利用廢舊鋰電池回收產生的廢渣制備陶粒研究進展

周新苗，劉志鵬，侯全楊

（廣東邦普循環科技有限公司，佛山528100）

1 前言

在“雙碳”目標的推動下，低碳發展勢在必行又任重道遠，再生資源回收利用是碳減排的重要路徑之一，同時兼具污染物減排的協同效益，無疑是實現碳達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，廢舊電池回收成為新的產業風口[1]。廢舊電池在有價金屬提取過程中不可避免會產生部分工業廢渣，“治廢”的同時也帶來了一定的“新廢”。因此，對廢舊鋰電池回收產生的廢渣進行工業固廢資源化利用，成為建設資源節約型、環境友好型和實現可持續發展型社會的重要舉措。

目前國內回收企業對電池的后續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產生的主要固廢[2]，對其二次提取有價金屬，以100%全量固廢制成環保輕質建材，可減輕環境造成的壓力，實現全流程固體廢物零排放與低值廢料的二次資源化應用，成為當前廢舊電池回收產業亟待解決的問題。國、內外針對工業固體廢棄物資源化利用技術及應用的研究已取得諸多進展，但是在廢舊電池回收行業相關報道鮮少，本文基于現有工業固體廢棄物制備陶粒的主要工藝及廢舊電池回收產生的廢渣成分進行分析，針對廢舊電池回收產生的廢渣制備陶粒的可行性進行了探討，并給出合理化建議，以供后期借鑒。

2 工業固廢制備陶粒的現狀

2.1 工業固廢制備陶粒的化學組分

根據陶粒的化學元素組成（Si、Al、Mg、Fe、Ca、K、Na等），目前工業固廢制備陶粒的原料由主要原料、輔助原料和添加劑組成，化學組成的相對質量分數維持范圍在：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。市面上已成功開發出可用于陶粒制備的工業固廢主料有煤基固廢（粉煤灰、煤矸石）、工業廢渣（鋼渣、礦渣、煤渣等）、工業尾礦（鐵、銅、黃金尾礦等）、污泥（市政、化工污泥等）；輔助材料有膨潤土、凝灰巖、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 工業固廢制備陶粒工藝流程

大部分工業固廢原料制備陶粒的生產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，從而制備出性能優良的陶粒。工業固廢制備陶粒的主要生產工藝流程如圖1 所示。

圖1 工業固廢制備陶粒工藝流程圖

2.3 工業固廢制備陶粒處理工藝

工業固廢制備陶粒目前主要的處理工藝有燒結法、免燒法兩種[5]，其中，燒結法是工業固廢資源化利用中最為常用的陶粒制備工藝，且在各行業領域工業固廢制備陶粒中已實現大規模產業化應用，但存在能耗高、工藝復雜等不足；而免燒法具有工藝投資小、能耗低等優勢，但目前僅處于實驗室研究階段，難以實現產業化。表1為工業固廢中燒結法和免燒法制備陶粒的對比情況。

表2 鐵鋁礬渣的主要化學成分（%）

表1 工業固廢中燒結法和免燒法制備陶粒的對比情況

3 利用廢舊鋰電池回收產生的廢渣制備陶?？尚行苑治?/h2>

3.1 廢舊鋰電池回收產生的廢渣成分可行性

廢舊鋰離子電池濕法回收過程中產生的工業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成分，在外加一些建筑固廢以及添加劑，即可構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生的工業固廢資源化制備陶粒成為可能。

3.2 廢舊鋰電池回收產生的廢渣制備陶粒工藝可行性

焙燒包括預熱階段和焙燒階段兩個重要過程，是工業固廢燒制陶粒的關鍵階段，直接決定了陶粒的性能指標[6]。目前工業固廢制備陶粒的處理流程和工藝的產業化研究已經很成熟，故廢舊鋰電池回收產生的廢渣可借鑒現有的工業固廢（括煤矸石、尾礦、冶煉渣、粉煤灰、爐渣、脫硫石膏等）采用高溫燒脹工藝制備陶粒[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、碳化硅廢料為發泡劑采用高溫燒脹工藝，在1100 ℃以下制備出性能優良的陶粒，體積密度為400～500 級，筒壓強度≥1.0MPa，降低其吸水率≤8%，均達到GB/T 17431.2—2010 的要求。因此，在生產工藝上廢舊鋰離子電池濕法回收過程中產生的工業固廢資源化制備陶粒成為可能。

4 結論和展望

雙碳背景下，隨著新能源汽車的快速發展，廢舊電池回收勢在必行，但回收過程產生的工業固體廢棄物資源化利用將成為行業可持續發展的重要課題。利用廢舊鋰電池回收產生的廢渣制備陶粒對節約和替代原生資源、有效減少碳排放等具有顯著的協同效應，是實現碳達峰碳中和目標的重要途徑。

利用廢舊鋰電池回收產生的廢渣制備陶粒技術的大規模推廣和應用仍然有諸多難題需要進一步解決，主要整理如下：

一是加大產業協同融合?；趶U舊鋰電池回收產生廢渣的資源特點，應充分發揮其成本優勢，搭配合適的建筑固廢，實現以100%全量固廢制成環保輕質建材，實現全流程固體廢物零排放與低值廢料的二次資源化協同應用。

二是加強政策定向引導。政府應適當出臺利用廢舊鋰電池回收產生的廢渣制備陶粒技術相關補貼政策，讓更多企業或科研院所投入研發，實現變廢為寶、以廢治廢，形成產品生產成本與質量優勢，才能真正實現利用廢舊鋰電池回收產生的廢渣制備陶粒大規模應用。

三是創新技術流程研發。燒結法仍是當前工業固廢制備陶粒主要的生產工藝，如何通過優化原料配方、改善裝備工藝條件等方式，進一步降低陶粒生產能耗和成產成本，是后期燒結法制備陶粒大規模應用的關鍵。