从电池回收材料的处理方法、设备及系统
阅读：894发布：2021-07-05
专利汇可以提供从电池回收材料的处理方法、设备及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 提供一种用于从多个可充电的 锂离子 电池 回收多种材料的处理方法，并因此将所述多种材料进行再循环。所述处理方法涉及：将所述多个电池处理成一尺寸减小的进料流；接着通过一系列的分开、分离及/或 浸出 的步骤来允许一含 铜 产物、含钴、含镍及/或含锰产物，以及一含锂产物的回收；以及，可选择地允许一含 铁 产物、含 铝 产物、 石墨 产物等的回收。本申请也提供了一种用于在浸没条件下实现多个电池的尺寸减小的设备及系统。，下面是从电池回收材料的处理方法、设备及系统专利的具体信息内容。
1.一种用于在浸没条件下实现将多种电池材料的尺寸减小的设备，其特征在于：所述设备包含：
一外壳，配置用以保留一浸没液体；
一第一进料槽，限定在其中的一开口，所述开口用于接收进入所述外壳的一第一类型的多种电池材料；
一第一沉水式粉碎装置，设置在所述外壳中，以便从所述第一进料槽接收所述第一类型的所述多种电池材料，其中所述第一沉水式粉碎装置被配置用以使所述第一类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料；及
一第二沉水式粉碎装置，设置在所述外壳中，以便从所述第一沉水式粉碎装置接收所述第一种尺寸减小的电池材料，其中所述第二沉水式粉碎装置被配置用以使所述第一种尺寸减小的电池材料的尺寸进一步地减小，以形成一第二种尺寸减小的电池材料。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述设备进一步包含：一工具，用于将所述第一类型的所述多种电池材料从所述第一进料槽运送至所述第一沉水式粉碎装置。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述设备进一步包含：一沉水式输送机，用于将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置。
4.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于：所述沉水式输送机是选自于一链式输送机、一螺旋输送机或一皮带式输送机。
5.如权利要求2至4任一项所述的设备，其特征在于：所述沉水式输送机为一链式输送机。
6.如权利要求1至5任一项所述的设备，其特征在于：所述第一沉水式粉碎装置是选自于一多轴粉碎机、一锤磨机、一颚式破碎机、一圆锥破碎机或一辊式破碎机；及/或所述第二沉水式粉碎装置是选自于一多轴粉碎机或一造粒机。
7.如权利要求1至6任一项所述的设备，其特征在于：所述第一沉水式粉碎装置及所述第二沉水式粉碎装置中的每一个皆为一多轴粉碎机。
8.如权利要求1至7任一项所述的设备，其特征在于：所述第一沉水式粉碎装置为一四轴粉碎机。
9.如权利要求1至8任一项所述的设备，其特征在于：所述第二沉水式粉碎装置为一双轴粉碎机或一四轴粉碎机。
10.如权利要求1至9任一项所述的设备，其特征在于：所述第一类型的所述多种电池材料为可充电的锂离子电池。
11.如权利要求1至10任一项所述的设备，其特征在于：所述设备进一步包含：一第二进料槽，限定在其中的一开口，所述开口用于接收进入所述外壳的一第二类型的多种电池材料，
其中所述设备进一步包含：一工具，用于将所述第二类型的所述多种电池材料从所述第二进料槽直接运送至所述第二沉水式粉碎装置，及
其中所述第二沉水式粉碎装置被配置用以使所述第二类型的所述多种电池材料的尺寸减小。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于：所述第一类型的所述多种电池材料及所述第二类型的所述多种电池材料皆为可充电的锂离子电池。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于：相对于所述第一类型的所述多种电池材料，所述第二类型的所述多种电池材料具有一减小的尺寸。
14.一种用于在浸没条件下实现将多种电池材料的尺寸减小的系统，其特征在于：所述系统包含：
(a)一第一沉水式粉碎装置，用于接收一第一类型的多种电池材料，其中所述第一沉水式粉碎装置使所述第一类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料；
(b)一第二沉水式粉碎装置，用于接收所述第一种尺寸减小的电池材料，其中所述第二沉水式粉碎装置使所述第一种尺寸减小的电池材料的尺寸进一步地减小，以形成第二种尺寸减小的电池材料；及
(c)一浸没液体，所述第一沉水式粉碎装置、所述第二沉水式粉碎装置、所述第一种尺寸减小的电池材料及所述第二种尺寸减小的电池材料中的每一个皆被浸入在所述浸没液体中。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包含：一沉水式输送机，用于将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置，其中所述沉水式输送机被浸入在所述浸没液体中。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于：所述沉水式输送机是选自于一链式输送机、一螺旋输送机或一皮带式输送机。
17.如权利要求15或16所述的系统，其特征在于：所述沉水式输送机为一链式输送机。
18.如权利要求14至17任一项所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包含：一第一运送系统，用于将所述第一类型的所述多种电池材料运送至所述第一沉水式粉碎装置。
19.如权利要求14至18任一项所述的系统，其特征在于：所述第一沉水式粉碎装置及所述第二沉水式粉碎装置中的每一个通过进行压缩或剪切来造成所述尺寸的减小或所述尺寸进一步的减小。
20.如权利要求14至19任一项所述的系统，其特征在于：所述第一沉水式粉碎装置是选自于一多轴粉碎机、一锤磨机、一颚式破碎机、一圆锥破碎机或一辊式破碎机；及/或所述第二沉水式粉碎装置是选自于一多轴粉碎机或一造粒机。
21.如权利要求14至20任一项所述的系统，其特征在于：所述第一沉水式粉碎装置及所述第二沉水式粉碎装置中的每一个皆为一多轴粉碎机。
22.如权利要求14至21任一项所述的系统，其特征在于：所述第一沉水式粉碎装置为一四轴粉碎机。
23.如权利要求14至22任一项所述的系统，其特征在于：所述第二沉水式粉碎装置为一双轴粉碎机或一四轴粉碎机。
24.如权利要求14至23任一项所述的系统，其特征在于：所述第一类型的所述多种电池材料为可充电的锂离子电池。
25.如权利要求14至24任一项所述的系统，其特征在于：所述设备进一步包含：一第二运送系统，用于将一第二类型的多种电池材料运送至所述第二沉水式粉碎装置，其中所述第二沉水式粉碎装置造成所述第二类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一粉碎过的材料，所述粉碎过的材料被浸入在所述浸没液体中，并且与所述第二种尺寸减小的电池材料结合。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于：所述第一类型的所述多种电池材料及所述第二类型的所述多种电池材料皆为可充电的锂离子电池。
27.如权利要求25或26所述的系统，其特征在于：相对于所述第一类型的所述多种电池材料，所述第二类型的所述多种电池材料具有一减小的尺寸。
28.如权利要求14至27任一项所述的系统，其特征在于：所述浸没液体为一水溶液。
29.如权利要求28所述的系统，其特征在于：所述水溶液包含氢氧化钙。
30.如权利要求28或29所述的系统，其特征在于：所述水溶液包含一盐类，例如一碱金属氯化物、一碱土金属氯化物或其混合物(例如氯化钠、氯化钙或其混合物)。
31.如权利要求14至30任一项所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包含：一第三粉碎装置，用于接收来自于所述第二沉水式粉碎装置的多种粉碎过的电池材料，其中所述第三粉碎装置可选择地被浸入在所述浸没液体中，并且造成从所述第二沉水式粉碎装置所接收到的所述多种粉碎过的电池材料的尺寸减小。
32.一种用于从可充电的锂离子电池回收材料的处理方法，其特征在于：所述处理方法包含步骤：
(i)处理锂离子电池以形成一尺寸减小的进料流；
(ii)将所述尺寸减小的进料流分离成一磁性产物流及一非磁性进料流；
(iii)可选择地从所述磁性产物流中分离出一含铁产物；
(iv)利用一汽提溶剂将所述非磁性进料流进行汽提，以形成一汽提过的浆料流；
(v)将所述汽提过的浆料流分离成一尺寸过大的固体部分及一尺寸过小的汽提过的浆料流；
(vi)可选择地将所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分分离成一初步的含铝产物流、一初步的含铜产物流及一塑料产物流；
(vii)使所述尺寸过小的汽提过的浆料流进行固液分离，以形成一黑色物料固体流及一回收的汽提溶剂；
(viii)利用一酸液将所述黑色物料固体流进行浸出，以形成一富集浸出液及多个残留的固体；
(ix)将所述富集浸出液从所述多个残留的固体中分离出，以形成包含所述多个残留的固体的一第一产物流，以及包含所述富集浸出液的一第二产物流；
(x)可选择地从所述第一产物流中分离出一石墨产物；
(xi)从所述第二产物流中分离出一含铜产物，以形成一第三产物流；
(xii)从所述第三产物流中分离出一含铝(Al)及/或含铁(Fe)产物，以形成一第四产物流；
(xiii)从所述第四产物流中分离出一含钴(Co)、含镍(Ni)及/或含锰(Mn)产物，以形成一第五产物流；
(xiv)从所述第五产物流中分离出一盐类副产物，以形成一第六产物流；及(xv)从所述第六产物流中分离出一含锂产物。
33.如权利要求32所述的处理方法，其特征在于：所述处理的步骤(i)包含：
(a)可选择地将多个锂离子电池放电至大约介于1至2伏特之间；或可替代地，至大约0伏特；
(b)可选择地将放电出的能量储存在一电源库中；
(c)在水浸的条件下将所述多个锂离子电池破碎、粉碎或研磨；
(d)可选择地将所述破碎过、粉碎过或研磨过的锂离子电池分离成一第一种尺寸减小的进料流及一第二种尺寸减小的进料流，所述第一种尺寸减小的进料流具有一第一筛选尺寸的进料材料，而所述第二种尺寸减小的进料流具有一第二尺寸的进料材料；及(e)可选择地将所述第二种尺寸减小的进料流破碎、粉碎或研磨，以具有所述第一筛选尺寸的进料材料。
34.如权利要求33所述的处理方法，其特征在于：所述水浸包含：浸没在水中，或浸没在一水溶液中，所述水溶液包含(i)一盐类及/或(ii)氢氧化钙。
35.如权利要求34所述的处理方法，其特征在于：所述盐类是选自于一碱金属氯化物、一碱土金属氯化物或其混合物。
36.如权利要求32至35任一项所述的处理方法，其特征在于：所述第一筛选尺寸为大约≤40毫米，优选为≤10毫米。
37.如权利要求32至36任一项所述的处理方法，其特征在于：所述处理的步骤(i)具有大约≥2℃至<100℃的一操作温度；或可替代地，大约≥2℃至≤69℃；或可替代地大约为60℃。
38.如权利要求32至37任一项所述的处理方法，其特征在于：所述分离的步骤(ii)包含：
通过湿式或干式磁性分离法来将所述尺寸减小的进料流分离成所述磁性产物流及所述非磁性进料流。
39.如权利要求32至38任一项所述的处理方法，其特征在于：所述汽提溶剂是选自于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯(EtOAc)、异丙醇(IPA)、丙酮、二甲基亚砜(DMSO)或二乙基甲酰胺(DEF)。
40.如权利要求32至39任一项所述的处理方法，其特征在于：所述汽提的步骤(iv)的所述操作温度是从约20℃至约120℃，或从约80℃至约100℃。
41.如权利要求32至40任一项所述的处理方法，其特征在于：所述分离的步骤(vi)包含：通过密度分离法来将所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分分离成所述初步的含铝产物流、所述初步的含铜产物流及所述塑料产物流。
42.如权利要求32至41任一项所述的处理方法，其特征在于：所述浸出的步骤(viii)的所述酸液包含硫酸、硝酸或盐酸。
43.如权利要求42所述的处理方法，其特征在于：所述浸出的步骤(viii)的所述酸液包含硫酸。
44.如权利要求32至43任一项所述的处理方法，其特征在于：来自于所述分离的步骤(vii)的所述回收的汽提溶剂被再循环至所述汽提的步骤(iv)。
45.如权利要求32至44任一项所述的处理方法，其特征在于：所述步骤(x)包含：通过浮选法分离出所述石墨产物，其中所述浮选法可选择地包含一第一浮选步骤及一第二浮选步骤。
46.如权利要求32至45任一项所述的处理方法，其特征在于：所述分离的步骤(xi)包含：
(i)从所述第二产物流中分离出一含铜产物；及
(ii)通过电解沉积法从所述含铜产物流中沉积Cu0。
47.如权利要求46所述的处理方法，其特征在于：从所述第二产物流中分离出所述含铜产物流涉及到铜离子交换或铜溶剂萃取。
48.如权利要求47所述的处理方法，其特征在于：所述铜溶剂萃取包含：使用一萃取剂，例如一有机酮肟萃取剂。
49.如权利要求32至48任一项所述的处理方法，其特征在于：所述步骤(xii)包含：通过将一氢氧化物源加入至所述第三产物流，以沉淀出一含Al及/或含Fe的氢氧化物产物，进而从所述第三产物流中分离出所述含铝(Al)及/或含铁(Fe)产物。
50.如权利要求32至49任一项所述的处理方法，其特征在于：所述分离的步骤(xiii)包含：
(i)将一氢氧化物源加入至所述第四产物流，以沉淀出一含Co、含Ni及/或含Mn的氢氧化物产物；
(ii)将一碳酸盐源加入至所述第四产物流，以沉淀出一含Co、含Ni及/或含Mn的碳酸盐产物；
(iii)在一硫酸盐源的存在下，对所述第四产物流进行蒸发结晶，以形成一含Co、含Ni及/或含Mn的硫酸盐产物；或
(iv)将一氢氧化物源加入至所述第四产物流，以沉淀出一含Co、含Ni及/或含Mn的氢氧化物产物，随后进行热脱水以产生一含Co、含Ni及/或含Mn的氧化物产物。
51.如权利要求32至50任一项所述的处理方法，其特征在于：所述分离的步骤(xiv)包含：
(i)进行蒸发结晶以分离出所述盐类副产物；或
(ii)通过使用一导流管挡板结晶器进行结晶，以分离出所述盐类副产物。
52.如权利要求32至51任一项所述的处理方法，其特征在于：所述浸出的步骤(viii)的所述酸液包含硫酸，而所述步骤(xiv)的所述盐类副产物包含一硫酸盐。
53.如权利要求52所述的处理方法，其特征在于：所述步骤(xii)包含：通过将氢氧化钠加入至所述第三产物流，以沉淀出一含Al及/或含Fe的氢氧化物产物，进而从所述第三产物流中分离出所述含铝(Al)及/或含铁(Fe)产物；且/或所述步骤(xiii)包含：将氢氧化钠加入至所述第四产物流，以沉淀出一含Co、含Ni及/或含Mn的氢氧化物产物，或者将碳酸钠加入至所述第四产物流，以沉淀出一含Co、含Ni及/或含Mn的碳酸盐产物，以及所述步骤(xiv)的所述盐类副产物包含硫酸盐。
54.如权利要求32至53任一项所述的处理方法，其特征在于：所述分离的步骤(xv)包含：
(i)将一碳酸盐加入至所述第六产物流，以沉淀出碳酸锂；或
(ii)将一氢氧化物加入至所述第六产物流，以形成一氢氧化锂溶液，并且对所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，以形成单水合氢氧化锂。
55.如权利要求54所述的处理方法，其特征在于：所述处理方法进一步包含：通过以下步骤来纯化所述碳酸锂：
(i)将碳酸锂转变为碳酸氢锂；及
(ii)蒸汽处理所述碳酸氢锂以重整碳酸锂。
56.如权利要求54所述的处理方法，其特征在于：所述处理方法进一步包含：通过以下步骤来纯化所述单水氢氧化锂：
(i)在水中溶解所述单水合碳酸氢锂；及
(ii)通过使用一机械蒸汽再压缩结晶器来再结晶所述单水合氢氧化锂。
57.如权利要求32至56任一项所述的处理方法，其特征在于：所述步骤(i)包含：
在水浸的条件下，在水溶液中将所述多个锂离子电池破碎、粉碎或研磨，以产出所述尺寸减小的进料流及一液体，其中所述液体包含所述水溶液及多种有机物(例如一种或多种碳酸烷基酯)，
其中所述处理方法进一步包含：
进行一固液分离法，以从所述尺寸减小的进料流中分离出所述液体的至少一部分；及使所述分离出的液体进行一分离步骤，以从所述水溶液中分离出所述多种有机物，其中所述分离步骤可选择地包含双介质过滤或真空蒸馏。
从电池回收材料的处理方法、设备及系统
技术领域
背景技术
[0002] 可充电的锂离子电池日益渐增地为汽车、消费型电子及多种工业储能应用供电。然而，全球约有少于5％的废弃的锂离子电池被回收，相当于每年回收约70,000吨的废弃的锂离子电池。相比之下，通过在例如电动汽车的多种电动应用中的锂离子电池的应用所驱使，预计在2017年至2030年间将丢弃11+百万吨的废弃的锂离子电池包。
[0003] 这种废弃的锂离子电池包中具有大量有价值的钴、锂、铜、石墨、镍、铝、锰等，因此，废弃的锂离子电池包可被视为锂及许多其他有价值金属的一高级的“城市采矿”来源。然而，目前的锂离子电池的多个回收过程由，例如，冶炼或高温冶金所组成，其主要回收多种金属合金(通常是钴、铜及/或镍)。例如，通过高温冶金，在所述废弃的锂离子电池中的锂会从一(多个)冶炼炉的炉渣及/或多个废气流中损失掉。例如，所述炉渣通常被贩售给建筑业以使用作为路基，且锂在经济上是不可回收的。
[0004] 因此，废弃的锂离子电池的数量及多种有价值的内容物将需要废物转化行业来进行调整；例如，模拟铅酸电池回收行业，其中在全球许多管辖区中回收了约有90％以上的废弃的铅酸电池。
[0005] 多个精进的锂离子电池的回收过程可提供经济上及环境上的机遇。例如，所述估计的11+百万吨的废弃电池包在金属及其他组成物上具有约650亿美元的余留价值。进一步地，在2017年至2040年之间，通过将来自于主要来源(意即采矿、提炼)的原料量抵销及减少，锂离子电池的回收可在全球范围内减少约12亿吨二氧化碳当量的温室气体的排放；并且潜在地防止将来自于废弃锂离子电池的多种金属(例如重金属)及材料进行填埋。
发明内容
[0007] 如下面进一步详细地说明，可充电的锂离子电池包含许多不同的材料。“黑色物料(Black mass)”已知为可充电的锂离子电池的一组成物，其包含阴极及/或阳极粉末的一组合物，所述组合物包含锂金属氧化物及磷酸铁锂(阴极)及石墨(阳极)。存在于可充电的锂离子电池中的多种材料包括多种有机物，例如碳酸烷基酯(例如C1-C6碳酸烷基酯，例如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)及其混合物)、铁、铝、铜、塑料、石墨、钴、镍、锰，当然还有锂。从可充电的锂离子电池中回收这种材料是非常需要的。
[0008] 因此，根据本发明的一方面，提供了一种用于从可充电的锂离子电池回收多种材料的处理方法，所述处理方法包含步骤：
[0009] i)处理锂离子电池以形成一尺寸减小的进料流；
[0010] ii)将所述尺寸减小的进料流分离成一磁性产物流及一非磁性进料流；
[0011] iii)可选择地从所述磁性产物流中分离出一含铁产物；
[0013] v)将所述汽提过的浆料流分离成一尺寸过大的固体部分及一尺寸过小的汽提过的浆料流；
[0014] vi)可选择地将所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分分离成一初步的含铝产物流、一初步的含铜产物流及一塑料产物流；
[0015] vii)使所述尺寸过小的汽提过的浆料流进行固液分离，以形成一黑色物料固体流及一回收的汽提溶剂；
[0016] viii)利用一酸液将所述黑色物料固体流进行浸出，以形成一富集浸出液(pregnant leach solution)及多个残留的固体；
[0017] ix)将所述富集浸出液从所述多个残留的固体中分离出，以形成包含所述多个残留的固体的一第一产物流，以及包含所述富集浸出液的一第二产物流；
[0018] x)可选择地从所述第一产物流中分离出一石墨产物；
[0019] xi)从所述第二产物流中分离出一含铜产物，以形成一第三产物流；
[0020] xii)从所述第三产物流中分离出一含铝(Al)及/或含铁(Fe)产物，以形成一第四产物流；
[0021] xiii)从所述第四产物流中分离出一含钴(Co)、含镍(Ni)及/或含锰(Mn)产物，以形成一第五产物流；
[0022] xiv)从所述第五产物流中分离出一盐类副产物，以形成一第六产物流；及[0023] xv)从所述第六产物流中分离出一含锂产物。
[0024] 在另一方面中，提供了一种用于在浸没条件下实现将多种电池材料的尺寸减小的设备，所述设备包含：
[0025] 一外壳，配置用以保留一浸没液体；
[0026] 一第一进料槽，限定在其中的一开口，所述开口用于接收进入所述外壳的一第一类型的多种电池材料；
[0027] 一第一沉水式粉碎装置，设置在所述外壳中，以便从所述第一进料槽接收所述第一类型的所述多种电池材料，其中所述第一沉水式粉碎装置被配置用以使所述第一类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料；及
[0028] 一第二沉水式粉碎装置，设置在所述外壳中，以便从所述第一沉水式粉碎装置接收所述第一种尺寸减小的电池材料，其中所述第二沉水式粉碎装置被配置用以使所述第一种尺寸减小的电池材料的尺寸进一步地减小，以形成一第二种尺寸减小的电池材料。
[0029] 在又一方面中，提供了一种用于在浸没条件下实现将多种电池材料的尺寸减小的系统，所述系统包含：
[0030] (a)一第一沉水式粉碎装置，用于接收一第一类型的多种电池材料，其中所述第一沉水式粉碎装置使所述第一类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料；
[0031] (b)一第二沉水式粉碎装置，用于接收所述第一种尺寸减小的电池材料，其中所述第二沉水式粉碎装置使所述第一种尺寸减小的电池材料的尺寸进一步地减小，以形成第二种尺寸减小的电池材料；及
[0033] 为了更好的理解本申请，以及本申请的其他方面、多个实施例及多个进一步的特征，参考下面与多个附图及/或多个表格结合使用的说明，其中：
[0034] 图1A描绘了如本文所描述的一第一处理方法(“处理方法1”)的一实施例的一方框流程图；
[0035] 图1B描绘了如本文所描述的一第二处理方法(“处理方法2”)的一实施例的一方框流程图；
[0036] 图2描绘了根据本申请的一实施例的一示例性设备及系统；
[0037] 图3(a)为改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特(Taskmater)TM8500粉碎机TM的一图片，所述粉碎机为已经被改良以在浸没条件下运作的一双轴粉碎机；
[0038] 图3(b)为用于图3(a)所显示的所述改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特TM8500粉碎机TM的控制及电气面板的一图片；
[0039] 图3(c)为图3(a)所显示的所述改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特TM8500粉碎机TM的粉碎部的一图片；
[0040] 图3(d)为图3(a)所显示的所述改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特TM8500粉碎机TM的所述粉碎部的一图片，其显示出所述粉碎部被浸没在浸没液体中；
[0041] 图4(a)为在通过第一阶段的湿式粉碎后的材料的一图片(物理验证示例；粗碎机小型试验)；
[0042] 图4(b)为在通过第二阶段的湿式粉碎后的材料的一图片(物理验证示例；细碎机小型试验)；
[0043] 图4(c)为在通过造粒机后的材料的一图片(物理验证示例；干式粉碎机小型试验)；及
[0044] 图4(d)为在第一个阶段的湿式粉碎后，通过具有多个500微米开口的一丝网筛并随后进行过滤后所分离出的细颗粒材料的一图片。
[0045] 表1描述了在2025年及2030年的废弃的/丢弃的小型及大型锂离子电池的多种组成物的一潜在的概论预测；
[0046] 表2描述了用于处理方法1及处理方法2中的每一个的阶段1的多个进料尺寸减小步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0047] 表3描述了用于处理方法1的阶段2的磁性分离及涡流分离的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0048] 表4描述了用于处理方法1的阶段2的浸出(leaching)及逆流倾析法(CCD)步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0049] 表5描述了根据所述多个IDEAS过程模拟参数的用于处理方法1及处理方法2的阶段2的浸出步骤的关键化学反应；
[0050] 表6描述了用于处理方法1的阶段2的多个中间产物制备步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0051] 表7描述了用于处理方法1的阶段3的多个最终产物制备步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；及
[0052] 表8描述了根据处理方法1的所述多个IDEAS过程模拟参数的用于阶段3的多个最终产物制备步骤的关键化学反应。
[0053] 表9描述了用于处理方法2的阶段2的磁性分离、汽提及可选择的密度分离的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0054] 表10描述了用于处理方法2的阶段2的浸出的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0055] 表11描述了用于处理方法2的阶段2的多个中间产物制备步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0056] 表12描述了用于处理方法2的阶段3的多个最终产物制备步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数；
[0057] 表13描述了根据所述多个IDEAS过程模拟参数的用于处理方法2的阶段3的多个最终产物制备步骤的关键化学反应；及
[0058] 表14描述了在浸没条件下的用于实现将电池材料的尺寸减小的一设备/系统的一实施例的机械设计标准。
具体实施方式
[0059] 除非另有定义，否则本文所使用的所有技术及科学术语具有与本申请所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。
[0061] 如本文所使用的术语“包含”将被理解为是指下面列表不是穷举性的，并且可包括或可不包括任何其他额外的合适的项目，例如，一个或多个适当的进一步的特征、组成物及/或成分。
[0062] 除非上下文另外明确指出，否则本文所使用的“电池”或“多个电池”指的是可充电的锂离子电池。
[0063] 锂离子电池
[0064] 组成物
[0066] a.正极/阴极：取决于电池的应用及制造商，包含锂金属氧化物及磷酸锂铁的不同配方，其被插在一阴极背衬箔/集流体(例如铝)上-例如：LiNixMnyCozO2(NMC)；锂钴氧化物(LiCoO2，LCO)；磷酸锂铁(LiFePO4，LFP)；锂锰氧化物(LiMn2O4，LMO)；LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)；
[0067] b.负极/阳极：通常，包含插在一阳极背衬箔/集流体(例如铜)上的石墨；
[0068] c.电解液：例如，六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、单水合六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、双(双三氟甲烷磺酰基)锂(LiTFSI)、溶解在一有机溶剂中的有机硼酸锂或氟烷基磷酸锂(例如，碳酸烷基酯的混合物，例如C1-C6碳酸烷基酯，例如，碳酸亚乙酯(EC，通常需要作为混合物的一部分来进行足够的负极/阳极的钝化)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC))；及
[0069] d.介于所述阴极及阳极之间的隔离件：例如，基于聚合物或陶瓷。
[0070] 因此，可充电的锂离子电池包含许多不同的材料。术语“黑色物料(Black mass)”指的是如上所述的包含有锂金属氧化物及磷酸铁锂(阴极)及石墨(阳极)的阴极及/或阳极粉末的一组合物。因此，存在于可充电的锂离子电池中的多种材料包括多种有机物，例如碳酸烷基酯(例如C1-C6碳酸烷基酯，例如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)及其混合物)、铁、铝、铜、塑料、石墨、钴、镍、锰，当然还有锂。从可充电的锂离子电池中回收这种材料是非常需要的。
[0071] 锂离子电池单体以各种形状/形式因子来被制造，例如：
[0072] a.圆柱形单体；
[0073] b.菱柱形单体；及
[0074] c.袋状单体。
[0075] 小型的锂离子电池(例如，在消费型电子应用中)通常由一个或多个单体所组成，每个单体具有一阴极、一阳极、电解液及一隔离件。通常，每个单体被储藏在钢、铝及/或塑料中。假如所述小型锂离子电池包括多个单体(例如，通常在笔记本电脑的锂离子电池的例子中)，则所述整体的电池包通常被储藏在塑料中，或取决于应用可能在其他材料中，例如铝及/或钢。
[0076] 大型的锂离子电池包(例如，在汽车及固定式能量储存系统的应用中)通常被建构如下：
[0077] a.单体：含有被储藏在钢、铝及/或塑料中的所述阴极、阳极、电解液、隔离件的单体；
[0078] b.模块：多个单体组成一模块，其通常被储藏在钢、铝及/或塑料中；及[0079] c.电池包：多个模块组成一电池包，其通常被储藏在钢、铝及/或塑料中。
[0080] 混合型锂离子电池包按重量百分比(意即，千克材料/千克锂离子电池包)估算的一加权平均组成(意即，小型及大型锂离子电池的加权平均混合物，并基于可能的电流及近期的制造来结合特定的锂离子电池阴极化学的作用)大致包含：4％镍、5％锰、7％钴、7％碳酸锂(Li2CO3)(表示为碳酸锂的等效物)、10％铜、15％铝、16％石墨及33％的其他材料。通过进一步的示例，表1提供了预测在2025年及2030年的小型及大型锂离子电池的多种组成物的一可能的预估概论。
[0081] 在这些组成物中，估计大约有七个组成物包含了一废弃的锂离子电池的余留值的90％以上：钴、锂、铜、石墨、镍、铝及锰。例如，基于在一废弃的锂离子电池中的多个含有的材料的余留值，混合型的锂离子电池包的一估计的加权平均组成(美元/千克材料/千克锂离子电池包)大约包含：9％镍、2％锰、16％Li2CO3(表示为碳酸锂的等效物)、12％铜、5％铝、
10％石墨及7％的其他材料。
10％石墨及7％的其他材料。
[0082] 充电
[0083] 作为一锂离子电池单体的充电及放电，多个锂离子在所述阳极及阴极移动进出。在此电化学反应期间，形成一锂化阳极(例如，内部具有锂的石墨)以及失去锂的一过渡金属氧化物。所述锂化阳极及所述过渡金属氧化物皆具有反应性。这些过渡材料可与典型的基于有机物的电解质溶液(如上所述，包含有碳酸烷基酯)发生“寄生反应”。
[0084] 所述阳极特别经历这种寄生反应，其导致沉积在所述阳极表面上的一固体产物。此固体产物被称为一固体电解质介面(solid electrolyte interphase，SEI)。随着时间的流逝，这形成钝化膜，所述钝化膜减慢并限制了多个进一步的电化学反应。
[0085] 例如，老化/循环过的阴极及阳极材料的多张扫描式电子显微镜的图像显示出，相对于利用一混合的基于有机物的电解质溶液的锂离子单体的阴极，所述阴极表现出有限的固体电解质介面的表面沉积。相反地，由石墨组成的一老化/循环过的阳极表现出固体电解质介面。跨越层状石墨阳极的一固态电解质介面的存在降低了所述电化学反应效率，所述电化学反应效率通过限制锂插入的位点来为锂离子单体供电。随着时间的流逝，这样会降低所述锂离子电池单体传递能量的能力，并且最终导致电池变成“废弃的”。
[0086] 处理方法1
[0087] 在处理方法1的一实施例中，提供了一种用于从可充电锂离子电池回收多种材料的处理方法，所述处理方法包含：
[0088] a)处理锂离子电池以形成一尺寸减小的进料流；
[0089] b)将所述尺寸减小的进料流分离成一磁性产物流及一第一非磁性产物流；
[0090] c)可选择地从所述磁性产物流中分离出一含铁产物；
[0091] d)将所述第一非磁性进料流分离成一含铝产物流及一第二非磁性进料流；
[0092] e)可选择地从所述含铝产物流中分离出一含铝产物；
[0093] f)利用一酸液将所述第二非磁性进料流进行浸出(leaching)，以形成一浸出过的浆料；
[0094] g)将所述浸出过的浆料分离成一第一产物流及一第二产物流；
[0095] h)可选择地从所述第一产物流分离出一第一含铜产物；
[0096] i)将所述第二产物流分离成一石墨产物流及一第三产物流；
[0097] j)可选择地从所述石墨产物流分离出一石墨产物；
[0098] k)可选择地将所述第三产物流进行过滤，以分离出多种有机物及固体，进而形成一第四产物流；
[0099] l)从所述第三或第四产物流沉积一第二含铜产物，以形成一第五产物流；
[0100] m)从所述第五产物流分离出一含钴、含镍及/或含锰产物，以形成一第六产物流；及
[0101] n)从所述第六产物流分离出一含锂产物。
[0102] 例如，参见图1A，其描绘了处理方法1的一实施例的一方框流程图。
[0103] 在处理方法1的另一实施例中，处理的步骤a)包含：可选择地将多个锂离子电池放电至大约介于1至2伏特之间，或可替代地，至大约0伏特；可选择地将放电出的能量储存在一电源库中；在水浸的条件下将所述多个锂离子电池破碎、粉碎或研磨；可选择地将所述破碎过、粉碎过或研磨过的锂离子电池分离成一第一种尺寸减小的进料流及一第二种尺寸减小的进料流，所述第一种尺寸减小的进料流具有一第一尺寸的进料材料，而所述第二种尺寸减小的进料流具有一第二尺寸的进料材料；且可选择地将所述第二种尺寸减小的进料流破碎、粉碎或研磨，以具有所述第一尺寸的进料材料。在另一实施例中，水浸包含水或盐水(brine)浸没。在又一实施例中，所述第一尺寸大约≤10毫米。在再一实施例中，处理的步骤a)具有大约≥2℃至<100℃的一操作温度，或可替代地，大约≥2℃至≤69℃，或可替代地大约60℃。在再一实施例中，分离的步骤b)包含：通过湿式磁性分离法将所述尺寸减小的进料流分离成所述磁性产物流及所述第一非磁性进料流。在另一实施例中，分离的步骤d)包含：通过涡流分离、密度分离、空气分选分离(air-sorting separation)或它们的组合来从所述第一非磁性进料流分离出所述含铝产物流及所述第二非磁性进料流。在再一实施例中，浸出的步骤f)的所述酸液包含硫酸、硫酸与过氧化氢的一混合物、硝酸、硝酸与过氧化氢的一混合物或盐酸。在再一实施例中，分离的步骤g)包含：通过逆流倾析法(countercurrent decantation)来将所述浸出过的浆料分离成所述第一产物流及所述第二产物流。在另一实施例中，分离的步骤i)包含：通过：可选择地使用一凝聚剂的凝聚法以及浮选法来将所述第二产物流分离成一石墨产物流及一第三产物流。在另一实施例中，所述浮选法涉及一第一浮选步骤及一第二浮选步骤。在又一实施例中，过滤的步骤k)包含：通过双介质过滤来将所述第三产物流进行过滤，以分离出多种有机物及固体；且可选择地通过一活性碳过滤器来将所述第四产物流进行过滤。在另一实施例中，所述双介质过滤涉及通过一双介质过滤器来将所述第三产物流进行过滤，所述双介质过滤器具有作为一第一介质的无烟煤及作为一第二介质的石榴石。在又一实施例中，沉积的步骤l)包含：从所述第三或第四产物流分离出一含铜产物流，并且通过电解沉积法从所述含铜产物流中沉积Cu0。在另一实施例中，从所述第三或第四产物流分离出所述含铜产物流涉及到铜离子交换或铜溶剂萃取。在又一实施例中，所述铜溶剂萃取涉及使用一萃取剂，例如一有机酮肟萃取剂。在再一实施例中，分离的步骤m)包含：将一氢氧化物源加入至所述第五产物流中，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物；将一碳酸盐源加入至所述第五产物流中，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的碳酸盐产物；在一硫酸盐源的存在下，对所述第五产物流进行蒸发结晶，以形成一含钴、含镍及/或含锰的硫酸盐产物；或将一氢氧化物源加入至所述第五产物流，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物，随后进行热脱水以产生一含钴、含镍及/或含锰的氧化物产物。在另一实施例中，分离的步骤n)包含：将一碳酸盐加入至所述第六产物流，以沉淀出碳酸锂；或将一氢氧化物加入至所述第六产物流，以形成一氢氧化锂溶液，并且对所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，以形成单水合氢氧化锂。在另一实施例中，所述处理方法进一步包含：纯化所述碳酸锂，其通过：将碳酸锂转变为碳酸氢锂；及蒸汽处理所述碳酸氢锂以重整碳酸锂。在另一实施例中，所述处理方法进一步包含：纯化所述单水合氢氧化锂，其通过：在水中溶解所述单水合碳酸氢锂；及通过使用一机械蒸汽再压缩结晶器来再结晶所述单水合氢氧化锂。在又一实施例中，当所述浸出的步骤f)的所述酸液包含硫酸或硫酸与过氧化氢的一混合物时，所述处理方法进一步包含：从所述第五或第六产物流分离出一硫酸盐产物流的步骤(o)。在另一实施例中，分离的步骤o)包含：对所述硫酸盐产物流进行蒸发结晶，以形成一硫酸盐产物；或通过使用一导流管挡板结晶器对所述硫酸盐产物流进行结晶，以形成一硫酸盐产物。
[0104] 因此，在本申请的处理方法1的一实施例中，提供了一种用于从可充电的锂离子电池回收多种产物的处理方法，所述处理方法包含三个主要阶段：(i)进料尺寸减小(例如，参见图1A，步骤a)；(ii)浸出、逆流倾析法及中间产物制备(例如，参见图1A，步骤b至f)；及(iii)最终产物制备(例如，参见图1A，步骤g至n)。
[0105] 参考图1A，步骤a)提供了由于进料尺寸减小而导致的一尺寸减小的进料流。
[0106] 在进料尺寸减小的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：可选择地将小型的锂离子电池(例如，来自于电话、笔记本电脑等)及/或大型的锂离子电池(例如，来自于电动汽车)放电至大约介于1至2伏特之间，或可替代地，至大约0伏特。在另外的实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：可选择地将放电出的能量储存在一中央电源库中(例如，以便为整个工厂范围内的功耗提供降低的峰值负载)。
[0107] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：将所述可选择地放电过的锂离子电池破碎、粉碎或研磨，以形成一第一种尺寸减小的电池进料流。在多个实施例中，所述多个电池被破碎/粉碎成≤10毫米的一尺寸。在多个进一步的实施例中，在水/水溶液的浸没条件下，所述多个电池被破碎/粉碎；或更特别地，在水/盐水的浸没条件下(以吸收来自于火花等的热能)。在其他实施例中，在大约≥2℃至<100℃之间，或可替代地，大约≥2℃至≤69℃，或可替代地大约60℃的一温度下，所述多个电池被破碎/粉碎。
[0108] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：所述多个电池的一两阶段破碎，以形成一尺寸减小的电池进料流。在多个实施例中，所述两阶段破碎是在水/水溶液的浸没条件下发生；或更特别地，在水或盐水的浸没条件下发生，以便：(i)限制氧气的累积；(ii)通过抑制由破碎引起的任何火花并将其吸收为热量来将破碎期间的燃烧风险降至最低；及(iii)挟带所述多个电池的电解液。在一些实施例中，所述盐水溶液包含一氯化钠水溶液。在其他实施例中，所述盐水溶液包含一稀释的氢氧化钙水溶液(也已知为熟石灰或消石灰)，以协助中和多种电解质盐类中的多种潜在的卤化物，从而最大程度地减少可能导致材料/设备腐蚀增加的水解作用(例如，氢氟酸水溶液/氟化氢的形成)；及/或使形成氟化钠盐类的可能性最小化。在多个实施例中，所述两阶段破碎包含：一第一破碎机，接受多个大型锂离子电池，并将它们的尺寸减小至≤400毫米；及一第二破碎机，接受多个小型的锂离子电池及尺寸减小的大型锂离子电池，并将结合的电池进料流的尺寸减小至≤100毫米。在多个实施例中，在大约≥2℃至<100℃之间，或可替代地，大约≥2℃至≤69℃，或可替代地大约60℃的一温度下发生所述两阶段破碎。
[0109] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：筛选所述尺寸减小的电池进料流。在多个实施例中，所述尺寸减小的进料流被分离成≤10毫米的一尺寸过小的部分，及在≥10毫米至≤100毫米的一尺寸过大的部分。在多个实施例中，所述尺寸过小的部分经历固液分离，以形成一滤饼，所述滤饼包含多个≤10毫米的颗粒。在一些实施例中，通过一带式过滤器发生所述固液分离。在多个实施例中，所述尺寸过大的部分被粉碎至≤10毫米。在一些实施例中，通过使用类似于废旧电子回收及食品加工设备中的工业规模的粉碎机来将所述尺寸过大的部分粉碎。在多个实施例中，将≤10毫米的所述尺寸过小的部分与被粉碎至≤10毫米的所述尺寸过大的部分结合，以形成一尺寸减小的进料流，如同根据图1A，步骤a。
[0110] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：所述尺寸减小的电池进料的磁性分离(例如，参见图1A，步骤b))，以便将多种磁性/含铁材料(例如，钢片、(多种)含铁产物、磁性产物流，图1A)从多种非磁性/不含铁且惰性的材料(例如，第一非磁性进料流，图1A)中分离出。在多个实施例中，所述磁性分离为湿式磁性分离法。在一些实施例中，所述湿式磁性分离法包含‘较粗糙’及‘较干净’的磁性分离步骤。在一些实施例中，所述湿式磁性分离使用低强度的磁性分离设备。
[0111] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含所述非磁性/不含铁的尺寸减小的进料的涡流分离，以便将任何残留的磁性/含铁材料(例如，钢片、(多种)含铁产物)从所述非磁性/不含铁且惰性的材料中分离出。在多个实施例中，所述涡流分离提供用于一含铝产物流的分离(例如，参见图1A，步骤d)及含铝产物流)。在其他实施例中，涡流分离、密度分离、空气分选分离或它们的组合提供用于所述含铝产物流的分离。在多个实施例中，所述涡流分离提供用于将任何残留的磁性/含铁材料(例如，钢片、(多种)含铁产物)分离出，以便再循环回所述湿式磁性分离。
[0112] 在浸出、逆流倾析法及中间产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：将从涡流分离而来的所述非磁性/不含铁且惰性的材料进行酸液浸出(排除分离出的含铝产物流；例如，所述第二非磁性进料流，图1A)，以形成一浸出过的浆料(例如，参见图1A，步骤f))。在多个实施例中，所使用的酸液为硫酸、盐酸或硝酸。在一些实施例中，使用过氧化氢以促进多种贵金属的浸出。在一些实施例中，在介于大约60至95℃的一操作温度下发生浸出。在一些实施例中，在高剪切搅动下，在一锥形底槽中发生浸出。
[0113] 在浸出、逆流倾析法及中间产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：将所述浸出过的浆料筛选成≤5毫米的一尺寸过小的部分，及≥5毫米的一尺寸过大的部分。在多个实施例中，所述尺寸过大的部分被再循环回所述湿式磁性分离，以便进行进一步的分离。
[0114] 在浸出、逆流倾析法及中间产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：所述浸出过的浆料的逆流倾析法(CCD)(例如，参见图1A，步骤g))。在多个实施例中，CCD分离出粘质物/残留物或‘铜浓缩物’，其主要由铜、一些残留的被粉碎的铝、残留的被粉碎的钢、纸及塑料组成，如同一底流(例如，第一产物流，图1A)，并且分离出一结合的水浸化相(富集浸出液(pregnant leach solution)或PLS)及漂浮/低密度相(例如，石墨、有机物)以作为一溢流(例如，第二产物流，图1A)。在一些实施例中，所述CCD使用多个阶段的高密度增稠剂。
[0115] 在浸出、逆流倾析法及中间产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，其中将所述CCD的溢流汇出(report)至一凝聚槽，一凝聚剂被加入至所述凝聚槽中，以协助所述石墨或有机相的凝聚。在多个实施例中，将来自于所述凝聚槽的所述溶液汇出至多个浮选单体，以可筛选地将一疏水相(例如，利用凝聚剂来被凝聚的石墨及有机物；石墨产物流，图1A)与一亲水相(例如，水溶性PLS)分离。在多个实施例中，所述多个浮选的单体包括：一‘较粗糙的浮选单体’，完成所述疏水相及所述亲水相的一初步分离；及一‘较干净的浮选单体’，将所述‘较粗糙的浮选单体’的泡沫汇出至所述‘较干净的浮选单体’，以进一步将所述疏水相及所述亲水相分离。在多个实施例中，将来自于所述‘较干净的浮选单体’的泡沫汇出至所述固液分离，以便可选择地分离出一固体或‘铜浓缩物’相(例如，参见图1A，步骤j))。在一些实施例中，使用一离心机以达成固液分离。
[0116] 在浸出、逆流倾析法及中间产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：结合来自于所述‘较粗糙的浮选单体’及所述‘较干净的浮选单体’(例如，第三产物流，图1A)(可选择地与来自于所述‘较干净的浮选单体’的泡沫所固液过滤出的液体结合(例如浓缩物；步骤j)，图1A))；并且，可选择地通过一双介质过滤器来过滤所述结合的液体流，以分离出所挟带的多种有机物(例如，参见图1A，步骤k))。在多个实施例中，所述双介质过滤器包含过滤介质，例如无烟煤、石榴石及/或沙子。在一些实施例中，从所述双介质过滤器输出的所述液体流(例如，第四产物流，图1A)可选择地汇出至一活性碳过滤器，以进一步地分离出任何挟带的有机物。
[0117] 在一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法可选择地包含：将从磁性分离而来的所述多种磁性/含铁材料(例如，钢片、(多种)含铁产物)进行脱水；并且，收集及储存所述多种脱水过的材料(例如，参见图1A，步骤(c)及含铁产物)。在多个实施例中，所述处理方法可选择地包含：从所述涡流分离进行所述含铝产物流的脱水；并且，收集及储存所述脱水过的含铝产物(例如，参见图1A，步骤e)及含铝产物)。在多个实施例中，使用一脱水筛，其中所述筛为陡直倾斜的，以利于水/水溶液的排出。
[0118] 在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法可选择地包含：来自于所述CCD的粘质物/残留物或最终底流的一固液分离，以产生一铜浓缩物。在一些实施例中，使用一带式过滤器来达成固液分离。例如，参见图1A，步骤h)及第一含铜产物。
[0119] 在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法可选择地包含：收集来自于‘较干净的浮选单体’的泡沫的所述固液分离出的石墨浓缩物。在一些实施例中，所述石墨浓缩物被收集作为来自于‘较干净的浮选单体’的泡沫所离心出的所述固体产物。例如，参见图1A，步骤j)及石墨产物。
[0120] 在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：从双介质过滤输出的所述液体流的一铜离子交换。在多个实施例中，使用一种铜的选择性树脂，例如， M+TP 207。在一些实施例，所述处理方法包含：从双介质过滤输出的所述液体流的一溶剂萃取。在一些实施例中，所述溶剂萃取涉及(多个)混合器-沉降器萃取阶段，所述(多个)混合器-沉降器萃取阶段将多个铜阳离子装载至一种铜的选择性萃取剂中，例如在一稀释剂(例如煤油)中的一有机酮肟萃取剂(例如 84)。在
其他实施例中，所述溶剂萃取涉及(多个)混合器-沉降器汽提阶段，其中使用从铜电解沉积(下面)而来的废弃的电解液以将多种加载有铜的有机物汽提，并且在进行铜电解沉积之前将多个铜阳离子转移到一水溶液相中。
其他实施例中，所述溶剂萃取涉及(多个)混合器-沉降器汽提阶段，其中使用从铜电解沉积(下面)而来的废弃的电解液以将多种加载有铜的有机物汽提，并且在进行铜电解沉积之前将多个铜阳离子转移到一水溶液相中。
[0121] 在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：将从铜离0
子交换而来的一富铜溶液进行铜电解沉积，以产生元素铜(意即Cu)。在多个实施例中，将铜电解沉积(例如，传统的铜电解沉积， 电解沉积等)使用于铜/Cu0的沉积
以作为铜板。例如，参见图1A，步骤l)及第二含铜产物。
子交换而来的一富铜溶液进行铜电解沉积，以产生元素铜(意即Cu)。在多个实施例中，将铜电解沉积(例如，传统的铜电解沉积， 电解沉积等)使用于铜/Cu0的沉积
以作为铜板。例如，参见图1A，步骤l)及第二含铜产物。
[0122] 在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：产生一含钴、含镍及/或含锰产物。在多个实施例中，所述含钴、含镍及/或含锰产物为一氢氧化物产物。在多个实施例中，来自于铜离子交换的一铜汽提溶液(例如，第五产物流，图1A)与一氢氧化物源(例如，碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠/NaOH，以及碱土金属氢氧化物等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物(例如，参见图1A，含钴、含镍及/或含锰产物)。在其他实施例中，所述含钴、含镍及/或含锰产物为一碳酸盐产物。在多个实施例中，从所述铜离子交换汇出而来的所述铜汽提溶液(例如，第五产物流，图1A)与一碳酸盐源(例如，碱金属碳酸盐类，例如碳酸钠/Na2CO3以及碱土金属碳酸盐类等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的碳酸盐产物(例如，参见图1A，含钴、含镍及/或含锰产物)。在其他实施例中，所述含钴、含镍及/或含锰产物为一种氧化物产物。在多个实施例中，来自于所述铜离子交换的所述铜汽提溶液(例如，第五产物流，图1A)与一氢氧化物源(例如，碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠/NaOH，以及碱土金属氢氧化物等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物，将所述含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物汇出至热脱水，以产生一含钴、含镍及/或含锰的氧化物产物(例如，氧化钴(II、III)、四氧化三钴、氧化镍(II)、一氧化镍、二氧化锰(IV)、二氧化锰；例如，参见图1A，含钴、含镍及/或含锰产物)。在多个实施例中，将所述含钴、含镍及/或含锰产物汇出至固液过滤，以收集一固体过滤饼。在一些实施例中，使用一压滤机来达成固液过滤。在其他实施例中，其中硫酸或硫酸与过氧化氢的一混合物被用于酸液浸出，将来自于所述铜离子交换的所述铜汽提溶液汇出至一蒸发结晶器，以产生一种七水合硫酸钴/CoSO4·7H2O、六水合硫酸镍/NiSO4·6H2O，及/或单水合硫酸猛/MnSO4·H2O产物。在多个实施例中，将(多个)所得的结晶产物汇出至固液分离；并且，将(多个)分离出的固体产物汇出至一干燥机，以驱除多余的水并产生一水合的含钴、含镍及/或含锰的硫酸盐类(例如，参见图1A，含钴，含镍及/或含锰产物)。在一些实施例中，使用一离心机以达成固液分离。
[0123] 在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：沉淀一含锂产物。在多个实施例中，从所述含钴、含镍及/或含锰产物的生成所输出的一液体流(例如，第六产物流，图1A)与例如碳酸钠的一碳酸盐类反应，以沉淀出碳酸锂粗产物。在多个实施例中，所述碳酸锂粗产物经历固液分离，例如通过使用一离心机，并且收集了一固体饼(例如，参见图1A，步骤n)及含锂产物)。在多个实施例中，将所述粗碳酸锂饼汇出至一重碳酸盐回路，以进行进一步地纯化，其中二氧化碳被鼓泡进入一容器槽中，以将所述碳酸锂转变为更易溶的重碳酸锂(意即碳酸锂的‘消化’)。在一些实施例中，将含有可溶性重碳酸锂的所述液体流汇出至一离子交换单元，以筛选性地去除多种痕量杂质，例如钙及锰。在多个实施例中，将所述含有可溶性重碳酸锂的所述溶液汇出至一容器槽，蒸汽被鼓泡并通过所述容器槽，以结晶出更高纯度的碳酸锂来作为一固体。在其他实施例中，结晶出所述更高纯度的碳酸锂包含：电解、直接浸没式电加热、元素电加热或间接电加热。在一些实施例中，来自于所述碳酸锂结晶的输出经历固液分离，例如通过使用一离心机，以分离出所述固体的碳酸锂产物。在其他实施例中，所述液体过滤液(例如离心滤液)被再循环至所述碳酸锂‘消化’槽。在多个进一步的实施例中，所述分离出的高纯度的固体碳酸锂流被干燥及微粉化。
[0124] 在最终产物制备的一实施例中，其中硫酸或硫酸与过氧化氢的一混合物被用于酸液浸出，在此提供了一处理方法，所述处理方法包含：结晶出硫酸钠。在多个实施例中，将来自于所述碳酸锂粗产物的固液分离(例如离心)的过滤液(例如离心滤液)汇出至一蒸发结晶器，以产生十水合硫酸钠/Na2SO4·10H2O。在一些实施例中，在结晶期间加入硫酸，以将残留的碳酸盐(例如碳酸钠(液态))转变成一硫酸盐形式。在一些实施例中，将所得的结晶浆料汇出至固液分离；并且，将分离出的固体产物汇出至一干燥机，其中所述干燥剂驱除水分，并且产生无水硫酸钠/Na2SO4。在一些实施例中，通过使用一离心机来达成固液分离。
[0125] 在最终产物制备的一实施例中，其中盐酸被用于酸液浸出，在此提供了一处理方法，其中产生作为一副产物的氯化钠溶液。在多个实施例中，所述氯化钠溶液被：(i)再循环至(多个)所述进料尺寸减小的步骤，以使用作为一盐水溶液，所述盐水溶液的一部分可选择地放到一水处理厂，然后在设备中重复使用；或(ii)结晶以形成一固体氯化钠产物，可选择地后续进行固液分离及干燥。
[0126] 在最终产物制备的一实施例中，其中硝酸或硝酸与过氧化氢的一混合物被用于酸液浸出，在此提供了一处理方法，其中产生作为一副产物的硝酸钠溶液。在多个实施例中，所述硝酸钠溶液被：(i)结晶以形成一固体硝酸钠产物，可选择地后续进行固液分离及干燥。
[0127] 处理方法2
[0128] 如上所述，可充电的锂离子电池包含许多不同的材料，包括碳酸烷基酯(例如C1-C6碳酸烷基酯)、铁、铝、铜、石墨、镍、锰，当然还有锂。在处理方法2的一实施例中，提供了一种用于从可充电的锂离子电池回收多种材料的处理方法，所述处理方法：
[0129] i)处理锂离子电池以形成一尺寸减小的进料流；
[0130] ii)将所述尺寸减小的进料流分离成一磁性产物流及一非磁性进料流；
[0131] iii)可选择地从所述磁性产物流中分离出一含铁产物；
[0132] iv)利用一汽提溶剂将所述非磁性进料流进行汽提，以形成一汽提过的浆料流；
[0133] v)将所述汽提过的浆料流分离成一尺寸过大的固体部分及一尺寸过小的汽提过的浆料流；
[0134] vi)可选择地将所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分分离成一初步的含铝产物流、一初步的含铜产物流及一塑料产物流；
[0135] vii)使所述尺寸过小的汽提过的浆料流进行固液分离，以形成一黑色物料固体流及一回收的汽提溶剂；
[0136] viii)利用一酸液将所述黑色物料固体流进行浸出，以形成一富集浸出液及多个残留的固体；
[0137] ix)将所述富集浸出液从所述多个残留的固体中分离出，以形成包含所述多个残留的固体的一第一产物流，以及包含所述富集浸出液的一第二产物流；
[0138] x)可选择地从所述第一产物流中分离出一石墨产物；
[0139] xi)从所述第二产物流中分离出一含铜产物，以形成一第三产物流；
[0140] xii)从所述第三产物流中分离出一含铝(Al)及/或含铁(Fe)产物，以形成一第四产物流；
[0141] xiii)从所述第四产物流中分离出一含钴(Co)、含镍(Ni)及/或含锰(Mn)产物，以形成一第五产物流；
[0142] xiv)从所述第五产物流中分离出一盐类副产物，以形成一第六产物流；及[0143] xv)从所述第六产物流中分离出一含锂产物。
[0144] 例如，参见图1B，其描绘了处理方法2的一实施例的一方框流程图。
[0145] 因此，在本申请的处理方法2的一实施例中，提供了一种用于从可充电的锂离子电池回收多种产物的处理方法，所述处理方法包含三个主要阶段：(i)进料尺寸减小(例如，参见图1B，步骤(i)及(i)(a))；(ii)浸出及中间产物制备(例如，参见图1B，步骤(ii)至(x)；及(iii)最终产物制备(例如，参见图1B，步骤(xi)至(xv))。
[0146] 参考图1B，步骤i)提供了由于进料尺寸减小而导致的一尺寸减小的进料流。在处理方法2的一实施例中，处理的步骤i)包含：可选择地将多个锂离子电池放电至大约介于1至2伏特之间，或可替代地，至大约0伏特；可选择地将放电出的能量储存在一电源库中；在水浸的条件下将所述多个锂离子电池破碎、粉碎或研磨；可选择地将所述破碎过、粉碎过或研磨过的锂离子电池分离成一第一种尺寸减小的进料流及一第二种尺寸减小的进料流，所述第一种尺寸减小的进料流具有一第一筛选尺寸的进料材料，而所述第二种尺寸减小的进料流具有一第二尺寸的进料材料；且可选择地将所述第二种尺寸减小的进料流破碎、粉碎或研磨，以具有所述第一筛选尺寸的进料材料。
[0147] 在处理方法2的另一实施例中，水浸包含：在水中浸没，或在一水溶液中浸没，所述水溶液包含(i)一盐类及/或(ii)氢氧化钙。在另一实施例中，所述盐类是选自于一碱金属氯化物(例如氯化钠(NaCl))、一碱土金属氯化物(例如氯化钙(CaCl2))或其混合物。在又一实施例中，所述第一筛选尺寸大约≤40毫米，优选为≤10毫米。在再一实施例中，处理的步骤i)具有大约≥2℃至<100℃的一操作温度，或可替代地，大约≥2℃至≤69℃，或可替代地大约60℃。
[0148] 因此，在进料尺寸减小的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：可选择地将小型的锂离子的电池(例如，来自于电话、笔记本电脑等)及/或大型的锂离子电池(例如，来自于电动汽车)放电至大约介于1至2伏特之间，或可替代地，至大约0伏特。在另外的实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：可选择地将放电出的能量储存在一中央电源库中(例如，以便为整个工厂范围内的功耗提供降低的峰值负载)。
[0149] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：将所述可选择地放电过的锂离子电池破碎、粉碎或研磨，以形成一第一种尺寸减小的电池进料流。在多个实施例中，所述多个电池被破碎/粉碎成≤40毫米的一尺寸，优选为≤10毫米。在多个进一步的实施例中，在水/水溶液的浸没条件下，所述多个电池被破碎/粉碎；或更特别地，在水/盐水的浸没条件下(以吸收来自于火花等的热能)。在其他实施例中，在大约≥2℃至<100℃之间，或可替代地，大约≥2℃至≤69℃，或可替代地大约60℃的一温度下，所述多个电池被破碎/粉碎。在多个实施例中，水浸包含：在水中浸没，或在一水溶液中浸没，所述水溶液包含(i)一盐类及/或(ii)氢氧化钙，如上所述。
[0150] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：所述多个电池的一两阶段破碎/粉碎，以形成一尺寸减小的电池进料流。在多个实施例中，所述两阶段破碎/粉碎是在水/水溶液的浸没条件下发生；或更特别地，在水或盐水的浸没条件下发生，以便：(i)限制氧气的累积；(ii)通过抑制由破碎引起的任何火花并将其吸收为热量来将破碎期间的燃烧风险降至最低；及(iii)挟带所述多个电池的电解液。在一些实施例中，所述盐水溶液包含一氯化钠水溶液。在其他实施例中，所述盐水溶液包含一稀释的氢氧化钙水溶液(也已知为熟石灰或消石灰)，以协助中和多种电解质盐类中的多种潜在的卤化物，从而最大程度地减少可能导致材料/设备腐蚀增加的水解作用(例如，氢氟酸水溶液/氟化氢的形成)；及/或使形成氟化钠盐类的可能性最小化。在多个实施例中，所述两阶段破碎/粉碎包含：一第一破碎/粉碎机，接受多个大型锂离子电池，并将它们的尺寸减小至≤400毫米；及一第二破碎/粉碎机，接受多个小型的锂离子电池及尺寸减小的大型锂离子电池，并将结合的电池进料流的尺寸减小至≤100毫米。在多个实施例中，在大约≥2℃至<100℃之间，或可替代地，大约≥2℃至≤69℃，或可替代地大约60℃的一温度下发生所述两阶段破碎/粉碎。
[0151] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：筛选所述尺寸减小的电池进料流(接续着上述的两阶段破碎/粉碎以及随后的任何其他的粉碎步骤)。在多个实施例中，所述尺寸减小的进料流被分离成≤10毫米的一尺寸过小的部分，及在≥10毫米至≤100毫米的一尺寸过大的部分。在多个实施例中，所述尺寸过小的部分经历固液分离，以形成一滤饼及一液体过滤流，所述滤饼包含多个≤10毫米的颗粒。在一些实施例中，通过一带式过滤器发生所述固液分离。在多个实施例中，所述尺寸过大的部分被粉碎至≤10毫米。在一些实施例中，通过使用类似于废旧电子回收及食品加工设备中的工业规模的粉碎机来将所述尺寸过大的部分粉碎。在多个实施例中，将≤10毫米的所述尺寸过小的部分与被粉碎至≤10毫米的所述尺寸过大的部分结合，以形成一尺寸减小的进料流，如同根据图1B，步骤(i)。
[0152] 在某些实施例中，具有例如小于约5毫米，或小于约1至2毫米的一颗粒尺寸的多个尺寸过小的材料可在所述进料尺寸减小的期间被收集，并且被转移至下游的多个处理方法的步骤。例如，根据图1B，具有例如小于约5毫米，或小于约1至2毫米的一颗粒尺寸的多个尺寸过小的材料可从步骤(i)(其中所述多个锂离子电池被处理以形成一尺寸减小的进料流)中收集，并且从所述尺寸减小的进料流的剩余物中分离出。例如，可通过使一破碎机/粉碎机的输出与具有多个开口的一金属网相接触来收集这种尺寸过小的材料，所述多个开口的尺寸允许具有尺寸小于约5毫米或小于约1至2毫米的多个颗粒通过，并被收集。所述多个尺寸过小的材料形成一尺寸过小的进料流，其可与例如一黑色物料固体流结合(参见图1B的步骤(vii)；在下面进一步详细地描述)，并且这些结合的材料接着可进行浸出的步骤(viii)(下面进一步详细地描述)。
[0153] 在进料尺寸减小的另一实施例中，提供了一可选择的处理方法，所述可选择的处理方法为：在水浸于一水溶液中的条件下，将所述多个锂离子电池破碎、粉碎或研磨，以产生所述尺寸减小的进料流及一液体，其中所述液体包含所述水溶液及多种有机物(例如一种或多种碳酸烷基酯)，其中所述处理方法进一步包含：进行一固液分离法，以从所述尺寸减小的进料流中分离出所述液体的至少一部分，并且将所述分离出的液体进行一分离的步骤，以便从所述水溶液中分离出所述多种有机物(例如，参见图1B，步骤(i)(a))。在多个实施例中，通过双介质过滤或真空蒸馏来从所述多种水溶性组成物中分离出多种有机物(例如一种或多种碳酸烷基酯)。在一些实施例中，所述过滤出的有机物被分离成多个富含有机物流。在一些实施例中，所述分离出的水溶性组成物被再循环至所述两阶段破碎/粉碎处理方法。
[0154] 在另一实施例中，上述的分离步骤ii)包含：通过湿式或干式磁性分离法来将所述尺寸减小的进料流分离成所述磁性产物流及所述非磁性进料流。因此，提供了一处理方法，所述处理方法包含：所述尺寸减小的电池进料的磁性分离(例如，参见图1B，步骤(ii))，以便将多种磁性/含铁材料(例如，钢片、(多种)含铁产物、磁性产物流，图1B)从多种非磁性/不含铁且惰性的材料(例如，非磁性进料流，图1B)中分离出。在多个实施例中，所述磁性分离为湿/干式磁性分离法。在一些实施例中，所述湿/干式磁性分离法包含‘较粗糙’及‘较干净’的磁性分离步骤。在一些实施例中，所述湿/干式磁性分离使用低强度的磁性分离设备。
[0155] 在另一实施例中，所述处理方法包含：将所述非磁性进料流与一汽提溶剂混合(参见图1B的步骤(iv))，以形成一汽提过的浆料流。已经发现所述汽提步骤的并入可增强多种材料的回收，并且可促进下游处理方法的进行。所述汽提的步骤可在室温(约20℃)至约120℃的温度范围下实行，优选为从约80℃至约100℃。通过汇出至例如一金属网筛以使所得的汽提过的浆料流(意即，黑色物料/电极粉末流)经历固液分离(参见在图1B中的步骤(v))，所述金属网筛具有例如多个开口，所述多个开口的范围从约500微米至约50毫米，优选地从约500微米至约2毫米，从而产生所述汽提过的浆料流的一尺寸过大的固体部分(意即，所述分离的较大的固体部分)-其包含铝、铜及塑料-以及一尺寸过小的汽提过的浆料流(意即，所述分离的液体部分，其含有尺寸范围如上述的较小的固体，包括与其混合的黑色物料)。多种合适的汽提溶剂可包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯(EtOAc)、异丙醇(IPA)、丙酮、二甲基亚砜(DMSO)或二乙基甲酰胺(DEF)。
[0156] 将所述尺寸过小的汽提过的浆料流汇出至用于固液分离的一压滤机(参见图1B中的步骤(vii))，以生成含有所述汽提溶剂的一液体(意即，回收的汽提溶剂)及一黑色物料固体流。所述分离出的溶剂可选择地被收集至一容器槽中，并且可选择地被再循环回所述多个汽提槽中，以使用作为一补充溶剂。
[0157] 可选择地通过汇出至例如一脱水输送机来干燥所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分。在另一实施例中，所述处理方法可选择地进一步包含：分离出所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分(参见图1B的步骤(vi))，例如，通过对所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分进行密度分离法。因此，在一实施例中，分离的步骤vi)包含：通过密度分离法将所述尺寸过大的汽提过的浆料流分离成所述初步的含铝产物流、所述初步的含铜产物流及所述塑料产物流。一密度分离器单元可将所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分分离成三个分开的料流，包括一初步的含铝产物流、一初步的含铜产物流及一塑料产物流。例如，可使用比重(SG)为约2.5的一液体来分离出所述塑料，然后可使用SG为约2.85的一液体来将铝与铜分离。所述多个分离出的料流可选择地被洗涤，并且汇出至一脱水筛，以收集被分离出且洗涤过的初步的含铝产物流、初步的含铜产物流及一塑料产物流。
[0158] 所述黑色物料固体流包含电极(例如，金属氧化物及/或金属磷酸盐阴极粉末、石墨阳极)、塑料及一些残留的不含铁的(例如，粉碎的铜及/或铝)组成物中的至少一种。将此料流与来自于如上所述的步骤(i)的所述尺寸过小的尺寸减小的进料流一起汇出至一浸出槽，以进行浸出。
[0159] 在多个实施例中，所述浸出的步骤包含：所述黑色物料固体流的酸液浸出(参见图1B的步骤(viii))。在某些实施例中，使用于所述浸出步骤的所述酸液为硫酸、盐酸或硝酸，优选为硫酸。在一些实施例中，使用过氧化氢以促进多种贵金属的浸出。在一些实施例中，在介于大约60至95℃的一操作温度下发生浸出。在多个实施例中，在一系列的三个容器槽中发生浸出。在一些实施例中，在高剪切搅动下，在一锥形底槽中发生浸出。在一些实施例中，鼓入氧气以进一步地氧化所述浸出过的溶液。
[0160] 在浸出及中间产物制备的另一实施例中，提供了一处理方法，其中所述浸出过的浆料被过滤(例如，通过滤压机或带式过滤器；参见图1B的步骤(ix))，以将作为一第一产物流的残留的固体与所述水溶液(例如，水溶性PLS)分离，将所述第一产物流汇出至一混合槽，所述水溶液形成一第二产物流。将水与所述残留的固体一起加入至所述混合槽中，如此pH值可被调整至介于4至8之间。在多个实施例中，从所述第一产物流分离出一石墨产物的步骤x)包含：通过浮选法分离出所述石墨产物，其中浮选法可选择地包含一第一浮选步骤及一第二浮选步骤。因此，在多个实施例中，将来自于所述混合槽的所述溶液汇出至多个浮选单体，以可筛选地将一疏水相(例如，石墨及有机物；石墨产物流，图1B)与一亲水相(例如，混合槽的水)分离。在多个实施例中，所述多个浮选的单体包括：一‘较粗糙的浮选单体’，完成所述疏水相及所述亲水相的一初步分离；及一‘较干净的浮选单体’，将所述‘较粗糙的浮选单体’的泡沫汇出至所述‘较干净的浮选单体’，以进一步将所述疏水相及所述亲水相分离。在多个实施例中，将来自于所述‘较干净的浮选单体’的泡沫汇出至所述固液分离，以便可选择地分离出一固体或‘石墨浓缩物’相(例如，参见图1B，步骤(x))。在一些实施例中，使用一离心机以达成固液分离。
[0161] 在浸出及中间产物制备的另一实施例中，可选择地提供了一处理方法，所述处理方法包含：通过一双介质过滤器及/或带式过滤器来过滤所述PLS(第二产物流)，以分离出所挟带的多种有机物(意即，残留的碳酸烷基酯)及剩余的固体(未显示在图1B中)。在多个实施例中，一双介质过滤器类似于铜溶剂萃取所使用的多个过滤器。在一些实施例中，一双介质过滤器包含过滤介质，例如无烟煤、石榴石及/或沙子。在一些实施例中，从所述双介质过滤器输出的所述液体流(例如，第四产物流，图1A)可选择地汇出至一活性碳过滤器，以分离出所挟带的多种有机物(意即，残留的碳酸烷基酯)。
[0162] 在一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法可选择地包含：将从磁性分离而来的所述多种磁性/含铁材料(例如，钢片、(多种)含铁产物)进行脱水；并且，收集及储存所述多种脱水过的材料(例如，参见图1B，步骤iii)及含铁产物)。
[0163] 在多个实施例中，所述处理方法可选择地包含：将从密度分离而来的所述初步的含铝产物流进行脱水；并且，收集及储存所述脱水过的含铝产物(例如，参见图1B，步骤(vi)(a)及含铝产物)。在多个实施例中，所述处理方法可选择地包含：将从密度分离而来的所述初步的含铜产物流进行脱水，并且收集所述脱水过的初步的含铜产物(例如，参见图1B，步骤(vi)(b))。在多个实施例中，所述处理方法可选择地包含：将从密度分离而来的所述塑料产物流进行脱水，并且收集所述脱水过的塑料产物(例如，参见图1B，步骤(vi)(c))。在多个实施例中，使用一脱水筛，其中所述筛为陡直倾斜的，以利于水/水溶液的排出。
[0164] 在最终产物制备的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法可选择地包含：收集来自于‘较干净的浮选单体’的泡沫的所述固液分离出的石墨浓缩物。在一些实施例中，所述石墨浓缩物被收集作为来自于‘较干净的浮选单体’的泡沫所离心出的所述固体产物。例如，参见图1B，步骤x)及石墨产物。
[0165] 在一实施例中，上述的步骤xi)包含：i.从所述第二产物流中分离出一含铜产物流，及ii.通过电解沉积从所述含铜产物流沉积Cu0。在多个实施例中，从所述第二产物流中分离出所述含铜产物流涉及到铜离子交换或铜溶剂萃取。因此，在最终产物制备的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：所述第二产物流的铜离子交换(假如使用的话，接续着所述可选择的双介质过滤)，以生成作为所述第三产物流的一铜汽提溶液。在TM多个实施例中，使用一种铜的选择性树脂，例如， M+TP207或道克斯(DOWEX) M4195。在一些实施例中，所述处理方法包含：所述第二产物流的溶剂萃取(再次的，假如使用的话，接续着所述可选择的双介质过滤)，以生成作为所述第三产物流的一铜汽提溶液。
在一些实施例中，所述溶剂萃取涉及(多个)混合器-沉降器萃取阶段，所述(多个)混合器-沉降器萃取阶段将多个铜阳离子装载至一种铜的选择性萃取剂中，例如在一稀释剂(例如煤油)中的一有机酮肟萃取剂(例如 984N)。在其他实施例中，所述溶剂萃取涉及(多个)混合器-沉降器汽提阶段，其中使用从铜电解沉积(下面)而来的废弃的电解液以将多种加载有铜的有机物汽提，并且在进行铜电解沉积之前将多个铜阳离子转移到一水溶液相中。
在一些实施例中，所述溶剂萃取涉及(多个)混合器-沉降器萃取阶段，所述(多个)混合器-沉降器萃取阶段将多个铜阳离子装载至一种铜的选择性萃取剂中，例如在一稀释剂(例如煤油)中的一有机酮肟萃取剂(例如 984N)。在其他实施例中，所述溶剂萃取涉及(多个)混合器-沉降器汽提阶段，其中使用从铜电解沉积(下面)而来的废弃的电解液以将多种加载有铜的有机物汽提，并且在进行铜电解沉积之前将多个铜阳离子转移到一水溶液相中。
[0166] 在最终产物制备的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：将从铜离子交换而来的一富铜溶液进行铜电解沉积，以产生元素铜(意即Cu0)。在一些实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法可选择地包含：从溶剂萃取而来的一富铜溶液的铜电解沉积。在多个实施例中，将铜电解沉积(例如，传统的铜电解沉积， 电解沉积等)使用于铜/Cu0的沉积以作为铜板。例如，参见图1B，步骤XI)及含铜产物。
[0167] 在一实施例中，如上所述的步骤xii)包含：通过将一氢氧化物源加入至所述第三产物流中以沉淀出一含铝及/或含铁的氢氧化物产物，进而分离出所述含铝(Al)及/或含铁(Fe)产物。因此，在最终产物制备的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：从所述第三产物流产生一含铝及/或含铁产物(例如，图1B，步骤(xii))，其中所述含铝及/或含铁产物为一氢氧化物产物。在多个实施例中，从铜离子交换或溶剂萃取而来的一铜汽提溶液(例如，所述第三产物流，图1B)可选择地以氧气进行鼓泡，并且在pH值为约3至约5的条件下与一氢氧化物源(例如，碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠/NaOH、碱土金属氢氧化物等；NaOH为一优选的氢氧化物源)反应，以沉淀出一含铝及/或含铁产物，进而留下一去除铝及/或铁的溶液(含铝及/或含铁产物制备的过滤液)，以作为所述第四过程流。在一些实施例中，使用一压滤机或离心机来达成固液分离。
[0168] 在另一实施例中，上述的分离步骤xiii)包含：i.将一氢氧化物源加入至所述第四产物流中，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物；ii.将一碳酸盐源加入至所述第四产物流中，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的碳酸盐产物；iii.在一硫酸盐源的存在下，将所述第四产物流进行蒸发结晶，以形成一含钴、含镍及/或含锰的硫酸盐产物；或iv.将一氢氧化物源加入至所述第四产物流中，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物，随后进行热脱水以产生一含钴、含镍及/或含锰的氧化物产物。
[0169] 因此，在最终产物制备的另一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：从所述第四过程流产生一含钴、含镍及/或含锰产物。在多个实施例中，所述含钴、含镍及/或含锰产物为一氢氧化物产物。在多个实施例中，含铝及/或含铁产物制备的过滤液(例如，所述第四产物流，图1B)与一氢氧化物源(例如，碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠/NaOH、碱土金属氢氧化物等；NaOH为一优选的氢氧化物源)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物(例如，参见图1B，含钴、含镍及/或含锰产物)。在其他实施例中，所述含钴、含镍及/或含锰产物为一碳酸盐产物。在多个实施例中，所述含铝及/或含铁产物制备的过滤液(例如，所述第四产物流，图1B)与一碳酸盐源(例如，碱金属碳酸盐类，例如碳酸钠/Na2CO3以及碱土金属碳酸盐类等；Na2CO3为一优选的碳酸盐源)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的碳酸盐产物(例如，参见图1B，含钴、含镍及/或含锰产物)。在其他实施例中，所述含钴、含镍及/或含锰产物为一种氧化物产物。在多个实施例中，所述含铝及/或含铁产物制备的过滤液(例如，所述第四产物流，图1B)在pH值为约8至约10的条件下与一氢氧化物源(例如，碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠/NaOH，以及碱土金属氢氧化物等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物，将所述含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物汇出至热脱水，以产生一含钴、含镍及/或含锰的氧化物产物(例如，氧化钴(II、III)、四氧化三钴、氧化镍(II)、一氧化镍、二氧化锰(IV)、二氧化锰；例如，参见图1B，含钴、含镍及/或含锰产物)。
在多个实施例中，将所述含钴、含镍及/或含锰产物汇出至固液过滤，以收集一固体过滤饼。
在一些实施例中，使用一压滤机来达成固液过滤。所述去除钴、镍及/或铜的液体形成所述第五产物流。
在多个实施例中，将所述含钴、含镍及/或含锰产物汇出至固液过滤，以收集一固体过滤饼。
在一些实施例中，使用一压滤机来达成固液过滤。所述去除钴、镍及/或铜的液体形成所述第五产物流。
[0170] 在其他实施例中，硫酸或硫酸与过氧化氢的一混合物被用于所述固体的含钴、含镍及/或含铁产物的酸液浸出，随后将浸出液汇出至一蒸发结晶器或导流管挡板结晶器，以产生一种七水合硫酸钴/CoSO4·7H2O、六水合硫酸镍/NiSO4·6H2O，及/或单水合硫酸猛/MnSO4·H2O产物。在多个实施例中，将(多个)所得的结晶产物汇出至固液分离；并且，将(多个)分离出的固体产物汇出至一干燥机，以驱除多余的水并产生一水合的含钴、含镍及/或含锰的硫酸盐类(例如，参见图1B，含钴，含镍及/或含锰产物)。在一些实施例中，使用一离心机或压滤机以达成固液分离。
[0171] 如上所述，步骤(xiv)包含：从所述第五产物流分离出一盐类副产物，以形成一第六产物流。在一实施例中，分离的步骤xiv)包含：i.蒸发结晶以分离出所述盐类副产物；或ii.使用导流管挡板结晶器进行结晶，以分离出所述盐类副产物。本领域技术人员将理解通过较前期的多个处理方法的步骤所产生的多种所述盐类副产物将至少部分取决于用于浸出的步骤(viii)的酸液的选择以及在步骤(xii)及步骤(xiii)中的氢氧化物源、碳酸盐源等的选择。因此，当浸出的步骤viii)的所述酸液包含硫酸时，步骤xiv)的所述盐类副产物将包含一硫酸盐。当浸出的步骤viii)的所述酸液包含盐酸或硝酸时，步骤xiv)的所述盐类副产物将分别包含一氯化物盐类或硝酸盐类。
[0172] 当浸出的步骤viii)的所述酸液包含硫酸时；并且，当步骤xii)包含：通过将氢氧化钠加入至所述第三产物流，以沉淀出一含铝及/或含铁的氢氧化物产物，进而从所述第三产物流中分离出所述含铝(Al)及/或含铁(Fe)产物，及/或步骤xiii)包含：将氢氧化钠加入至所述第四产物流，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物，或将碳酸钠加入至所述第四产物流，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的碳酸盐产物时，步骤xiv)的所述盐类副产物为硫酸钠。因此，在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法包含：将来自于所述第五产物流的硫酸钠进行结晶，以形成一硫酸钠固体产物，以及一去除纳的液体，所述去除纳的液体形成所述第六产物流。在多个实施例中，将来自于所述含钴、含镍及/或含锰产物制备的过滤液汇出至一蒸发结晶器，以产生十水合硫酸钠/Na2SO4·10H2O。在一些实施例中，将所得的结晶浆料汇出至固液分离；并且，将分离出的固体产物汇出至一干燥机，其中所述干燥剂驱除水分，并且产生无水硫酸钠/Na2SO4。在一些实施例中，通过使用一离心机来达成固液分离。
[0173] 在一实施例中，如上所述的分离步骤xv)关于从所述第六产物流分离出一含锂产物，所述分离的步骤xv)包含：i.将一碳酸盐加入至所述第六产物流，以沉淀出碳酸锂；或ii.将一氢氧化物加入至所述第六产物流，以形成一氢氧化锂溶液，并且蒸发结晶所述氢氧化锂溶液，以形成单水合氢氧化锂。在一实施例中，所述处理方法进一步包含：纯化所述碳酸锂，其通过：i.将所述碳酸锂转变成重碳酸锂；及ii.蒸汽处理所述重碳酸锂以重整碳酸锂。在另一实施例中，所述处理方法进一步包含：所述处理方法进一步包含：纯化单水合碳酸氢锂，其通过：i.在水中溶解所述碳酸氢锂；及ii.通过使用一机械蒸汽再压缩结晶器来再结晶所述单水合氢氧化锂。
[0174] 因此，在最终产物制备的一实施例中，提供了一处理方法，所述处理方法：从所述第六产物流沉淀出一含锂产物。在多个实施例中，从所述硫酸钠产物的生成所输出的一液体流(例如，第六产物流，图1B)与例如碳酸钠的一碳酸盐类反应，以沉淀出碳酸锂粗产物。在多个实施例中，所述碳酸锂粗产物经历固液分离，例如通过使用一离心机，并且收集了一固体饼(例如，参见图1B，步骤(xv)及含锂产物)。在多个实施例中，将所述粗碳酸锂饼汇出至一重碳酸盐回路，以进行进一步地纯化，其中二氧化碳被鼓泡进入一容器槽中，以将所述碳酸锂转变为更易溶的重碳酸锂(意即碳酸锂的‘消化’)。在一些实施例中，将含有可溶性重碳酸锂的所述液体流汇出至一离子交换单元，以筛选性地去除多种痕量杂质，例如钙及锰。在多个实施例中，将所述含有可溶性重碳酸锂的所述溶液汇出至一容器槽，蒸气被鼓泡并通过所述容器槽，以结晶出更高纯度的碳酸锂来作为一固体。在其他实施例中，结晶出所述更高纯度的碳酸锂包含：电解、直接浸没式电加热、元素电加热或间接电加热。在一些实施例中，来自于所述碳酸锂结晶的输出经历固液分离，例如通过使用一离心机，以分离出所述固体的碳酸锂产物。在其他实施例中，所述液体过滤液(例如离心滤液)被再循环至所述碳酸锂‘消化’槽。在多个进一步的实施例中，所述分离出的高纯度的固体碳酸锂流被干燥及微粉化。
[0175] 在最终产物制备的一实施例中，其中硫酸或硫酸与过氧化氢/氧气的一混合物被用于酸液浸出，在此提供了一处理方法，所述处理方法包含：结晶出硫酸钠。在多个实施例中，将来自于所述碳酸锂粗产物的固液分离(例如离心)的过滤液(例如离心滤液)汇出至一蒸发结晶器，以产生十水合硫酸钠/Na2SO4·10H2O。在一些实施例中，在结晶期间加入硫酸，以将残留的碳酸盐(例如碳酸钠(液态))转变成一硫酸盐形式。在一些实施例中，将所得的结晶浆料汇出至固液分离；并且，将分离出的固体产物汇出至一干燥机，其中所述干燥剂驱除水分，并且产生无水硫酸钠/Na2SO4。在一些实施例中，通过使用一离心机来达成固液分离。
[0176] 在最终产物制备的另一实施例中，其中盐酸被用于酸液浸出，在此提供了一处理方法，其中产生作为一副产物的氯化钠溶液。在多个实施例中，所述氯化钠溶液被：(i)再循环至(多个)所述进料尺寸减小的步骤，以使用作为一盐水溶液，所述盐水溶液的一部分可选择地放到一水处理厂，然后在设备中重复使用；或(ii)结晶以形成一固体氯化钠产物，可选择地后续进行固液分离及干燥。
[0177] 在最终产物制备的另一实施例中，其中硝酸或硝酸与过氧化氢的一混合物被用于酸液浸出，在此提供了一处理方法，其中产生作为一副产物的硝酸钠溶液。在多个实施例中，所述硝酸钠溶液被：(i)结晶以形成一固体硝酸钠产物，可选择地后续进行固液分离及干燥。
[0178] 设备及系统
[0179] 在一方面中，提供了一种用于在浸没条件下实现将电池材料的尺寸减小的设备。在一实施例中，所述设备包含：一外壳，配置用以保留一浸没液体；一第一进料槽(例如加料漏斗)，限定在其中的一开口，所述开口用于接收进入所述外壳的一第一类型的多种电池材料；一第一沉水式粉碎装置，设置在所述外壳中，以便从所述第一进料槽接收所述第一类型的所述多种电池材料，其中所述第一沉水式粉碎装置被配置用以使所述第一类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料；及一第二沉水式粉碎装置，设置在所述外壳中，以便从所述第一沉水式粉碎装置接收所述第一种尺寸减小的电池材料，其中所述第二沉水式粉碎装置被配置用以使所述第一种尺寸减小的电池材料的尺寸进一步地减小，以形成一第二种尺寸减小的电池材料。
[0180] 在这些实施例中，一外壳可形成为一单一器件，也可为多零件的组件，只要所述外壳形成一单一结构，所述单一结构容纳如本文所述的设备及系统的多个沉水式组件，以容纳其中浸没有所述多个沉水式组件的一浸没液体，并防止所述浸没液体意外泄漏至一外部环境。所述外壳由一材料形成，所述材料与所述浸没液体(下面进一步详细描述)以及所述多种电池材料的组成物，例如上述锂离子电池的多个组成物(例如，通常在锂离子电池中可发现的金属、金属氧化物、电解液及有机物(意即碳酸烷基酯))相容。在一实施例中，所述外壳由一金属(例如铁)、一金属合金(例如钢(例如碳素钢、不锈钢))、玻璃纤维(例如聚酯树脂)或塑料(例如聚乙烯或聚丙烯)所形成。在一实施例中，所述外壳由不锈钢所形成，例如奥氏体不锈钢(例如304不锈钢)。
[0181] 本领域技术人员将理解一沉水式粉碎装置指的是一装置，其中至少所述装置的粉碎部能够完全浸没在一液体中，例如本文所述的一浸没液体，而所述粉碎装置的剩余部分为不透水/密封的，以防止所述液体进入所述粉碎装置容纳有多个电子设备等的部分中。围绕着所述粉碎装置的传动轴及/或其他元件的合适的不透水的密封件的提供能够使所述粉碎装置为可沉水的。
[0182] 所述设备可选择地包含一工具，所述工具用于将所述第一类型的所述多种电池材料从所述第一进料槽运送至所述第一沉水式粉碎装置中。可替代地，所述第一进料槽可将所述第一类型的所述多种电池材料直接运送至所述第一沉水式粉碎装置，而不需要运送工具的介入。在一实施例中，其中存在有所述运送工具，所述设备可包含一运送槽，所述运送槽从所述第一进料槽延伸至所述第一沉水式粉碎装置，其中使用重力进料来通过所述运送槽将所述第一类型的所述多种电池材料从所述第一进料槽运送至所述第一沉水式粉碎装置。在另一实施例中，其中存在有所述运送工具，所述设备可包含一沉水式输送机，所述沉水式输送机用于将所述第一类型的所述多种电池材料从所述第一进料槽运送至所述第一沉水式粉碎装置-所述第一类型的所述多种电池材料可直接被进料至所述沉水式输送机上，或者一运送槽可被设置在所述第一进料槽与所述沉水式输送机之间，以便将所述第一类型的所述多种电池材料运送至所述沉水式输送机。
[0183] 所述设备也包含一工具，所述工具用于将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置。在一实施例中，所述设备包含一运送槽，所述运送槽从所述第一沉水式粉碎装置的输出处延伸至所述第二沉水式粉碎装置，其中使用重力进料来将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置。在另一实施例中，所述设备进一步包含一沉水式输送机，所述沉水式输送机用于将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置，其中所述沉水式输送机接收来自于所述第一沉水式粉碎装置所输出的所述第一种尺寸减小的电池材料，并且将所述第一种尺寸减小的电池材料运送至所述第二沉水式粉碎装置，以进行进一步地粉碎。
[0184] 在另一实施例中，所述(多个)沉水式输送机是选自于一链式输送机、一螺旋输送机或一皮带式输送机。在又一实施例中，所述(多个)沉水式输送机为链式输送机。
[0185] 如技术人员所知，一链式输送机可包含由多个链环所形成的一扁平网，所述多个链环环绕两个动力辊。所述网件可被挑选以包含形成有任何所需尺寸的多个开口的多个链环，并且可由用于制造链式输送机的任何标准金属材料所形成，例如一金属网。相比于其他类型的输送机的使用，链式输送机的使用提供了多个优势，包括：相较于现有技术已知的其他输送机，例如皮带式或螺旋输送机，提供了更高的耐用性及/或运输大量材料(体积上及重量上)的能力。
[0186] 在其他实施例中，所述(多个)沉水式输送机可进行自行清洁。本文所提及的一自行清洁的输送机指的是能够使一操作者在不中断所述输送机的功能的情况下将积累的材料去除的一输送机，其可有利地被用于本文所描述的系统及设备中。
[0187] 在多个包含有一自行清洁的输送机的实施例中，多种尺寸过小的材料可通过例如一链式输送机，并进入一收集元件中，所述收集元件可与所公开的设备的其他组件分开或整合在一起。如同所述外壳，所述收集元件可由与所述浸没液体(下面进一步详细地描述)以及所述多种电池材料的组成物，例如上述的锂离子电池的多个组成物(例如，通常在锂离子电池中可发现的金属、金属氧化物、电解液及有机物(意即碳酸烷基酯))相容的任何材料所构成。在一实施例中，所述收集元件由不锈钢所形成，例如奥氏体不锈钢(例如304不锈钢)。一收集元件可包含尺寸适合于收集多种尺寸过小的材料的任何合适的形式，例如，收集成一基本上管状、矩形或三棱柱形状，或可为一收集罐。收集到的尺寸过小的材料可落下、被排出或被运送至一收集元件中，所述收集元件被配置以使一操作者能够通过现有技术已知的任何合适的工具来去除所述收集到的尺寸过小的材料，例如，通过例如真空处理的抽吸工具，或可替代地通过施加一压力以将所述尺寸过小的材料转移至下游的多个设备/系统/处理方法。在一实施例中，所述收集元件具有一光滑表面，所述收集到的尺寸过小的材料可自由地在所述光滑表面上流动，以协助去除的进行。在另一实施例中，可使用一管件，其中所述管件的长轴线基本上平行于所述沉水式输送机的长轴线(或以稍微偏移的角度-例如5至10度)延伸，并且所述管件在与所述沉水式输送机底侧相对的位置上限定了一开放侧或狭缝，从而允许所述尺寸过小的材料通过所述开口/狭缝落下，并收集在管件中。从一收集元件去除所述尺寸过小的材料的频率取决于所公开的设备的运作频率，但理想地是在所述设备被频繁运转时以规则的时间间隔进行。规则的时间间隔包括，例如，在所公开的设备及/或系统被每日运转时的每天一次的频率。
[0188] 在多个包含有一自行清洁的输送机的实施例中，一运送工具可进一步被设置在一自行清洁的输送机与一收集元件之间，以便将所述尺寸过小的材料运送至一收集元件。例如，这种运送工具可为一旁路线，所述旁路线被配置用以将所述尺寸过小的材料运送至一收集槽及/或收集至其他下游的多个设备及/或系统。在一实施例中，所述收集元件可直接或间接连接至其他下游的多个设备及/或系统，以使所述尺寸过小的材料被分开处理或者与其他材料结合以进行进一步的处理。在另一实施例中，所述收集元件可转移所述尺寸过小的材料，如此使它们与来自于一第二沉水式粉碎装置的一第二种尺寸减小的电池材料结合。
[0189] 在一实施例中，所述沉水式输送机为一自行清洁的链式输送机。在一实施例中，所述自行清洁的链式输送机由一金属网所形成，所述金属网具有多个开口，例如，具有小于约5毫米，或小于约1至2毫米的一尺寸的颗粒可通过所述多个开口。相比于其他类型的自行清洁的输送机的使用，自行清洁的链式输送机的使用提供多个特别的优势，包括：在允许一使用者选择一所需的网件尺寸方面具有灵活性。
[0190] 在多个包含有一自行清洁的螺旋输送机的实施例中，用于所述螺旋输送机的所述外壳的底部可包含一过滤元件(例如格栅(grate)或筛网)，所述尺寸过小的可通过所述过滤元件进入所述收集元件中(例如，具有一开口侧/狭缝的管件，所述开口侧/狭缝沿着所述管件延伸)。
[0191] 在另一实施例中，一设备的所述第一沉水式粉碎装置可选自于一多轴粉碎机、一锤磨机、一颚式破碎机、一圆锥破碎机或一辊式破碎机；及/或所述第二沉水式粉碎装置是选自于一多轴粉碎机或一造粒机。在另一实施例中，所述第一沉水式粉碎装置及所述第二沉水式粉碎装置两者均为一多轴粉碎机。在另一实施例中，所述第一沉水式粉碎装置为一四轴粉碎机(例如，可通过加入多个合适的不透水密封件等来改良尤恩查(UNTHA)的RS100，以使其可浸入水中)。在又一实施例中，所述第二沉水式粉碎装置为一双轴粉碎机或一四轴粉碎机。例如，所述第二沉水式粉碎装置可为一四轴粉碎机，例如尤恩查的RS50。
[0192] 在多个包含有多轴粉碎机的实施例中，多种电池材料通过多个半尖锐的刀片组从上方进料，所述多个半尖锐的刀片组被配置以造成所述多种电池材料的尺寸减小。多个多轴粉碎机可具有一组半尖锐刀片，例如在双轴粉碎机中(也称为双轴(dual shaft)或成对轴(twin-shaft)粉碎机)，或可具有两个半尖锐的刀片组，例如在典型的四轴粉碎机中。
[0193] 如本领域的技术人员所知，双轴粉碎机的顶部提供有两个半尖锐刀片组，所述两个半尖锐刀片组被设置在朝向彼此转动的多个轴上，以将材料拉过中心。在材料行进通过所述中心时，所述材料被多个刀片剪切开。相比于四轴粉碎机，双轴粉碎机的多个主要的优势为它们需要较少的能源及空间。具有双轴粉碎机的多个实施例提供了多个额外的优势，其包括：相较于具有四轴粉碎机的多个实施例需要较少的能量来运转。
[0194] 如本领域的技术人员所知，四轴粉碎机的顶部提供有四个半尖锐刀片组，所述四个半尖锐刀片组被设置在朝向中心转动的多个轴上。两个外部轴协助将材料推向多个内部轴。所述两个内部轴将材料拉过所述中心。在材料行进通过所述中心时，所述材料被多个刀片剪切开。也可以有多个可用于这些粉碎机的多个筛网；任何尺寸过大的材料可被所述多个刀片清除，并重新被切碎。相比于双轴粉碎机，四轴粉碎机的多个主要优势为它们倾向于制造出一更均匀的颗粒尺寸，且所述多个外部轴协助清洁所述多个内部轴。
[0195] 在另一实施例中，所述第一类型的所述多种电池材料为可充电的锂离子电池。可充电的锂离子电池可为大型的锂离子电池或小型的锂离子电池。大型的锂离子电池可为，例如，量测尺寸为约370毫米x约130毫米x约100毫米至约5000毫米x约2000毫米x约1450毫米的锂离子电池(或等效体积；为了几何的简化而表示为一直角棱镜)，并且可包括电动汽车电池或用于固定式能量储存系统的电池。小型锂离子电池可为，例如，量测尺寸最大为约370毫米x约130毫米x约100毫米的电池(或等效体积；为了几何的简化而表示为一直角棱镜)，并且可包括便携式锂离子电池，例如来自于手机、笔记本电脑、电动工具或电动自行车的锂离子电池。大型电池通常在本领域中已知为大于小型电池。在另一实施例中，所述多种电池材料可包含相对于整个电池的多个电池部分，然而，本文所描述的所述设备、系统及处理方法特别适用于处理整个电池。在一实施例中，所述第一类型的所述多种电池材料为大型的可充电的锂离子电池。
[0196] 在另一实施例中，所述设备包含一第二进料槽(例如加料漏斗)限定了一开口，所述开口用于接收进入所述外壳的一第二类型的多种电池材料，其中所述设备进一步包含一工具，所述工具用于将所述第二类型的所述多种电池材料从所述第二进料槽直接运送至所述第二沉水式粉碎装置，并且其中所述第二沉水式粉碎装置配置用以使所述第二类型的所述多种电池材料的尺寸减小。所述第二类型的所述多种电池材料可为选自于如上所述的大型锂离子电池或小型锂离子电池的可充电的锂离子电池。在另一实施例中，所述第一类型的所述多种电池材料及所述第二类型的所述多种电池材料为可充电的锂离子电池。所述第一类型的所述多种电池材料及所述第二类型的所述多种电池材料可为可充电的锂离子电池，并且可独立地选自于如上所述的大型锂离子电池或小型锂离子电池。在另一实施例中，相对于所述第一类型的所述多种电池材料，所述第二类型的所述多种电池材料具有一减小的尺寸。例如，所述第二类型的所述多种电池材料可为小型锂离子电池，而所述第一类型的所述多种电池可为如上所述的大型锂离子电池。
[0197] 所述设备进一步包含一出口，所述出口用于排出由所述第二沉水式粉碎装置制造出的粉碎过的材料，其中所述被排出的粉碎过的材料可汇出至一个或多个进一步可选择的沉水式粉碎装置，及/或汇出至进一步的下游的多个系统及处理方法。
[0198] 在另一方面中，提供了一种用于在浸没条件下实现将多种电池材料的尺寸减小的系统，所述系统包含：一第一沉水式粉碎装置，用于接收一第一类型的多种电池材料，其中所述第一沉水式粉碎装置使所述第一类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料；一第二沉水式粉碎装置，用于接收所述第一种尺寸减小的电池材料，其中所述第二沉水式粉碎装置使所述第一种尺寸减小的电池材料的尺寸进一步地减小，以形成第二种尺寸减小的电池材料；及一浸没液体，所述第一沉水式粉碎装置、所述第二沉水式粉碎装置、所述第一种尺寸减小的电池材料及所述第二种尺寸减小的电池材料中的每一个皆被浸入在所述浸没液体中。所述多个沉水式粉碎装置如同上面在所述设备方面所描述。
[0199] 所述系统包含一工具，所述工具用于将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置。例如，所述运送工具可为一运送槽，所述运送槽从所述第一沉水式粉碎装置的输出处延伸至所述第二沉水式粉碎装置，其中使用重力进料来将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置。
[0200] 在另一实施例中，所述系统进一步包含如上所述的一沉水式输送机，所述沉水式输送机用于将所述第一种尺寸减小的电池材料从所述第一沉水式粉碎装置运送至所述第二沉水式粉碎装置，其中所述沉水式输送机接收从所述第一沉水式粉碎装置输出的所述第一种尺寸减小的电池材料，并且将所述第一种尺寸减小的电池材料运送至所述第二沉水式粉碎装置，以进行进一步的粉碎，且其中所述沉水式输送机被浸入在所述浸没液中。在多个包含有一沉水式输送机的实施例中，所述沉水式输送机可为如上所述的一链式输送机、如上所述的一螺旋输送机或一皮带式输送机。在多个包含有一链式输送机或一螺旋输送机的实施例中，所述链式输送机及/或螺旋输送机可为如上所述的一自行清洁的链式输送机或一自行清洁的螺旋输送机。
[0201] 在一实施例中，所述系统进一步包含一第一运送系统，所述第一运送系统用于将所述第一类型的所述多种电池材料运送至所述第一沉水式粉碎装置。一第一运输系统可包含一第一进料槽，所述第一进料槽可选择地与如上所述的一运送槽及/或一沉水式输送机或一沉水式自行清洁的输送机结合。可替代地，所述第一进料槽可将所述第一类型的所述多种电池材料直接运送至所述第一沉水式粉碎装置(不需要运送槽或沉水式输送机的介入)。
[0202] 在一实施例中，所述系统进一步包含一第一沉水式粉碎装置及一第二沉水式粉碎装置，其中的每一个通过进行压缩或剪切来造成所述尺寸的减小。
[0203] 在一实施例中，所述第一沉水式粉碎装置是选自于如上所述的一多轴粉碎机、一锤磨机、一颚式破碎机、一圆锥破碎机或一辊式破碎机；及/或所述第二沉水式粉碎装置是选自于如上所述的一多轴粉碎机或一造粒机。
[0204] 在一实施例中，所述第一沉水式粉碎装置及所述第二沉水式粉碎装置中的每一个皆为如上所述的一多轴粉碎机。
[0205] 在一实施例中，所述第一沉水式粉碎装置为如上所述的一四轴粉碎机。
[0206] 在一实施例中，所述第二沉水式粉碎装置为如上所述的一双轴粉碎机或如上所述的一四轴粉碎机。
[0207] 在一实施例中，所述第一类型的所述多种电池材料为如上所述的可充电的锂离子电池。
[0208] 在一实施例中，所述系统进一步包含一第二运输系统，所述第二运输系统用于将一第二类型的多种电池材料运送至所述第二沉水式粉碎装置，其中所述第二沉水式粉碎装置使所述第二类型的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一粉碎过的材料，所述粉碎过的材料被浸入在所述浸没液体中，并且与所述第二种尺寸减小的电池材料结合。一第二运送系统可包含一第二进料槽，所述第二进料槽可选择地与如上所述的一运送槽及/或一沉水式输送机或一沉水式自行清洁的输送机结合。
[0209] 在一实施例中，所述第一类型的所述多种电池材料及所述第二类型的所述多种电池材料为如上所述的可充电的锂离子电池。
[0210] 在一实施例中，相对于所述第一类型的所述多种电池材料，所述第二类型的所述多种电池材料具有一减小的尺寸。在这些实施例中，所述第二类型的所述多种电池材料可为如上所述的小型锂离子电池，而所述第一类型的所述多种电池可为如上所述的大型锂离子电池。
[0211] 在一实施例中，所述浸没液体为一水溶液。
[0212] 通过一浸没液体的使用所获得的多个优势包括提供了用于在电池材料进行粉碎的期间吸收掉所释放出的热能的一工具，进而在一使用者的操作期间提供一本质上安全的系统。在多个包含有一浸没液水溶液的实施例中提供了多个额外的优势，所述浸没液体包含氢氧化钙(Ca(OH)2)，当所述浸没液体与锂离子电池材料一起使用时，由于其暴露在水或水溶液中时锂离子电池的多种电解质盐类会水解，例如六氟磷酸锂，进而在高于70℃的反应速率下产生氟化氢水溶液(S.F.Lux,I.T.Lucas,E.Pollak,S.Passerini,M.Winter及R.Kostecki,"基于有机碳酸盐电解质在六氟磷酸锂中形成氟化氢的机制",Electrochemistry Communications,vol.14,pp.47-50,2012)。将多个稀释水平的熟石灰或氢氧化钙(Ca(OH)2)加入至所述水溶性的浸没液体中可导致氟化氢水溶液的腐蚀性降低，因为水溶性的氟可有利地被捕获为不可溶的氟化钙(H.G.McCann,"氟磷灰石的溶解度及其与氟化钙的关系",Archives of Oral Biology,vol.13,no.8,pp.987-1001,1968)。
[0213] 在一实施例中，所述浸没液水溶液可替代地或另外包含一盐类，例如一碱金属氯化物、一碱土金属氯化物或其混合物(例如，氯化钠、氯化钙或其混合物)。将例如氯化钠(NaCl)的一盐类加入至所述浸没液水溶液中提供了多个额外的优势，当所述系统与锂离子电池材料一起使用时，其中一盐类可作为一导电介质，通过所述导电介质可将锂离子电池的残留电荷消散，并且在电池材料粉碎的期间所释放出的热能可被吸收，进而在一使用者的操作期间提供一本质上安全的系统。
[0214] 在一实施例中，所述系统进一步包含一第三粉碎装置，所述第三粉碎装置用于接收来自于所述第二沉水式粉碎装置的粉碎过的电池材料，其中所述第三粉碎装置可选择地被浸入在所述浸没液体中，并且使从所述第二沉水式粉碎装置所接收到的所述粉碎过的电池材料的尺寸减小。一第三粉碎装置可与用于进一步处理进一步粉碎的电池材料的多个系统结合在一起。在这些实施例中，一第三粉碎装置可选自于如上所述的一多轴粉碎机、一单轴粉碎机或一造粒机。在一些实施例中，一第三粉碎装置为一沉水式双轴粉碎机或单轴粉碎机。多个包含有一第三粉碎装置的实施例提供了多个额外的益处，其中希望进一步减小粉碎过的电池材料的尺寸。例如，一使用者可能期望这种进一步减小的尺寸，其中本文所公开的一第一沉水式及/或第二沉水式粉碎装置无法产生具有小于100毫米的一颗粒尺寸的一粉碎过的材料。例如，离开所述第三粉碎装置的粉碎过的材料可具有从约40毫米至约100毫米的一颗粒尺寸。
[0215] 在多个进一步的实施例中，所述系统进一步包含一第四粉碎装置，所述第四粉碎装置用于接收来自于所述第三选择性沉水式粉碎装置的粉碎过的材料，其中所述第四粉碎装置可选择地被浸入在所述浸没液体中，并且使从所述第三沉水式粉碎装置所接收到的所述粉碎过的电池材料的尺寸减小。一第四粉碎装置可与用于进一步处理进一步粉碎的电池材料的多个系统结合在一起。在一实施例中，所述第四粉碎装置可选自于如上所述的一多轴粉碎机或一造粒机。在一些实施例中，一第四粉碎装置为一造粒机，所述造粒机未被浸入在所述浸没液体中。在一实施例中，离开所述第四粉碎装置的粉碎过的材料可具有小于约40毫米的一颗粒尺寸。
[0216] 在另一实施例中，所述第三/第四粉碎装置可为一双轴粉碎机，例如所述法兰克林-米勒的TM2300。
[0217] 例如，离开所述第二沉水式粉碎装置的粉碎过的电池材料可选择地被筛选，其中等于或小于一第一(即筛选过的)尺寸(例如≤10毫米)的多个尺寸过小的固体会通过一筛网；并且，将等于一第二尺寸(意即，尺寸过大；大于第一(即筛选过的)尺寸；例如，≤100毫米至≥10毫米)的多个尺寸过大的固体汇出至所述第三/第四选择性沉入式粉碎装置，以便进一步减小尺寸。等于或小于一第一(即筛选过的)尺寸(例如≤10毫米)的多个固体经历固液分离，并且根据上述的处理方法进行进一步的处理。通过所述第三/第四选择性沉入式粉碎装置的进一步的粉碎将所述多个尺寸过大(即第二尺寸)的固体减小至等于或小于所述第一(筛选过的)尺寸(例如≤10毫米)，以促进进一步的处理。在另一实施例中，所述第一(筛选过的)尺寸可被设定在≤40毫米。
[0218] 如上所述，本文所描述的所述设备及系统的所述多个沉水式组件可被容纳在一外壳中，所述外壳配置用以保留一浸没液体。所述外壳可形成为一单一器件，或可为一多零件的组件，只要所述外壳形成一单一结构，所述单一结构容纳如本文所述的设备及系统的所述多个沉水式组件，且容纳其中浸没有所述多个沉水式组件的所述浸没液体，并防止所述浸没液体意外泄漏至一外部环境。
[0219] 在所述系统的多个实施例中，所述浸没液体可与多个额外的系统进行流体连通(开放式回路系统)，或者所述浸没液体可被包含在与其他系统流体隔离的一封闭的回路系统中(封闭式回路系统)。例如，从所述多个粉碎装置排放出的浸没液体可被再循环回所述外壳，以使用于在浸没条件下的多种电池材料的所述尺寸减小。可替代地或另外，从所述多个粉碎装置排放出的浸没液体可被用于下游的多个处理方法中，例如，在如上所述的湿式磁性分离处理方法中。
[0220] 相比于现有技术已知的多个设备及多个系统，本文所描述的公开的设备及系统提供了多个优势，其中在如上所述的浸入在一浸没液体中的多种电池材料的尺寸减小期间所释放出的能量通过所述浸没液体被吸收作为热能，这样在操作所述公开的设备及/或系统时，将使燃烧的风险降到最低，并且加强安全性。现有技术的多个喷洒系统可减轻一些燃烧的风险，然而，据信本文所描述的在浸没条件下提供用于将电池材料的尺寸减小的所述系统及设备在多个电池减小的操作中提供了加强的安全性。进一步地，如同技术人员所理解，多种电池材料的浸入、多个沉水式粉碎装置，以及在多个特定的实施例中的在一浸没液体中的多个沉水式输送机提供了多个额外的优势，由于在通过所述多个沉水式粉碎装置进行的尺寸减小期间将这种电池的组成物释放至所述浸没液体中，使得一使用者能够补获多种有价值的电池组成物，例如有机物(意即碳酸烷基酯)。本文所公开的设备及系统提供了多个进一步的优势，所述多个进一步的优势来自于在多种电池材料的尺寸减小期间，将本文所公开的一设备及/或系统的释放至周围空气中的有害粉尘最小化。例如，本文所描述的设备及系统的使用可减轻对多个特殊通风系统及多个袋式除尘器或多个过滤器的需要，以处理灰尘及废气等。
[0221] 如普通技术人员将进一步理解，本文所描述的可接收及处理一第一类型的多种电池材料及一第二类型的多种电池材料的多个设备及多个系统的多个实施例为特别有益的，其中它们允许所述使用者通过使用一单一的设备/系统来处理不同类型或尺寸的多种电池材料。
[0222] 示例
[0223] 为了获得本文所描述的本申请的一更好的理解，下面提出了多个示例。应当理解的是，这些示例仅用于多个说明性目的。因此，它们不应以任何方式限制此申请的范围。
[0224] 示例1-处理方法1的示例性实施例
[0225] 下面的示例描述了用于回收来自于可充电锂离子电池的多种材料的所述处理方法的多个阶段、多个步骤、多个设计规范及多个IDEAS过程模拟参数(IDEAS青铜(Bronze)，矿物加工包装，v6.0.0.995)。
[0226] 阶段1：进料尺寸减小
[0227] 在任何机械处理之前，进料的大型锂离子电池(例如，汽车、能源储存系统的电池包)及小型锂离子电池(例如，来自于笔记本电脑、手机、平板电脑等)可选择地被放电至大约介于1.0至2.0伏特之间，或至大约0伏特。可选择地将放电出的能量汇出至一中央电源储存库，所述中央电源储存库例如为整个工厂范围内的功耗提供了降低的峰值负载。将锂离子电池放电有助于控制在可能发生的短路事件期间所释放出的能量，在所述短路事件中，所述电池的(多个)阳极及(多个)阴极在电池拆卸或多阶段破碎/切碎步骤期间会接触。
[0228] 通过使用例如在水/水溶液的浸没条件下，例如水或盐水浸没，的多个破碎机可达成多阶段破碎/粉碎。水/水溶液的浸没协助确保由破碎/粉碎所造成的火花受到抑制，并且被所述水/水溶液吸收为热能。进一步地，所述水/水溶液的存在可限制氧气的积聚，从而使在进行破碎期间的燃烧风险最小化。
[0229] 并且，水/水溶液促进电池的电解液(例如，在(多种)有机溶剂中的六氟磷酸锂)的挟带，因为其在锂离子电池进行破碎后被释放出，进而有助于增加总体锂的回收。多种电池电解质，例如六氟磷酸锂盐类，在暴露于水或水溶液中时具有水解的潜力，然而，例如相对于所述六氟磷酸锂盐类，其通常在70℃以上发生。如此，用于所述拆卸/破碎步骤的一水/水溶液的目标温度为例如约60℃，以协助避免任何明显的反应化学。
[0230] 所述破碎/粉碎步骤有助于机械性分离所述电池，并且可降低下游的能量消耗，以及有助于优化设备的尺寸。并且，多阶段的尺寸减小有助于减小颗粒尺寸分布的变异性，其有利于多种目标金属/材料的浸出。
[0231] 当多阶段破碎/粉碎用于拆卸/破碎所述多个电池时，所述多阶段破碎包含：第一，将大型锂离子电池进行破碎，以将它们的尺寸(意即进料尺寸)减小至≤400毫米；以及，第二，将小型锂离子电池(当存在时)及所述尺寸减小的大型锂离子电池进行破碎，并且将此进料减小至大约≤100毫米的一尺寸，以形成一破碎过/粉碎过的浆料。表2提供了适用于所述多阶段破碎/粉碎的多个破碎机的多个示例性操作参数。
[0232] 所述破碎过/粉碎过的浆料可选择地被筛选，其中≤10毫米的多个尺寸过小的固体会通过一筛网；并且，将≤100毫米至≥10毫米的多个尺寸过大的固体汇出以进行粉碎，从而进一步减小尺寸。所述多个≤10毫米的固体经历固液分离，例如通过一带式过滤器。接续着所述分离，可选择地在磁性分离之前将所述分离出的固体汇出至一中间加料漏斗以进行储存；所述固液分离的过滤液可选择地再循环回所述多个破碎机；并且，所述再循环流的一部分可选择地被放出至一下游的浸出槽，以增加总体材料的回收，以及用于背景杂质水平的控制。粉碎的进行将所述多个尺寸过大的固体减小至≤10毫米，以协助磁性分离的进行。接着，所述粉碎过的料流可选择地汇出至一自行清洁的输送机，所述自行清洁的输送机可选择地在磁性分离之前运送至一加料漏斗以进行储存。如本文所使用，术语“自行清洁的输送机”指的是在所述输送机下方具有一收集管的一种输送机，所述收集管具有一狭缝或其他开口以收集积聚在所述输送机中的细颗粒。定期地，通过使用一真空或类似的机构将收集管抽吸干净，或者可将收集在所述收集管中的细颗粒转移到下游的多个处理方法中。
[0233] 通常，所述结合的尺寸减小的固体可大致分布如下：一粗固体部分(≥3毫米)，包括但不限于粉碎过的钢制及/或铝制外壳、任何电气组件、塑料、铜线、铝阴极箔、铜阳极箔，及可能为纸张；以及，一细小固体部分(可小至≤5毫米)，包括阳极粉末及阴极粉末。
[0234] 表2描述了用于阶段1的多个进料尺寸减小步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。
[0235] 阶段2：浸出及中间产物的制备
[0236] 来自于阶段1的所述可选择地被筛选的拆卸过/破碎过的浆料通过汇出至例如一磁性分离器来被机械性分离；表3提供了所述磁性分离器的多个示例性操作参数。通过湿式磁性分离来将多种磁性/含铁材料(例如钢片；(多种)含铁产物)与多种非磁性/不含铁材料分离。磁性分离由一较粗糙的步骤及一较干净的步骤组成，其取决于进料及分离的效率。从所述磁性分离器分离出的所述磁性(‘mag’)流通过汇出至例如一脱水筛来经历固液分离；并且产生一粉碎过的含钢或含铁产物。所述分离出的水/水溶液可选择地再循环回所述磁性分离器，以使用作为补充的水/水溶液，并且所述再循环流的一部分可选择地被放出至一下游的浸出槽。将所述再循环流的一部分放出/传送至所述浸出槽可有助于在所述磁性分离器及脱水筛回路中的杂质的控制：假如所述再循环流的一部分未被放出，则可能在一回路的管件中生成由副化学反应所形成的细颗粒及/或物质(例如痕量沉淀物)，进而可能导致堵塞、停机及生产损失。
[0237] 通过汇出至例如一涡流分离器使来自于磁性分离的一非磁性/不含铁(‘non-mag’)流通过涡流分离经历进一步的分离，进而分离出任何残留的磁性/含铁材料，并且在一浸出的步骤之前分离出一含铝产物流。通常，(多种)含铝产物在进行浸出之前被分离出，以减少非必要的试剂消耗等。在涡流分离期间。可选择地将分离出的残留的磁性/含铁材料汇出至一脱水固体加料漏斗，所述脱水固体加料漏斗收集从上游的所述固液分离而来的材料(例如，带式过滤器)。
[0238] 通常，所述分离出的非磁性/不含铁料流包含铝及一些铜。取决于来自于涡流分离的所述非磁性/不含铁料流的组成，一可选择的密度表或类似的单元操作可用于进一步分离所述含铝及含铜流。可选择地，将分离出的铜进行酸液浸出；或取决于产物的量及品质，所述铜可选择地汇出至一脱水筛，以便收集或储存为一最终产物。
[0239] 来自于涡流分离的所述含铝产物流可选择地汇出至一脱水筛，以分离出一含铝产物(例如，粉碎的铝)。例如，所述脱水筛为一线性振动筛(例如，具有多个反向转动马达的一筛网，所述多个反向转动马达产生一线性运动以使多个固体向下移动，同时水/水溶液排出通过筛网介质)。所述分离出的水/水溶液可选择地再循环回所述磁性分离器，以使用作为补充的水/水溶液，并且所述再循环流的一部分可选择地被放出至所述浸出槽。
[0240] 所述剩余的涡流分离过的非磁性/不含铁料流包含电极(例如，金属氧化物阴极粉末、石墨阳极)、纸、塑料及一些残留的不含铁的(例如，粉碎的铜及/或铝)组成物中的至少一种。将此料流汇出至一浸出槽以进行浸出。
[0241] 表3描述了用于阶段2的磁性分离及涡流分离的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。
[0242] 浸出可选择地在一系列的容器槽中进行，例如，在高剪切搅动下的多个锥形底槽；或，一倾斜或平坦底槽。一锥形、倾斜或平坦底槽促进了沉降较高密度的粗固体部分。搅动有助于确保高价值的细小部分被悬浮并促进了浸出动力学。多个容器槽优化了浸出反应动力学并提供操作上的冗余。硫酸可选择地用以浸出在所述流入的浆料中的多种目标金属/材料。可选择地加入过氧化氢及氧气以还原及氧化多种贵金属，进而增加萃取率；进一步地，例如，过氧化氢的加入可增加铜、钴等的萃取，但减少了镍的萃取。可替代地，使用盐酸；
或者，具有或不具有过氧化氢的硝酸。
或者，具有或不具有过氧化氢的硝酸。
[0243] 许多流入的料流可选择地汇出至浸出：来自于涡流分离的非磁性/不含铁料流(排除大多数的(多种)含铝产物)；多种浸出试剂，例如酸液、过氧化氢等；及来自上游/下游的多个步骤的多个再循环流。
[0244] 在汇出至逆流倾析法之前，所述浸出过的浆料可选择地被筛选，以去除大多数的粗尺寸部分。使用例如一湿式筛网完成了所述筛选。使用所述多个筛网以筛选出细小及尺寸过小的颗粒；在一些例子中，所述多个湿式筛网包括多个补充的水/水溶液的喷洒器，以促进筛选的进行。尺寸大约≤5毫米的多个尺寸过小的固体通过所述筛网，并且汇出至逆流倾析法(CCD)。尺寸大约≥5毫米的多个尺寸过大的固体可选择地再循环回磁性分离，以进一步进行处理。筛选的进行有助于在CCD之前将多个粗颗粒分离，从而使设备的磨损最小化。
[0245] 逆流倾析法(CCD)为一固液分离处理方法，其通过沉降来实现，可选择地利用加入作为一洗涤介质的补充过程中的水/水溶液。CCD的目的在于将来自于所述浸出步骤的粘质物/残留物(例如，在处理后残留的湿固体材料)与由水溶性浸出液、多种有机物(意即，残留的碳酸烷基酯)及漂浮的石墨组成的一液体相分离。
[0246] 可选择地，CCD依序由多种增稠剂组成，并具有用于底流及溢流的多个逆流流体。多种增稠剂根据重力沉降原理来起作用：一入口进料通过一进料孔(feed well)进料至一容器槽的中心，其中悬浮的一系列的叶片起到将任何沉降的固体耙向一中央出口，意即底流，的作用。相较于简单的重力沉降所能达成，所述多个叶片也有助于多个沉降颗粒的压实并产生一更粘稠的底流。在所述增稠剂中的多个固体向下移动，接着向内朝向所述中央底流出口移动。液体向上移动且径向向外移动至一洗濯/收集区域，在所述洗濯/收集区域中，它们离开作为所述溢流。可能适合用于CCD的多种增稠剂的多个示例包括：(1)高速率类型、(2)无耙超高速率类型、(3)牵引类型、(4)高密度类型，及(5)深锥类型。
[0247] 一逆流布置有助于确保所述底流或所述溢流的最高浓度部分与另一料流的最低浓度部分相接触，从而潜在地减少多种可溶性金属的损失。可选择地将所述CCD的最终溢流汇出至一凝聚槽，以便后续的一石墨产物的分离(例如，石墨浓缩物)。将所述CCD的最终底流汇出至固液分离；例如，用于将所述粘质物进行固液分离并产生一含铜产物(例如，铜浓缩物)的一带式过滤器。
[0248] 表4描述了用于阶段2的浸出及CCD步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。表5描述了根据所述多个IDEAS过程模拟参数的用于阶段2的浸出步骤的关键化学反应。
[0249] 在所述浸出的步骤期间，所述阳极/石墨粉末、多种电气组件、所述电解液的有机组成物、塑料及任何残留的钢制外壳可能相对不反应。通常，这些流入的组成物在来自于CCD的所述溢流及所述底流之间的划分如下：大部分的所述粉碎的铜、多种电气组件、任何残留的钢及铝，及一些石墨、塑料、纸，及来自于所述进料的锂离子电池的电解液的多种有机材料可汇出至所述CCD的底流；而，根据表1的含有多种可溶金属的一水溶性富集浸出液(PLS)、大部分的石墨(例如，≥90％的石墨)、塑料、纸，及来自于所述进料的锂离子电池的电解液的多种有机材料(例如，≥70％的纸及塑料；及≥95％的有机物)可与所述最终CCD溢流一起离开。
[0250] 将所述最终CCD溢流汇出至一凝聚槽。可选择地通过加入凝聚剂(例如，半疏水或疏水性高分子凝聚剂；例如，一基于聚氧化乙烯的凝聚剂)来凝聚石墨，以协助石墨的分离。将所述凝聚槽的溶液汇出至一(多个)浮选单体，以便可筛选地将多种疏水性组成物(例如，利用凝聚剂来被凝聚的石墨、有机物(意即，残留的碳酸烷基酯))与多种亲水性组成物(例如，富集浸出溶液)分离。所述(多个)浮选单体使用空气，或其他气体(例如，惰性气体、氮气等)来产生气泡；多个疏水性颗粒附着在所述气泡并上升至表面，以形成泡沫。对于石墨分离的其他选择包括(多个)螺旋分离器，或(多个)跳汰式选矿机(jig concentrator)。
[0251] 浮选法可选择地分成两个阶段发生，以最大程度地分离及回收：一较粗糙的浮选及一较干净的浮选。较粗糙的浮选将最大量的疏水性组成物从所述富集浸出溶液(PLS)分离出。将所述较粗糙的泡沫汇出至一清洁阶段，以进行进一步的浮选。所述较粗糙的浮选的残留物/PLS可选择地汇出至一保留槽，进而与所述较干净的浮选的残留物/PLS混合，以进行下游的处理。较干净的浮选进一步分离所述较粗糙的泡沫，以从所述亲水性的富集浸出液分离出多种疏水性组成物。通过汇出至例如下游的离心来使所述分离出的泡沫经历固液分离，以分离出所述石墨产物(例如，石墨浓缩物)。在可选择地汇出至一双介质过滤器或带式过滤器以去除挟带的有机物(意即碳酸烷基酯)及细小与粗大的悬浮固体之前，来自于固液分离的过滤液可选择地汇出至一保留槽。所述较干净的浮选的残留物/PLS可选择地汇出至一保留槽，并接着与所述较粗糙的浮选的残留物/PLS混合，以便可选择地汇出自一双介质过滤器或带式过滤器，以去除挟带的有机物(意即碳酸烷基酯)及细小与粗大的悬浮固体。
[0252] 来自于所述(多个)浮选的步骤的所述PLS及来自于所述固液分离的所述过滤液可选择地汇出至一双介质过滤器；一种类似于多个溶剂萃取应用中常见的过滤器。一第一介质层(例如，沙子、无烟煤)从所述PLS去除了挟带的有机物(例如，碳酸烷基酯，例如碳酸乙烯酯/EC及/或碳酸乙基甲基酯/EMC)，同时一第二介质过滤器(例如，石榴石、沙子、无烟煤)去除了细小的悬浮固体。接着，在通过铜离子交换或溶剂萃取进行处理之前，所述过滤过的PLS可选择地汇出至一保留槽(参见，例如，表7)。来自于双介质过滤的多种回收的有机物(意即碳酸烷基酯)可选择地被收集等。一介质回洗出口流(例如，过程中的水/水溶液及任何残留的细小颗粒，例如残留的石墨、所述第二介质层所挟带的细塑料及微量挟带的有机物)可选择地再循环至水/水溶液处理设备中，并作为补充水/水溶液重新用于本文所述的处理方法。可选择地，将来自于所述双介质过滤器的所述液体流汇出至一活性碳过滤器，以根据需求抛光去除挟带的有机物。可替代地，可使用一带式过滤器液来去除来自于上游及下游的多个处理方法的任何剩余的尺寸过大的固体。在汇出至铜离子交换或溶剂萃取之前，所述过滤液可选择地汇出至一保留槽。
[0253] 表6描述了用于阶段2的多个中间产物制备步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。
[0254] 阶段3：最终产物制备
[0255] 通过固液分离将一石墨产物(例如，石墨浓缩物)分离出；例如，通过将阶段2的浮选法的所述较干净的泡沫进行离心。所述石墨产物可能与一些塑料或纸混合，并且可进一步被纯化，其通过：(i)低温化学处理，涉及多阶段酸液洗涤(例如，使用硫酸或盐酸)，以去除杂质/可溶性金属(例如，多种残留的可溶性金属，例如锂、镍、钴、铜及/或锰)，进而产生一较高纯度的石墨浓缩物；及/或(ii)热纯化，例如，通过多个高温冶金方法来提高所述浓缩物的温度(例如，使用一熔炉来将所述石墨的温度提高至大约1000至2000℃)，以挥发多种特定的成分(例如，残留的有机物及塑料)，进而产生一较高纯度的石墨浓缩物。
[0256] 所述CCD的最终底流/粘质物被固液分离，以形成一含铜产物(例如，可与残留的塑0
料、纸、石墨、微量的铝及钢混合的一铜/Cu浓缩物)。将所述选择性双介质过滤过的PLS汇出至一铜离子交换，以从所述入口流选择性地分离出铜(参见，例如，表7)。将所述洗出液(eluate)/富铜溶液汇出至铜电解沉积(例如，传统的铜电解沉积， 电解沉积等)，以将铜/Cu0沉积作为一铜板。来自于电解沉积的废弃的电解液可选择地再循环回所述铜离子交换，以使用作为一再生剂，如适用，其中所述再循环物流的一部分可选择地被放出至所述上游的浸出槽中。
料、纸、石墨、微量的铝及钢混合的一铜/Cu浓缩物)。将所述选择性双介质过滤过的PLS汇出至一铜离子交换，以从所述入口流选择性地分离出铜(参见，例如，表7)。将所述洗出液(eluate)/富铜溶液汇出至铜电解沉积(例如，传统的铜电解沉积， 电解沉积等)，以将铜/Cu0沉积作为一铜板。来自于电解沉积的废弃的电解液可选择地再循环回所述铜离子交换，以使用作为一再生剂，如适用，其中所述再循环物流的一部分可选择地被放出至所述上游的浸出槽中。
[0257] 可替代地，当所述PLS的铜浓度例如大约为5克/升时，铜/Cu0通过一铜溶剂萃取及铜电解沉积来被沉积。所述铜溶剂萃取可选择地由(多个)萃取阶段、(多个)可能的洗涤阶段及(多个)汽提阶段所组成，所述(多个)萃取阶段由(多个)混合器-沉降器组成(例如，每个所述混合器沉降器由1至2个混合器阶段及一个沉降器阶段组成)，所述(多个)可能的洗涤阶段由(多个)混合器-沉降器组成(例如，每个所述混合器-沉降器由1至2个混合器阶段及一个沉降器阶段组成)，所述(多个)汽提阶段由(多个)混合器-沉降器组成(例如，每个所述混合器-沉降器由1至2个混合器阶段及一个沉降器阶段组成)。根据需求，将补充的酸液加入至所述流入的PLS，以便为了最佳的铜萃取率来适当地调整pH值。所述萃取的(多个)混合器-沉降器阶段是利用在一稀释剂(例如煤油)中的一有机物萃取剂(例如酮肟[例如，84]、水杨醛肟或酮肟-水杨醛肟有机萃取剂的一混合物)，以选择性地将铜萃取至有机相中：
[0258] 萃取：CuSO4(aq)+2HR(org)→CuR2(org)+H2SO4(aq)
[0259] 接着，将所述加载有铜的有机相汇出至所述(多个)汽提阶段，其中所述萃取出的铜离子被汽提回所述水溶液相；例如，通过使用来自于铜电解沉积的含有酸液(例如，硫酸/H2SO4)的废弃的电解液：
[0260] 汽提：CuR2(org)+H2SO4(aq)→CuSO4(aq)+2HR(org)
[0261] 假如利用盐酸取代硫酸来调整pH值，则(多个)可选择的洗涤阶段被包括以使有机相中挟带的含氯的水溶液相的水平最小化。接着，将所述富集汽提溶液(例如，在浓度约为50克/升的可溶性铜的状况下)汇出至铜电解沉积，以将铜/Cu0沉积作为在一阴极片上的一铜板。一旦所述铜板达到一所需的铜厚度，其可被移除，并可选择地替换上一空的阴极片。
来自于铜电解沉积的废弃的电解液可选择地再循环回铜溶剂萃取的所述(多个)汽提阶段；
并且，所述有机相可选择地根据需要进行抛光，并再循环回所述(多个)萃取阶段，以进行再利用。
来自于铜电解沉积的废弃的电解液可选择地再循环回铜溶剂萃取的所述(多个)汽提阶段；
并且，所述有机相可选择地根据需要进行抛光，并再循环回所述(多个)萃取阶段，以进行再利用。
[0262] 从铜电解沉积汇出而来的所述铜汽提溶液接着：与一氢氧化物(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物；与一碳酸盐(例如，碳酸钠)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的碳酸盐产物；被蒸发结晶以形成一含钴、含镍及/或含锰的硫酸盐产物；或与一氢氧化物(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物，随后通过热脱水产生一含钴、含镍及/或含锰的氧化物产物(例如，氧化钴(II、III)、四氧化三钴、氧化镍(II)、一氧化镍、二氧化锰(IV)、二氧化锰)。接着，将所述含钴、含镍及/或含锰产物汇出至固液分离，并且收集一固体过滤饼。相对于所述含钴、含镍及/或含锰的硫酸盐产物，一旦来自于铜电解沉积的所述铜汽提溶液汇出至一蒸发结晶器，所得的产物是由七水合硫酸钴/CoSO4·7H2O、六水合硫酸镍/NiSO4·6H2O，及单水合硫酸猛/MnSO4·H2O的一混合物所组成。接着，将所述结晶浆料汇出至例如固液分离(例如，离心机或压滤机)，随后通过一干燥机驱除多余的水。
[0263] 接着，所述钴、镍及/或锰固液分离过的过滤液与一碳酸盐(例如，碳酸钠等)反应，以沉淀出碳酸锂/Li2CO3。此碳酸锂产物可选择地经历固液分离(例如，离心)，并收集到一固体饼。为了可选择地进一步纯化所述碳酸锂，将所述碳酸锂汇出至一离子交换管柱，以去除痕量杂质，例如钙及锰(参见，例如，表7)；接着，在被再结晶成一较高纯度的碳酸锂浆料之前，汇出至一重碳酸盐回路，其中二氧化碳被鼓泡进入例如一溶解/消化槽中，以将所述碳酸锂转变为更易溶的重碳酸锂。接着，所述浆料被固液分离，以产生高纯度的碳酸锂/Li2CO3，并且可选择地被干燥。
[0264] 可替代地，所述钴、镍及/或锰固液分离过的过滤液与一氢氧化物(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)，以形成一氢氧化锂及硫酸钠溶液。将所述氢氧化锂及硫酸钠溶液汇出以进行结晶(例如，使用一导流管挡板结晶器)，进而冷却所述溶液，并产生包括有十水合硫酸钠晶体及可溶性氢氧化锂的一浆料。将来自于结晶的所述浆料汇出至固液分离(例如，使用离心)，以分离出一固体的十水合硫酸钠产物及包含有氢氧化锂溶液的一过滤液。来自于固液分离的所述氢氧化锂溶液被蒸发结晶：例如通过使用一种三效结晶器来结晶所述单水合氢氧化锂；接着，例如通过离心来进行固液分离。所述产物可选择地通过在纯水(例如，蒸馏水或去离子水)中溶解所述单水合氢氧化锂晶体，并将它们进行再结晶(例如，使用一机械性蒸气压缩(MVR)结晶器)，随后进行可选择的固液分离来被进一步纯化，进而收集到所述纯化过的单水合氢氧化锂产物。所述单水合氢氧化锂结晶可选择地被干燥。
[0265] 硫酸钠可选择地被分离作为一产物。可选择地，将所述钴、镍及/或锰固液分离过的过滤液与一碱液(例如，一氢氧化物)反应所形成的所述硫酸钠溶液分离出，并且可选择地被结晶以产生十水合硫酸钠。此结晶的进行通过在一结晶器里冷却所述硫酸钠溶液，例如导流管挡板结晶器，来达成，随后所述晶体可选择地被干燥及冷却。可替代地或另外，将来自于所述碳酸锂固液分离(例如，离心)的离心滤液汇出至一蒸发结晶器，以产生十水合硫酸钠/Na2SO4·10H2O。在所述结晶期间，可选择地加入硫酸，以将任何残留的碳酸盐(例如，碳酸钠(液体))转变成一硫酸盐形式。所得的结晶浆料被固液分离(例如，被离心)，并且将所述分离出的固体产物汇出至一干燥机(例如，一闪蒸干燥机)。所述干燥机驱除水分并产生无水的硫酸钠/Na2SO4。
[0266] 表7描述了多个示例性设计参数；且表8描述了根据所述IDEAS过程模拟模式的多个结果的用于阶段3的多个最终产物制备步骤的关键化学反应。
[0267] 示例2-处理方法2的示例性实施例
[0268] 特别地，下面的示例描述了用于回收来自于可充电锂离子电池的多种材料的所述处理方法的多个阶段、多个步骤、多个设计规范及多个IDEAS过程模拟参数(IDEAS青铜(Bronze)，矿物加工包装，v6.0.0.995)。
[0269] 阶段1：进料尺寸减小(例如，图1B的步骤(i)及(i)(a))
[0270] 如同上面的处理方法1，在任何机械处理之前，进料的大型锂离子电池(例如，汽车、能源储存系统的电池包)及小型锂离子电池(例如，来自于笔记本电脑、手机、平板电脑等)可选择地被放电至大约介于1.0至2.0伏特之间，或至大约0伏特。可选择地将放电出的能量汇出至一中央电源储存库，所述中央电源储存库例如为整个工厂范围内的功耗提供了降低的峰值负载。将锂离子电池放电有助于控制在可能发生的短路事件期间所释放出的能量，在所述短路事件中，所述电池的(多个)阳极及(多个)阴极在电池拆卸或多阶段破碎/切碎步骤期间会接触。
[0271] 通过使用例如在水/水溶液的浸没条件下，例如水或盐水浸没，的多个破碎机可达成多阶段破碎/粉碎。水/水溶液的浸没协助确保由破碎/粉碎所造成的火花受到抑制，并且被所述水/水溶液吸收为热能。进一步地，所述水/水溶液的存在可限制氧气的积聚，从而使在进行破碎期间的燃烧风险最小化。
[0272] 并且，水/水溶液促进电池的电解液(例如，在(多种)有机溶剂中的六氟磷酸锂)的挟带，因为其在锂离子电池进行破碎后被释放出，进而有助于增加总体锂的回收。多种电池电解质，例如六氟磷酸锂盐类，在暴露于水或水溶液中时具有水解的潜力，然而，例如相对于所述六氟磷酸锂盐类，其通常在70℃以上发生。如此，用于所述拆卸/破碎步骤的一水/水溶液的目标温度为例如约60℃，以协助避免任何明显的反应化学。
[0273] 所述破碎/粉碎步骤有助于机械性分离所述电池，并且可降低下游的能量消耗，以及有助于优化设备的尺寸。并且，多阶段的尺寸减小有助于减小颗粒尺寸分布的变异性，其有利于多种目标金属/材料的浸出。
[0274] 当多阶段破碎/粉碎用于拆卸/破碎所述多个电池时，所述多阶段破碎包含：第一，将大型锂离子电池进行破碎，以将它们的尺寸(意即进料尺寸)减小至≤400毫米；以及，第二，将小型锂离子电池(当存在时)及所述尺寸减小的大型锂离子电池进行破碎，并且将此进料减小至大约≤100毫米的一尺寸，以形成一破碎过/粉碎过的浆料。表2提供了适用于所述多阶段破碎/粉碎的多个破碎机的多个示例性操作参数。
[0275] 所述破碎过/粉碎过的浆料可选择地被筛选，其中≤10毫米的多个尺寸过小的固体会通过一筛网；并且，将≤100毫米至≥10毫米的多个尺寸过大的固体汇出以进行粉碎，从而进一步减小尺寸。所述多个≤10毫米的固体经历固液分离，例如通过一沉降槽。在所述沉降槽之后，所述固体浆料可选择地汇出至一带式过滤器，以进行进一步的固液分离。可替代地，在磁性分离之前，可将所述分离出的固体汇出至一中间加料漏斗以进行储存。所述固液分离的过滤液可选择地再循环回所述多个破碎机/粉碎机，或可选择地被送至一有机物(意即碳酸烷基酯)移除回路。所述再循环流(来自于/到所述多个破碎机/粉碎机或所述有机物移除回路)的一部分可选择地被放出至一下游的浸出槽，以促进总体材料回收的增加，以及用于背景杂质水平的控制。粉碎的进行将所述多个尺寸过大的固体减小至≤10毫米，以协助磁性分离的进行。接着，所述粉碎过的料流可选择地汇出至一自行清洁的输送机，所述自行清洁的输送机可选择地在磁性分离之前运送至一加料漏斗以进行储存。如本文所使用，术语“自行清洁的输送机”指的是在所述输送机下方具有一收集管的一种输送机，所述收集管具有一狭缝或其他开口以收集积聚在所述输送机中的细颗粒。定期地，通过使用一真空或类似的机构将收集管抽吸干净，或者可将收集在所述收集管中的细颗粒转移到下游的多个处理方法中。
[0276] 可将来自于所述带式过滤及所述沉降槽的所述可选择的固液分离的过滤液汇出至一可选择的双介质过滤器或真空蒸馏回路，以去除任何有机物(意即碳酸烷基酯)。所述双介质过滤器含有过滤介质，例如无烟煤、石榴石及/或沙子，以去除在所述过滤液中的任何挟带的有机物(意即碳酸烷基酯)。可替代地，可利用由单一或多个阶段的蒸馏所组成的真空蒸馏，其中含水量主要在真空中蒸发，留下一富含有机物(意即碳酸烷基酯)的料流。接着，将所述气态含水料流冷凝以形成一液态含水料流。接着，所述含水料流可选择地再循环回所述多个破碎机/粉碎机，或者被放出一下游的进出槽中，以促进总体材料回收的增加及用于背景杂质水平的控制。在上游进行有机物(即碳酸烷基酯)的去除可防止由于碳酸烷基酯污染而在下游发生的化学及机械复杂性，例如在阶段2及阶段3中。
[0277] 通常，所述结合的尺寸减小的固体可大致分布如下：一粗固体部分(≥3毫米)，包括但不限于粉碎过的钢制及/或铝制外壳、任何电气组件、塑料、铜线、铝阴极箔、铜阳极箔，及可能为纸张；以及，一细小固体部分(可小至≤5毫米)，包括阳极粉末及阴极粉末。如上所述，具有例如小于约5毫米，或小于约1至2毫米的一颗粒尺寸的多个尺寸过小的材料可在所述进料尺寸减小的期间被收集，并且被转移至下游的多个处理方法的步骤。例如，可通过使一破碎机/粉碎机的输出与具有多个开口的一金属网相接触来收集这种尺寸过小的材料(例如，在如上所述的一自行清洁的输送机上)，所述多个开口的尺寸允许具有尺寸小于约5毫米或小于约1至2毫米的多个颗粒通过，并被收集。所述多个尺寸过小的材料可与例如一黑色物料固体流结合，并且这些结合的材料接着可进行浸出(下面进一步详细地描述)。
[0278] 表2描述了用于阶段1的多个进料尺寸减小步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。
[0279] 阶段2：中间产物制备及浸出(例如，图1B的步骤(ii)至(x))
[0280] 来自于阶段1的所述可选择地被筛选的拆卸过/破碎过/粉碎过的浆料通过汇出至例如一磁性分离器来被机械性分离(参见图1B中的步骤(ii))；表9提供了所述磁性分离器的多个示例性操作参数。通过湿式/干式磁性分离来将多种磁性/含铁材料(例如钢片；(多种)含铁产物)与多种非磁性/不含铁材料分离。磁性分离由一较粗糙的步骤及一可选择的较干净的步骤组成，其取决于进料及分离的效率。从所述磁性分离器分离出的所述磁性(‘mag’)流通过汇出至例如一脱水筛来经历固液分离(假如利用湿式磁性分离)；并且产生一粉碎过的含钢或含铁产物(图1B中的步骤(iii))。所述分离出的水/水溶液可选择地再循环回所述磁性分离器，以使用作为补充的水/水溶液，并且所述再循环流的一部分可选择地被放出至一下游的浸出槽。将所述再循环流的一部分放出/传送至所述浸出槽可有助于在所述磁性分离器及脱水筛回路中的杂质的控制：假如所述再循环流的一部分未被放出，则可能在一回路的管件中生成由副化学反应所形成的细颗粒及/或物质(例如痕量沉淀物)，进而可能导致堵塞、停机及生产损失。
[0281] 将来自于磁性分离的所述非磁性/不含铁的料流汇出至一系列的混合槽(通过图1B的汽提的步骤(iv)来代表)，其中加入一汽提溶剂以从所述第一非磁性流中汽提出所述结合的黑色物料/电极粉末材料。汽提溶剂，例如，N-甲基-2-吡咯烷酮(下面的表9提供其他选择)的加入溶解了所述粘合剂，例如，聚偏二氟乙烯(PVDF)，并允许所述电极粉末材料凝结成黑色物料。所述汽提过的浆料流(意即，黑色物料/电极粉末流)通过汇出至例如具有多个500微米的开口的一金属网来经历固液分离(参见图1B的步骤(v))，以产生所述汽提过的浆料流的一尺寸过大的固体部分(意即，所述分离的较大的固体部分)-包含铝、铜及塑料-以及一尺寸过小的汽提过的浆料流(意即，含有包括有黑色物料的较小的悬浮固体的所述分离的液体部分)。所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分可选择地通过汇出至例如一脱水输送机来被干燥。将所述尺寸过小的汽提过的浆料流汇出至一压滤机以进行固液分离(参见图B的步骤(vii))，进而生成含有所述溶剂的一液体及一黑色物料固体流。所述分离出的溶剂可选择地被收集至一容器槽中，并且可选择地再循环回所述多个汽提槽，以使用作为补充溶剂。
[0282] 接着，所述汽提过的浆料流的所述尺寸过大的固体部分可选择地通过汇出至例如一密度分离器单元经历进一步地分离(根据图1B的步骤(vi))。所述密度分离器单元可选择地将所述汽提过的所述尺寸过大的固体部分分离成三个分开的料流，包括一初步的含铝产物流、一初步的含铜产物流及一塑料产物流。所述多个分离出的料流可选择地被洗涤，并且汇出至一脱水筛，以收集被分离出且洗涤过的初步的含铝产物流、初步的含铜产物流及一塑料产物流。
[0283] 所述黑色物料固体流包含电极(例如，金属氧化物及/或金属磷酸盐阴极粉末、石墨阳极)、塑料及一些残留的不含铁的(例如，粉碎的铜及/或铝)组成物中的至少一种。将此料流与来自于如上所述的进料尺寸减小阶段的具有例如小于约5毫米，或小于约1至2毫米的一颗粒尺寸的尺寸过小的材料一起汇出至一浸出槽，以进行浸出。
[0284] 表9描述了用于阶段2的磁性分离、汽提及可选择的密度分离的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。
[0285] 浸出(参见图1B的步骤(viii))可选择地在一系列的容器槽中进行，例如，在高剪切搅动下的多个锥形底槽；或，一倾斜或平坦底槽。一锥形、倾斜或平坦底槽促进了沉降较高密度的粗固体部分。搅动有助于确保高价值的细小部分被悬浮并促进了浸出动力学。多个容器槽优化了浸出反应动力学并提供操作上的冗余。硫酸可选择地用以浸出在所述流入的浆料中的多种目标金属/材料。可选择地加入过氧化氢及氧气以还原及氧化多种贵金属，进而增加萃取率；进一步地，例如，过氧化氢的加入可增加铜、钴等的萃取，但减少了镍的萃取。可替代地，使用盐酸；或者，具有或不具有过氧化氢的硝酸。
[0286] 将多种流入的料流汇出以进行浸出：来自于所述汽提步骤及后续分离步骤的黑色物料固体流；多种浸出试剂，例如酸液、过氧化氢等；及来自于上游/下游的多个步骤的放出及再循环流。
[0287] 将由所述浸出步骤所产生的所述浸出过的浆料进行固液分离(参见图1B中的步骤(ix))，例如过滤，以产生一第一产物流及一第二产物流，所述第一产物流含有所述浸出步骤后的多个残留的固体，所述第二产物流包含所述浸出液(意即，富集浸出液(PLS))。
[0288] 表10描述了用于阶段2的浸出的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。表5描述了根据所述多个IDEAS过程模拟参数的用于阶段2的浸出步骤的关键化学反应。
[0289] 将含有所述浸出步骤后的多个残留的固体的所述第一产物流与水混合，并且将pH值调整至介于4至8之间的一pH值的范围内。将所述混合槽的溶液汇出至一(多个)浮选单体，以可筛选地将多种疏水性组成物(例如，石墨、有机物(意即碳酸烷基酯)及残留的塑料)与多种亲水性组成物(例如，过程中混合的水)分离。所述(多个)浮选单体使用空气，或其他气体(例如，惰性气体、氮气等)来产生气泡；多个疏水性颗粒附着在所述气泡并上升至表面，以形成泡沫。对于石墨分离的其他选择包括(多个)螺旋分离器，或(多个)跳汰式选矿机。
[0290] 浮选法可选择地分成两个阶段发生，以最大程度地分离及回收：一较粗糙的浮选及一较干净的浮选。较粗糙的浮选将最大量的疏水性组成物从所述过程中的混合水分离出。将所述较粗糙的泡沫汇出至一清洁阶段，以进行进一步的浮选。所述较粗糙的浮选的残留物/过程中的混合水可选择地汇出至一保留槽，进而与所述较干净的浮选的残留物/过程中的混合水混合，以进行下游的处理。较干净的浮选进一步分离所述较粗糙的泡沫，以从所述亲水性的过程中的混合水分离出多种疏水性组成物。通过汇出至例如下游的离心来使所述分离出的泡沫经历固液分离，以分离出所述石墨产物(例如，石墨浓缩物)。再循环回所述混合槽之前，来自于固液分离的过滤液可选择地汇出至一保留槽。
[0291] 来自于所述固液分离的所述PLS可选择地汇出至一双介质过滤器；一种类似于多个溶剂萃取应用中常见的过滤器。一第一介质层(例如，沙子、无烟煤)从所述PLS去除了挟带的有机物(例如，(多种)碳酸烷基酯，例如碳酸乙烯酯/EC及/或碳酸乙基甲基酯/EMC)，同时一第二介质过滤器(例如，石榴石、沙子、无烟煤)去除了细小的悬浮固体。接着，在通过铜离子交换或溶剂萃取进行处理之前，所述过滤过的PLS可选择地汇出至一保留槽(参见，例如，表12)。来自于双介质过滤的多种回收的有机物(意即(多种)碳酸烷基酯)可选择地被收集等。一介质回洗出口流(例如，过程中的水/水溶液及任何残留的细小颗粒，例如残留的石墨、所述第二介质层所挟带的细塑料及微量挟带的有机物(意即(多种)碳酸烷基酯))可选择地再循环至水/水溶液处理设备中，并作为补充水/水溶液重新用于本文所述的处理方法。可选择地，将来自于所述双介质过滤器的所述液体流汇出至一活性碳过滤器，以根据需求抛光去除挟带的有机物(意即(多种)碳酸烷基酯)。可替代地，可使用一带式过滤器液来去除来自于上游及下游的多个处理方法的任何剩余的尺寸过大的固体。在汇出至铜离子交换或溶剂萃取之前，所述过滤液可选择地汇出至一保留槽。
[0292] 表11描述了用于阶段2的多个中间产物制备步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。
[0293] 阶段3：最终产物制备(例如，图1B的步骤(xi)至(xv)
[0294] 通过固液分离将一石墨产物(例如，石墨浓缩物)分离出；例如，通过将阶段2的浮选法的所述较干净的泡沫进行离心。所述石墨产物可能与一些塑料或纸混合，并且可进一步被纯化，其通过：(i)低温化学处理，涉及多阶段酸液洗涤(例如，使用硫酸或盐酸)，以去除杂质/可溶性金属(例如，多种残留的可溶性金属，例如锂、镍、钴、铜及/或锰)，进而产生一较高纯度的石墨浓缩物；及/或(ii)热纯化，例如，通过多个高温冶金方法来提高所述浓缩物的温度(例如，使用一熔炉来将所述石墨的温度提高至大约1000至2000℃)，以挥发多种特定的成分(例如，残留的有机物/(意即碳酸烷基酯)及塑料)，进而产生一较高纯度的石墨浓缩物。
[0295] 将所述选择性双介质或带式过滤过的PLS汇出至一铜离子交换，以从所述入口流选择性地分离出铜(参见，例如，表12)。将所述洗出液/富铜溶液汇出至铜电解沉积(例如，传统的铜电解沉积， 电解沉积等)，以将铜/Cu0沉积作为一铜板。来自于电解沉积的废弃的电解液可选择地再循环回所述铜离子交换，以使用作为一再生剂，如适用，其中所述再循环物流的一部分可选择地被放出至所述上游的浸出槽中。
[0296] 可替代地，当所述PLS的铜浓度例如大约为5克/升时，铜/Cu0通过一铜溶剂萃取及铜电解沉积来被沉积。所述铜溶剂萃取可选择地由(多个)萃取阶段、(多个)可能的洗涤阶段及(多个)汽提阶段所组成，所述(多个)萃取阶段由(多个)混合器-沉降器组成(例如，每个所述混合器沉降器由1至2个混合器阶段及一个沉降器阶段组成)，所述(多个)可能的洗涤阶段由(多个)混合器-沉降器组成(例如，每个所述混合器-沉降器由1至2个混合器阶段及一个沉降器阶段组成)，所述(多个)汽提阶段由(多个)混合器-沉降器组成(例如，每个所述混合器-沉降器由1至2个混合器阶段及一个沉降器阶段组成)。根据需求，将补充的酸液或碱液(例如，氢氧化钠)加入至所述流入的PLS，以便为了最佳的铜萃取率来适当地调整pH值。所述萃取的(多个)混合器-沉降器阶段是利用在一稀释剂中(例如，在煤油中)的一有机物萃取剂(例如酮肟[例如， 984]、水杨醛肟或酮肟-水杨醛肟有机萃取剂的一混合物)，以选择性地将铜萃取至有机相中：
[0297] 萃取：CuSO4(aq)+2HR(org)→CuR2(org)+H2SO4(aq)
[0298] 接着，将所述加载有铜的有机相汇出至所述(多个)汽提阶段，其中所述萃取出的铜离子被汽提回所述水溶液相；例如，通过使用来自于铜电解沉积的含有酸液(例如，硫酸/H2SO4)的废弃的电解液：
[0299] 汽提：CuR2(org)+H2SO4(aq)→CuSO4(aq)+2HR(org)
[0300] 假如利用盐酸取代硫酸来调整pH值，则(多个)可选择的洗涤阶段被包括以使有机相中挟带的含氯的水溶液相的水平最小化。接着，将所述富集汽提溶液(例如，在浓度约为50克/升的可溶性铜的状况下)汇出至铜电解沉积，以将铜/Cu0沉积作为在一阴极片上的一铜板。一旦所述铜板达到一所需的铜厚度，其可被移除，并可选择地替换上一空的阴极片。
来自于铜电解沉积的废弃的电解液可选择地再循环回铜溶剂萃取的所述(多个)汽提阶段；
并且，所述有机相可选择地根据需要进行抛光，并再循环回所述(多个)萃取阶段，以进行再利用。
来自于铜电解沉积的废弃的电解液可选择地再循环回铜溶剂萃取的所述(多个)汽提阶段；
并且，所述有机相可选择地根据需要进行抛光，并再循环回所述(多个)萃取阶段，以进行再利用。
[0301] 接着，所述铜分离的萃余物(意即，铜汽提溶液)可选择地以氧气鼓入至气体中，以将任何亚铁(Fe2+)内容物氧化为不可溶的三价铁(Fe3+)，且随后可选择地与一氢氧化物(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)反应，以沉淀出一含铝及/或含铁的氢氧化物产物。接着，将所述含铝及/或含铁产物汇出至固液分离，并且将收集到一固体滤饼。
[0302] 接着，所述去除铝及/或铁的溶液(含铝及/或含铁产物制备的过滤液)与一氢氧化物(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物；与一碳酸盐(例如，碳酸钠)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的碳酸盐产物；被蒸发结晶以形成一含钴、含镍及/或含锰的硫酸盐产物；或与一氢氧化物(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)反应，以沉淀出一含钴、含镍及/或含锰的氢氧化物产物，随后通过热脱水产生一含钴、含镍及/或含锰的氧化物产物(例如，氧化钴(II、III)、四氧化三钴、氧化镍(II)、一氧化镍、二氧化锰(IV)、二氧化锰)。接着，将所述含钴、含镍及/或含锰产物汇出至固液分离，并且收集一固体过滤饼。假如以硫酸来浸出含有钴、镍及/或锰的过滤饼，则接着将所述浸出液汇出至一蒸发结晶器，且所得的产物是由七水合硫酸钴/CoSO4·7H2O、六水合硫酸镍/NiSO4·6H2O，及单水合硫酸猛/MnSO4·H2O的一混合物所组成。接着，将所述结晶浆料汇出至例如固液分离(例如，离心机或压滤机)，随后通过一干燥机驱除多余的水。
[0303] 可替代地，去除铝及/或铁的溶液(含铝及/或含铁产物制备的过滤液)与一种氧化剂(例如，过氧化氢)反应，并且可加入一碱液以将pH值维持在介于5至7之间，以产生一种二氧化锰沉淀物，通过使用固液分离(例如一压滤机)去除所述二氧化锰沉淀物。接着，可选择地将钴可筛选地从所述过滤液萃取至一富钴料流中，所述富钴料流接着被汽提洗涤及结晶以形成一七水合硫酸钴产物。接着，所述过滤液与额外的氢氧化物反应(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)，以沉淀出含镍/含镍-钴的氢氧化物。所述沉淀物通过固液过滤来被去除。
[0304] 根据下面多个附表中概述的与示例性过程2的多个条件相关的多个参数，在回收锂之前，通过利用所述钴、镍及/或锰固液分离过的过滤液使硫酸钠被分离作为一盐类副产物。所述过滤液被结晶以产生十水合硫酸钠。此结晶的进行通过在一结晶器里冷却所述硫酸钠溶液，例如导流管挡板结晶器，来达成，随后所述晶体经历固液分离(例如，通过一离心机或压滤机)，并且所述分离出的固体晶体可选择地被干燥及冷却。随后，将来自于所述分离出的晶体的所述固液分离的所述过滤液汇出至锂的回收。
[0305] 接着，所述硫酸钠固液分离过的过滤液与一碳酸盐(例如，碳酸钠等)反应，以沉淀出碳酸锂/Li2CO3。此碳酸锂产物可选择地经历固液分离(例如，离心)，并收集到一固体饼。为了可选择地进一步纯化所述碳酸锂，将所述碳酸锂汇出至一离子交换管柱，以去除痕量杂质，例如钙及锰(参见，例如，表12)；接着，在被再结晶成一较高纯度的碳酸锂浆料之前，汇出至一重碳酸盐回路，其中二氧化碳被鼓泡进入例如一溶解/消化槽中，以将所述碳酸锂转变为更易溶的重碳酸锂。接着，所述浆料被固液分离，以产生高纯度的碳酸锂/Li2CO3，并且可选择地被干燥。
[0306] 可替代地，所述硫酸钠固液分离过的过滤液与一氢氧化物(例如，氢氧化钠、熟石灰/氢氧化钙等)，以形成一氢氧化锂及硫酸钠溶液。将所述氢氧化锂及硫酸钠溶液汇出以进行结晶(例如，使用一导流管挡板结晶器)，进而冷却所述溶液，并产生包括有十水合硫酸钠晶体及可溶性氢氧化锂的一浆料。将来自于结晶的所述浆料汇出至固液分离(例如，使用离心)，以分离出一固体的十水合硫酸钠产物及包含有氢氧化锂溶液的一过滤液。来自于固液分离的所述氢氧化锂溶液被蒸发结晶：例如通过使用一种三效结晶器来结晶所述单水合氢氧化锂；接着，例如通过离心来进行固液分离。所述产物可选择地通过在纯水(例如，蒸馏水或去离子水)中溶解所述单水合氢氧化锂晶体，并将它们进行再结晶(例如，使用一机械性蒸气压缩(MVR)结晶器)，随后进行可选择的固液分离来被进一步纯化，进而收集到所述纯化过的单水合氢氧化锂产物。所述单水合氢氧化锂结晶可选择地被干燥。
[0307] 硫酸钠可选择地被分离作为一产物。在一实施例中，可选择地将来自于所述碳酸锂固/液分离(例如，离心)的所述离心滤液汇出至一蒸发结晶器，以产生十水合硫酸钠/Na2SO4·10H2O。在所述结晶期间，可选择地加入硫酸，以将任何残留的碳酸盐(例如，碳酸钠(液体))转变成一硫酸盐形式。所得的结晶浆料被固液分离(例如，被离心)，并且将所述分离出的固体产物汇出至一干燥机(例如，一闪蒸干燥机)。所述干燥机驱除水分并产生无水的硫酸钠/Na2SO4。
[0308] 表12描述了多个示例性设计参数；及表13描述了根据所述多个IDEAS过程模拟参数的用于阶段3的多个最终产物制备步骤的关键化学反应。
[0309] 示例三-处理方法2的验证
[0310] 如下面示例五的概述来进行多个锂离子电池的尺寸减小，并进行干式磁性分离，以将钢碎片(磁性产物流)从所述材料的剩余物(非磁性进料流)中分离出。接着，所述非磁性进料流通过在80℃下与作为一汽提溶剂的重量百分比(wt％)为10％的N-甲基-2-吡咯烷酮混合6小时来进行汽提，以从由铝(Al)及铜(Cu)箔制成的基板上释放出所述阴极及阳极。所述汽提过的浆料流通过一500微米的筛网，以分离出含有细小阴极及阳极材料的所述尺寸过小的汽提过的浆料流，以及来自于含有铝、铜及所述基板的塑料片的所述尺寸过大的固体部分的所述液体有机溶剂(意即，汽提溶剂)。将所述尺寸过大的固体部分进行密度(密度的)分离，以使铝、铜及塑料彼此分离。可使用比重(SG)为2.5的一液体来分离出所述塑料，然后可使用SG为2.85的一液体来将铝与铜分离。通过使用具有附着于一真空烧瓶的的等级541滤纸的一布氏漏斗来从所述液体有机(汽提)溶剂中分离
出含有所述细小的阴极及阳极材料的所述尺寸过小的汽提过的浆料流。
出含有所述细小的阴极及阳极材料的所述尺寸过小的汽提过的浆料流。
[0311] 所述细小的阳极及阴极材料(意即，黑色物料固体流)在80℃下利用在0.5M硫酸(H2SO4)中的密度为10％的一浆泥(pulp)进行6小时的浸出。通过在反应过程中加入硫酸来将所述浸出溶液的pH值维持在2.5。在整个浸出过程中加入过氧化氢(H2O2)以促进钴(Co)的浸出。所述浸出造成在所述多个产物流中处理的所有金属的95％的回收-意即，发现95％的铜、铝、铁、钴、镍、锰及锂从所述黑色物料中浸出至所述富集浸出溶液中。通过使用具有附着于一真空烧瓶的 的等级3滤纸的一布氏漏斗来从所述残留的固体中分离出所述富集浸出溶液(PLS)。将所述残留的固体(对应于图1B中的所述第一产物流)与pH值被调整至5的水与浆料混合，接着在一种两阶段的浮选回路中进行处理，以产生一石墨产物。所述第一阶段为一较粗糙的浮选，来自于所述较粗糙的浮选的所述溢流在一较干净的浮选中进行处理。
[0312] 接着，使用重量百分比为50％的氢氧化钠(NaOH)来将所述PLS(对应于在图1B中的所述第二产物流)的pH值调整至2，以准备去除铜(Cu)。使用溶剂萃取来去除所述铜；将以煤油稀释成体积百分比为30％的一有机萃取剂， 984N，与所述PLS混合。将所述铜加载至所述有机相上，同时所述水溶液相，所述萃余液(对应于图1B中的第三产物流)，继续进行下一个处理方法的步骤。使用1M硫酸来将所述铜从所述有机相汽提出，其中所述铜被传送至电解沉积以进行铜板的产生。
[0313] 接续着所述铜的去除，在50℃下通过加入重量百分比为50％的氢氧化钠来将所述萃余物的pH值调整为4.5，其造成铁(Fe)及铝以氢氧化物Fe(OH)3及Al(OH)3的形式沉淀出。通过使用具有附着于一真空烧瓶的 的等级3滤纸的一布氏漏斗来从所述沉淀物
中分离出所述溶液。接着，以温水(50℃)洗涤所述过滤出的固体，并且使用先前提及的相同流程进行二次过滤。所述固体在80℃的一烘箱中进行干燥。所述沉淀具有>99％的一回收率，并且产生具有85％纯度的一混合的氢氧化物产物。
中分离出所述溶液。接着，以温水(50℃)洗涤所述过滤出的固体，并且使用先前提及的相同流程进行二次过滤。所述固体在80℃的一烘箱中进行干燥。所述沉淀具有>99％的一回收率，并且产生具有85％纯度的一混合的氢氧化物产物。
[0314] 在50℃下通过加入重量百分比为50％的氢氧化钠来将所述过滤液(对应于图1B的所述第四产物流)的pH值调整为9.5，其造成钴(Co)、镍(Ni)及锰(Mn)以氢氧化物Co(OH)2、Ni(OH)2及Mn(OH)2的形式沉淀出。通过使用具有附着于一真空烧瓶的 的等级3滤纸的一布氏漏斗来从所述溶液中分离出所述沉淀物。接着，以温水(50℃)洗涤所述过滤出的固体，并且使用先前提及的相同流程进行二次过滤。所述固体在80℃的一烘箱中进行干燥。
[0315] 所述过滤液(对应于图1B中的所述第五产物流)被蒸发以将体积减少至所述钠(Na)的浓度到达70克/升的一浓度的一体积点。在95℃进行蒸发。接着，使用重量百分比为50％的氢氧化钠来将所述溶液的pH值调整至9.5。接着，所述溶液被混合，并且被冷却至10℃，以及从所述溶液中沉淀出十水合硫酸钠(Na2SO4·10H2O)。通过使用具有附着于一真空烧瓶的 的等级3滤纸的一布氏漏斗来从所述沉淀物中分离出所述溶液。接着，以pH值为9.5的一碱性溶液洗涤所述过滤出的固体，并且使用先前提及的相同流程进行二次过滤。接着，所述固体在真空下被干燥，以产生无水硫酸钠(Na2SO4)。
[0316] 所述过滤液(对应于图1B中的所述第六产物流)被蒸发以将体积减少至所述锂(Li)的浓度到达11克/升的一浓度的一体积点。制备浓度为430克/升的一饱和碳酸钠(Na2CO3)溶液，并加热到90℃。将所述碳酸钠溶液加入至所述过滤液中，使得所述碳酸盐(CO32-)为沉淀出所述锂的化学计量要求的1.25倍。所述过滤液的所述混合物与碳酸钠在95℃下混合6小时。通过使用具有附着于一真空烧瓶的 的等级3滤纸的一布氏漏斗来从所述沉淀物中分离出所述溶液。接着，以热水(70℃)洗涤所述过滤出的固体，并且使用先前提及的相同流程进行二次过滤。所述固体在80℃的一烘箱中进行干燥。所述沉淀具有90％的一回收率，并且产生后续待纯化的具有89％纯度的碳酸锂粗产物。
[0317] 重复所述硫酸钠处理方法来从所述过滤液中去除剩余的所述硫酸钠。
[0318] 示例4-示例性系统/设备
[0319] 图2为根据本申请的所述设备及系统的一示例性实施例的一示意性说明。图2说明了一种用于在浸没条件下实现将锂离子电池的尺寸减小的一设备1，所述设备1包含一外壳2，配置用以保留一浸没液体4；一第一进料槽6(加料漏斗)，具有设置在其中的一开口8，所述开口8用于接收进入所述外壳2的一第一类型10的多种电池材料；一第一沉水式粉碎装置
12，设置在所述外壳2中，以便从所述第一进料槽6接收一第一类型10的多种电池材料，进而使一第一类型10的多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料14；及一第二沉水式粉碎装置16，设置在所述外壳2中，以便从所述第一沉水式粉碎装置12接收所述第一种尺寸减小的电池材料14，并且使所述第一种尺寸减小的电池材料14的尺寸进一步地减小，以形成一第二种尺寸减小的电池材料18。一第二种尺寸减小的电池材料18可作为多种材料的一排出流在例如图2中箭头所指示的一方向上从所述设备离开，及/或被进一步接收，且通过额外的下游设备及/或系统及/或处理方法来进行处理。在此示例性实施例中，所述第一类型10的所述多种电池材料为如上所述的大型的可充电的锂离子电池(例如，量测尺寸为大约高达5000毫米x约2000毫米x约1450毫米的锂离子电池或电动汽车电池)。在所述示例性实施例中所显示的所述第一种尺寸减小的材料14具有小于400毫米的一颗粒尺寸。在此示例性实施例中，所述第一沉水式粉碎装置12及所述第二沉水式粉碎装置16为多轴粉碎机。
12，设置在所述外壳2中，以便从所述第一进料槽6接收一第一类型10的多种电池材料，进而使一第一类型10的多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料14；及一第二沉水式粉碎装置16，设置在所述外壳2中，以便从所述第一沉水式粉碎装置12接收所述第一种尺寸减小的电池材料14，并且使所述第一种尺寸减小的电池材料14的尺寸进一步地减小，以形成一第二种尺寸减小的电池材料18。一第二种尺寸减小的电池材料18可作为多种材料的一排出流在例如图2中箭头所指示的一方向上从所述设备离开，及/或被进一步接收，且通过额外的下游设备及/或系统及/或处理方法来进行处理。在此示例性实施例中，所述第一类型10的所述多种电池材料为如上所述的大型的可充电的锂离子电池(例如，量测尺寸为大约高达5000毫米x约2000毫米x约1450毫米的锂离子电池或电动汽车电池)。在所述示例性实施例中所显示的所述第一种尺寸减小的材料14具有小于400毫米的一颗粒尺寸。在此示例性实施例中，所述第一沉水式粉碎装置12及所述第二沉水式粉碎装置16为多轴粉碎机。
[0320] 请参考图2，提供了一第一进料槽6，以将一第一类型10的多种电池材料运送至一第一沉水式粉碎装置12，进而形成一第一种尺寸减小的电池材料14。一沉水式运送机22被提供以接收一第一种尺寸减小的电池材料14，并且将其运送至一第二沉水式粉碎装置16，以形成一第二种尺寸减小的电池材料18。在所述示例性实施例所显示的所述第二种尺寸减小的电池材料18具有小于约100毫米的一颗粒尺寸。在图2所显示的示意图中，所述沉水式输送机22为一自行清洁的链式输送机，所述自行清洁的链式输送机具有一收集元件21，所述收集元件21为一管件，其中所述管件在与所述沉水式输送机底侧相对的位置上限定了一开放侧或狭缝，从而允许所述尺寸过小的材料通过所述开口/狭缝落下，并收集在管件中。这些尺寸过小的材料可被抽吸或泵送至下游的多个设备/系统/处理方法。
[0321] 请参考图2，提供了一第二进料槽24(加料漏斗)，所述第二进料槽24具有设置在其中的一开口26，以接收进入所述外壳2的一第二类型28的多种电池材料。在图2中所显示的示意图中，所述外壳2包含一运送槽27，所述运送槽27用于将所述第二类型28的所述多种电池材料从所述第二进料槽24直接运送至所述第二沉水式粉碎装置16。所述第二沉水式粉碎装置16被配置用以使所述第一种尺寸减小的电池材料14以及一第二类型28的多种电池材料的尺寸减小。在此示例性实施例中，一第二类型28的所述多种电池材料为如上所述的小型的可充电的锂离子电池。在此示例性实施例中，相对于一第一类型10的多种电池材料，一第二类型28的所述多种电池材料具有一减小的尺寸。
[0322] 所述设备进一步包含一出口，所述出口用于在所述第二沉水式粉碎装置16的输出处附近排出由所述第二沉水式粉碎装置16产生的粉碎过的材料，其中所述排出的粉碎过的材料18可汇出至一个或多个另外的选择性沉水的粉碎装置，及/或汇出至下游的另外多个系统及多个处理方法。
[0323] 图2也说明了一示例性系统100，所述系统100用于在浸没条件下实现将电池材料的尺寸减小，所述系统100包含与一浸没液体4结合的如上文概述的所述装置1所描述的多个组件。所述系统100包含：一第一沉水式粉碎装置12，用于接收一第一类型10的多种电池材料，并且使所述第一类型10的所述多种电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料14；一第二沉水式粉碎装置16，用于接收一第一种尺寸减小的电池材料14，并且使所述第一种尺寸减小的电池材料14的尺寸进一步地减小，以形成一第二种尺寸减小的电池材料18；及一浸没液体4，所述第一沉水式粉碎装置12、所述第二沉水式粉碎装置16、所述第一种尺寸减小的电池材料14及所述第二种尺寸减小的电池材料18中的每一个皆被浸入在所述浸没液体4中。在此示例性实施例中，所述第一类型10的多种电池材料为如上所述的大型的可充电的锂离子电池。图2所显示的所述示例性实施例中的所述第一尺寸减小的电池材料14具有小于约400毫米的一颗粒尺寸。
[0324] 请参考图2，示例性系统100包含一沉水式输送机22，所述沉水式输送机22用于将一第一种尺寸减小的电池材料14从一第一沉水式粉碎装置12运送至一第二沉水式粉碎装置16，其中所述第一沉水式粉碎装置12、所述第二沉水式粉碎装置16、所述第一种尺寸减小的电池材料14及所述第二种尺寸减小的电池材料18中的每一个皆被浸入在一浸没液体4中。在此示例性实施例中，所述沉水式输送机22为如上所述的一自行清洁的链式输送机，且所述第二尺寸减小的电池材料18具有小于约100毫米的一颗粒尺寸。
[0325] 在图2所示意性显示的示例性系统100中，一第一沉水式粉碎装置12通过进行剪切来使一第一类型10的一电池材料的尺寸减小，以形成一第一种尺寸减小的电池材料14，且一第二沉水式粉碎装置12通过剪切来使所述第一种尺寸减小的电池材料14的尺寸进一步地减小，以形成一第二种尺寸减小的电池材料18，所述第二种尺寸减小的电池材料18浸入在所述浸没液体4中。在此示例性实施例中，一第一沉水式粉碎装置12及一第二沉水式粉碎装置16中的每一个皆为如上所述的一多轴粉碎机。
[0326] 请参考图2，示例性系统100包含一第一运送系统30，所述第一运送系统30用于将一第一类型10的多种电池材料运送至一第一沉水式粉碎装置12。在图2所显示的示意图中的一第一运送系统30包含一第一进料槽6(加料漏斗)，并且用于将所述第一类型10的所述多种电池材料运送至所述第一沉水式粉碎装置12。在图2所显示的示意图中的示例性系统100进一步包含一第二运送系统32，所述第二运送系统32被配置用以将一第二类型28的多种电池材料直接运送至一第二沉水式粉碎装置16，以形成浸入在一浸没液体4中的一粉碎过的材料34。所述粉碎过的材料34与所述第二种尺寸减小的电池材料18结合，并具有一相似的尺寸。在此示例性实施例中，一第二类型28的多种电池材料为小型的锂离子电池，相对于为大型锂离子电池的一第一类型10的多种电池材料，所述小型的锂离子电池具有一减小的尺寸。
[0327] 请参考图2，示例性系统100可包含一第三粉碎装置(未显示)，以便从所述第二沉水式粉碎装置16接收所述粉碎过的电池材料(18/34)，其中所述第三粉碎装置可选择地被浸入在浸没液体4中，并且使所述第二沉水式粉碎装置16所接收到的所述粉碎过的电池材料(18/34)的尺寸减小。因此，离开所述第二沉水式粉碎装置16的所述粉碎过的材料可通过下游的多个额外的系统及/或处理方法来进一步被处理。例如，一第三粉碎装置可与其他系统整合，以进一步处理进一步粉碎的电池材料。所述系统可进一步包含一第四粉碎装置，以便接收来自于所述第三选择性沉水式粉碎装置的粉碎过的电池材料，如同上面在所述设备方面所描述。
[0328] 表14提供了用于在浸没条件下的用于实现电池材料的尺寸减小的一设备/系统的一实施例的机械设计标准。
[0329] 示例五-系统/设备的物理验证
[0330] 图3(a)、3(b)及3(c)显示出通过使用一改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特(Taskmater)TM8500粉碎机TM来实现将电池材料的尺寸减小的一试验测试，从而通过粉碎/剪切来将圆柱形的锂离子电池的尺寸减小。
[0331] 图3(a)为所述改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特TM8500粉碎机TM的一图片，其为一双轴粉碎机，所述双轴粉碎机已经被改良以在浸没条件下运作。如同可从图3(a)所看见，所述改良过的粉碎机包含：一进料槽(加料漏斗)，用于将多个电池进料至所述系统/设备中；一驱动部(马达)，可操作地耦接至一粉碎部，以便进行所述多个电池的粉碎；及一浸没槽，设置在所述粉碎部的下方，所述浸没槽与所述粉碎机的所述粉碎部一起形成一外壳，以容纳一浸没液体。所述进料槽/加料漏斗已经从原始出厂规格进行了改良，以使其稍微变短。另外，已经在所述驱动轴杆的周围以及所述进料槽/加料漏斗连接至所述粉碎部的区域增加了多个不透水密封件，进而防止浸没液体泄漏至所述粉碎机的所述驱动轴杆(马达)部中，以及防止浸没液体泄漏至所述粉碎机的外部。所述浸没槽包括一排液管，所述排液管用于在粉碎之后将所述浸没液体排出。图3(b)为用于图3(a)所显示的所述改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特TM8500粉碎机TM的控制及电气面板的一图片。图3(c)为图3(a)所显示的所述改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特TM8500粉碎机TM的所述粉碎部的一图片。图3(d)为图3(a)所显示的所述改良过的法兰克林-米勒的铁斯克美斯特TM8500粉碎机TM的所述粉碎部的一图片，其显示出所述粉碎部被浸没在浸没液体中。
[0332] 对于所述试验测试，首先将充满电的多个锂离子电池浸入10％的氯化钠溶液中并放电。所述多个待测试的电池为小型及圆柱形的镍-锰-钴(NMC)化学锂离子电池及镍-钴-铝(NCA)化学锂离子电池，其具有大约69.6毫米x18.1毫米的尺寸，及大约50克的质量。一浸没液体的制备是通过将氢氧化钙加入至一溶液中，直到所述溶液的pH值量测为约12为止。接着，将多批的十个锂离子电池在体积为31升的浸没液体中进行粉碎，并将其倒入至所述浸没槽中，以及浸入所述粉碎机的所述粉碎部。在所述试验测试期间，没有因电池尺寸的减小而产生可观量的灰尘或气体，其证实了本文所描述的公开的设备及系统相比于已知的多种尺寸减小的设备及系统提供了多个特别的优势。
[0333] 通过使用一离子探针来测试图4(a)中所显示的所述粉碎过的产物的氟化物浓度。来自于所述分析的多个结果显示出取决于被粉碎的电池类型，水溶性氟化物的平均浓度为
1.3至3.4ppm(1.3为镍-锰-钴/NMC电池，而3.4为镍-钴-铝/NCA电池)。一独立批次的20个NCA电池在与第一批相同的溶液体积中被粉碎。所述被粉碎的产物也被分析，并具有浓度为
5.74ppm的一水溶性氟化物。这种低浓度的氟化物为一良好的指标，所述氟化物的含量可通过将氢氧化钙添加至中和溶液中而受到控制。
1.3至3.4ppm(1.3为镍-锰-钴/NMC电池，而3.4为镍-钴-铝/NCA电池)。一独立批次的20个NCA电池在与第一批相同的溶液体积中被粉碎。所述被粉碎的产物也被分析，并具有浓度为
5.74ppm的一水溶性氟化物。这种低浓度的氟化物为一良好的指标，所述氟化物的含量可通过将氢氧化钙添加至中和溶液中而受到控制。
[0334] 如图4(a)所显示，在单次通过所述粉碎机的情况下，离开所述沉水式粉碎机的所述电池材料具有约40毫米的一平均颗粒尺寸，其代表了根据本申请的一实施例的所述第二沉入式粉碎装置的预期输出。所述电池材料的一部分离开所述粉碎机以作为具有未释放出锂离子电池的内部结构的一分层的电池材料，所述内部结构由附着在钢制外壳外部的多层阴极、阴极箔、隔离件、阳极及阳极箔组成。所述粉碎过的电池材料被区分成大的、小的及细小的颗粒尺寸部分，所述大的颗粒尺寸部分包含图4(a)所显示的所述分层的电池材料。接着，如图4(a)所显示的所述分层的电池材料在所述粉碎机中进行二次粉碎，其释放出所述分层的锂离子电池的内部结构，以产生具有约为8毫米或更小的一平均尺寸的多个颗粒，如图4(b)所示。
[0335] 所述结合的小的颗粒尺寸部分(来自于原始的分离及由于大的颗粒尺寸部分的粉碎)在一干式造粒机(伊卡尼金德(Econogrind)单元)中进行制粒，其产生具有一进一步减小的平均颗粒尺寸的一电池材料，如图4(c)所示。上面提到的所述细小的颗粒材料是通过具有多个500微米的开口的一金属网筛来从所述大的颗粒部分及所述小的颗粒部分中筛选出来，接着，将其进行过滤，如图4(d)所示。在浸出之前，使所述细小的颗粒材料保持与所述黑色物料材料进行结合。
[0336] 虽然先将多个电池浸入10％的氯化钠溶液中并在其中放电，然后再于氢氧化钙溶液中将所述多个电池粉碎，但本领域技术人员将理解，相同的浸没液体可用于放电及粉碎。上面的多个段落概述了对于浸没液体的其他选项。
[0337] 表1：在2025年及2030年的小型及大型的废弃的锂离子电池的多种组成物的一潜在的预测
[0338]
[0339] 表2：用于根据处理方法1及处理方法2的阶段1的多个进料尺寸减小步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数
[0340]
[0341]
[0342] 表3：用于处理方法1的阶段2的磁性分离及涡流分离的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数
[0343]
[0344]
[0345] a[1]:Metso,"湿式低强度
[0346] 磁性分离器,"[线上] .可用的网址:http://www .metso.com/miningandconstruction/MaTobox7.nsf/DocsByID/A30EED9A599965F5C1256BD60045B9AC/$File/TS_WLims_IO-en.pdf；
[0347] [2]:Superior,"脱水筛,"[线上].可用的网址:
[0348] http://superior-ind.com/wp-content/uploads/2017/01/Dewatering-Screen-SPLT1043ENPR-01.pdf；[3]:GreyStone,"脱水筛-单层双振动器,"[线上].可用的网址:http://www.duoplc.com/files/document/22/products_69_1.pdf；[4]:Eriez,"涡流非铁金属分离器,"[线上].可用的网址:http://www.zycon.com/Literature/90765/72550/Eriez-PREEC-Brochure.pdf；[5]:Mastermag,"涡流分离器,"[线上].可用的网址:
[0349] http://www.mastermagnets.com/UserFiles/Downloads/ECS％20BROCHURE.pdf[0350] 表4：用于处理方法1的阶段2的浸出及CCD步骤的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数。
[0351]
[0352]
[0353] [1]H.Wang,M.Vest,B.Friedrich,EMC 2011论文集,2011,Vol.1,页码1-16[0354] 表5：根据处理方法1及处理方法2的所述多个IDEAS过程模拟参数的用于阶段2的浸出步骤的关键化学反应
[0355]
[0356]
[0357] 注解1：根据表4的多个操作参数，反应的程度是基于IDEAS模拟模型及使用硫酸及过氧化氢浸出的多种金属氧化物的文献萃取率。[2]:H.Zou,一种再循环处理方法的发展,April2012,页码44，以及多个IDEAS过程模拟结果，由于铁与氧之间的高键能，可能有微量的磷酸锂铁将溶解于溶液中，[3]:H.Wang,M.Vest,B.Friedrich,EMC 2011论文集,2011,Vol.1,页码1-16.[4]:Z.Xu,Procedia Environmental Sciences,2012,Vol 16,页码443-450.
[0358] 表6：用于处理方法1的阶段2的中间产物制备的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数
[0359]
[0360]
[0361] 表7：用于处理方法1的阶段3的最终产物制备的示例性设计参数
[0362]
[0363]
[0364]
[0365]
[0366]
[0367]
[0368]
[0369] 表8：根据处理方法1的IDEAS过程模拟参数的用于阶段3的多个最终产物制备步骤的关键化学反应
[0370]
[0371]
[0372]
[0373] 注解1：汇出的程度是基于文献及IDEAS模拟模型的多个结果
[0374] 表9：用于处理方法2的阶段2的磁性分离、汽提及可选择的密度分离的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数
[0375]
[0376]
[0377] a[1]:Metso,"湿式低强度磁性分离器,"[线上].可用的网址:http://www.metso.com/miningandconstruction/MaTobox7.nsf/DocsByID/A30EED9A599965F5C1
256BD60045B9AC/$File/TS_WLims_IO-en.pdf；
256BD60045B9AC/$File/TS_WLims_IO-en.pdf；
[0378] [2]:Superior,"脱水筛,"[线上].可用的网址:http://superior-ind.com/wp-content/uploads/2017/01/Dewatering-Screen-SPLT1043ENPR-01.pdf；
[0379] [3]:GreyStone,"脱水筛-单层双振动器,"[线上].可用的网址:http://www.duoplc.com/files/document/22/products_69_1.pdf
[0380] 表10：用于处理方法2的阶段2的浸出的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数[0381]
[0382]
[0383] [1]H.Wang,M.Vest,B.Friedrich,EMC 2011论文集,2011,Vol.1,页码1-16[0384] 表11：用于处理方法2的阶段2的中间产物制备的示例设计及多个IDEAS过程模拟参数
[0385]
[0386]
[0387] 表12：用于处理方法2的阶段3的最终产物制备的示例性设计参数
[0388]
[0389]
[0390]
[0391]
[0392]
[0393]
[0394]
[0395] 表13：根据所述多个IDEAS过程模拟的用于处理方法2的阶段3的最终产物制备的关键化学反应
[0396]
[0397]
[0398] [1]:汇出的程度是基于文献及IDEAS模拟模型的多个结果。[2]N.T Beukes,J.Badenhorst,2009湿法冶金学会议,2009,Vol.1,页码213-240.[3]H.Wang,M.Vest,B.Friedrich,EMC 2011论文集,2011,Vol.1,页码1-16.
[0399] 表14：在浸没条件下的用于实现将电池材料的尺寸减小的一设备/系统的一实施例的机械设计标准
[0400]
[0401]
[0402] 本说明书中提及的所有出版物、专利及专利申请均指示了本申请所属领域的技术人员的技术水平，并且以相同程度通过引用并入本文，如同每个单独的出版物、专利或专利申请均被具体地且单独地指示以通过引用被并入。
[0403] 因此，描述了本申请，很显然地可以以多种方式来改变本申请。这种变化不应被认为是脱离本申请的精神及范围，并且对于本领域技术人员为显而易见的所有的这种变化旨在被包括在所附权利要求的范围内。
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