揮其成本優(yōu)勢，搭配合適的建筑固廢，實(shí)現(xiàn)以100%全量固廢制成環(huán)保輕質(zhì)建材，實(shí)現(xiàn)全流程固體廢物零排放與低值廢料的二次資源化協(xié)同應(yīng)用。

二是加強(qiáng)政策定向引導(dǎo)。政府應(yīng)適當(dāng)出臺(tái)利用廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒技術(shù)相關(guān)補(bǔ)貼政策，讓更多企業(yè)或科研院所投入研發(fā)，實(shí)現(xiàn)變廢為寶、以廢治廢，形成產(chǎn)品生產(chǎn)成本與質(zhì)量優(yōu)勢，才能真正實(shí)現(xiàn)利用廢舊鋰電池回收產(chǎn)生的廢渣制備陶粒大規(guī)模應(yīng)用。

三是創(chuàng)新技術(shù)流程研發(fā)。燒結(jié)法仍是當(dāng)前工業(yè)固廢制備陶粒主要的生產(chǎn)工藝，如何通過優(yōu)化原料配方、改善裝備工藝條件等方式，進(jìn)一步降低陶粒生產(chǎn)能耗和成產(chǎn)成本，是后期燒結(jié)法制備陶粒大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。