三元电池

背景介绍

三元锂电池是指使用镍、钴、锰三种过渡性金属氧化物作为正极材料的锂电池，因其具有相对安全性、高容量、循环寿命长、成本低廉等优势，成为非常具研究前景和生产应用的产品。

三元锂电池生产过程中废水呈现排放不均匀、成分复杂、高盐度、重金属离子含量高、强酸碱性和可生化性差等特点，未有效处理的废水排放后必将对人体健康和生态安全造成不利影响。同时，废水中的三元材料、金属箔、隔膜、石墨、盐分等固体颗粒具备较大的回收利用价值。由于三元锂电池生产排放的阳极废水和阴极废水性质差别较大，一般应分别收集和处理。传统的整个生产园区综合废水处理的方式并不适合锂电池废水治理，应结合不同工序废水的实际产生量、废水的成分和性质，以生态环境保护和循环经济利用的角度制定合理的处理方案。

废水零排放工艺系统

预处理系统

镍钴锰三元阳极材料是当前很热的三元锂电池材料之一。三元锂电综合生产废水可采用分类处理，减少进入后续蒸发结晶系统的水量，同时，通过前处理或预处理去除水中部分杂质以利于蒸发结晶系统的运行。对镍钴锰三元前驱体生产零排放的特殊前处理和预处理方式主要包括硫化物沉淀、磷酸铵镁除氨、解络合精馏等步骤。

①硫化物沉淀法是投加硫化钠/硫化钾，通过反应生成难溶的沉淀后被过滤分离而去除锂电废水中的重金属离子的方法。

②磷酸铵镁法是投加含Mg²⁺和PO₄^3-的辅料，与水中NH₄⁺反应，生成磷酸铵镁沉淀，从而达到经济有效去除高质量浓度氨氮的目的。氨氮去除之后，调节pH 值为10左右，镍钴锰金属就会以其氢氧化物的形式解络合沉淀出来直接回收利用，但相比其他后续采用蒸发结晶的工艺相比，要求氨氮质量浓度值必须小于10 mg/L，前期成本太高，若后续有高效MVR 除盐工艺，则一般不采用解络合精馏作为其前处理方式。通常也将脱氨系统单列，脱氨系统由脱氨塔、冷凝回流器、换热器、pH 调节池以及洗氨塔等组成。

蒸发结晶系统

蒸发结晶系统是实现锂电废水零排放的重要环节，对是否能实现零排放及其效果有重要影响。蒸发结晶系统主要由蒸发室、蒸发器、预热器、气液分离器、冷凝水罐、结晶加热器、结晶分离器、蒸汽压缩机、二次压缩机等组成，工艺主要包括多效蒸发技术、MVR 技术和闪蒸技术。其中，MVR 技术将二次蒸汽经压缩机压缩，提高了压力和饱和温度，直接将其作为热源代替新鲜蒸汽，发挥循环利用的机制，同时无需进行冷却处理，运行成本相对较低。

当废水产量较少、可回收材料含量较高时，零排放技术的运营成本和回报相较于传统锂电池生产废水的达标排放具有很强的优势。一般而言，如果废水浓度较低，可先进行膜处理，提浓后进入蒸发结晶系统，再进行尾水处理。厂区内过多的生活污水和质量浓度较低的阴阳极清洗废水若全采用以蒸发为基础的零排放工艺，则成本过高。在实际操作中常将经混凝沉淀后的锂电清洗废水与厂区生活污水混合后进生化处理系统，整体提高了废水的可生化性，出水水质也能达标排放。