CN116116867B - 一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境工程技术领域，特别是指一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统，包括：破碎定量进料单元，用于对废旧干电池破碎处理；厌氧发酵产酸单元，用于对厨余垃圾进行发酵处理，并产生发酵酸液和酸性气体；双浸物化分选单元，用于对废旧干电池进行水浸和酸浸；其中，水浸用于浸出废旧干电池中的碱性物质，并形成碱性浸出液；酸浸通过发酵酸液和酸性气体，浸出废旧干电池中金属离子，并形成酸性浸出液；多级斜板沉淀单元，用于通过碱性浸出液对所述酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中金属离子。本发明有效解决废旧干电池回收成本高等问题、并很好地利用了厨余垃圾含水率高等特性，实现了“以废治废”、节能、减污、降碳的目的。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，特别是指一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法。
背景技术
据统计，我国锌锰干电池产量占干电池总量的92.5％，锌锰电池目前已经成为了消费者日常生活中不可或缺的电子易耗品，短期内难以被其他电池产品所替代，主要应用场景包括电动玩具、家用电器、家用医疗设备以及户外电子设备等产品。锌锰干电池主要由正极(石墨碳棒+二氧化锰)、负极(锌)和电解质溶液构成，有的电池外壳由钢或塑料制成。其中，锌、二氧化锰和铁就占干电池重量的70％左右。而锌锰干电池又分为碱性锌锰电池和酸性锌锰电池，前者用氢氧化钾等强碱作电解液，而后者用氯化铵、氯化锌等盐类物质作电解液。目前，我国碱性锌锰电池市场占比已经超过酸性锌锰电池，并有继续增长的趋势。
传统的从废旧干电池中回收金属的技术通常包括干法和湿法两种，干法高温焙烧虽然可得到纯度较高的锌锰融合体，但能耗大、污染排放多，处理成本也较高；湿法浸出则基于电池中的锌、锰化合物可溶于酸的原理，达到回收锌和锰的目的，回收过程可在常温和水溶液中进行。但传统的湿法回收工艺浸出金属时，通常采用无机酸如硫酸、盐酸等工业酸作为浸提剂，该方法需外加大量的市售酸液，提高了干电池的处理成本，同时强酸溶液易腐蚀设备；此外，干电池中含有的氢氧化钾等碱性电解质，会与酸性浸提剂发生中和反应而大大增加酸的消耗量，从而进一步增加了湿法工艺的回收成本。
发明内容
为了解决现有技术中废旧干电池回收酸液消耗大、强酸容易腐蚀设备、回收成本高的技术问题，本发明的一个实施例提供了一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统，所述协同处理系统包括：
破碎定量进料单元，用于对废旧干电池破碎处理；
厌氧发酵产酸单元，用于对厨余垃圾进行发酵处理，并产生发酵酸液和酸性气体；
双浸物化分选单元，用于对废旧干电池进行水浸和酸浸；
其中，所述水浸，用于浸出废旧干电池中的碱性物质，并形成碱性浸出液；所述酸浸通过所述发酵酸液和所述酸性气体，浸出废旧干电池中金属离子，并形成酸性浸出液；
其中，所述碱性浸出液为含有氢氧化钾的碱性浸出液，所述酸性浸出液为含有锌离子和锰离子的酸性浸出液；
多级斜板沉淀单元，用于通过所述碱性浸出液对所述酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中金属离子。
在一个较佳的实施例中，所述破碎定量进料单元包括：
破碎机和分装机，
所述破碎机，用于将废旧干电池破碎；所述分装机，用于定量向所述双浸物化分选单元添加破碎后的废旧干电池。
在一个较佳的实施例中，所述厌氧发酵产酸单元包括：
发酵罐，用于对厨余垃圾发酵处理产生发酵酸液和酸性气体，
其中，所述发酵罐内布置固液挤压部件，用于对发酵罐内发酵后的厨余垃圾挤压，并进行固液分离。
在一个较佳的实施例中，双浸物化分选单元包括：
浸出罐和碱性浸出液储罐，
所述浸出罐，用于对废旧干电池进行水浸和酸浸，
其中，所述浸出罐对废旧干电池进行水浸，将形成的碱性浸出液存储至所述碱性浸出液储罐；
其中，所述发酵罐产生发酵酸液和酸性气体注入所述浸出罐，对废旧干电池进行酸浸，形成酸性浸出液。
在一个较佳的实施例中，所述浸出罐内布置双搅拌双过滤部件，
所述双搅拌双过滤部件至少包括，大块废料搅动刀片和酸浸搅动叶片，
当所述浸出罐对废旧干电池进行水浸时，所述大块废料搅动刀片，对破碎后的废旧干电池进一步进行破碎；
当所述浸出罐对废旧干电池进行酸浸时，所述酸浸搅动叶片，对破碎后的废旧干电池进行搅拌。
在一个较佳的实施例中，所述双搅拌双过滤部件还包括：
第一滤网和第二滤网，所述第一滤网的孔径大于所述第二滤网的孔径；
所述第一滤网，用于将水浸后的废料截留；所述第二滤网，用于对酸浸后的颗粒残渣截留。
在一个较佳的实施例中，所述多级斜板沉淀单元至少包括：
一级斜板沉淀槽和二级斜板沉淀槽，所述一级斜板沉淀槽与所述二级斜板沉淀槽连通，
在所述一级斜板沉淀槽内，通过所述碱性浸出液对所述酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中锌离子；
在所述二级斜板沉淀槽内，通过所述碱性浸出液对所述酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中锰离子。
本发明的另一个实施例提供了一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，所述协同处理方法包括：
步骤1、废旧干电池破碎，将破碎后的废旧干电池添加至双浸物化分选单元；
步骤2、厨余垃圾发酵，产生发酵酸液和酸性气体；
步骤3、双浸物化分选单元水浸；
向浸出罐注入清水，对废旧干电池进行水浸，将形成的碱性浸出液存储至碱性浸出液储罐；
步骤4、双浸物化分选单元酸浸；
厨余垃圾发酵产生发酵酸液和酸性气体注入到所述浸出罐，浸出废旧干电池中金属离子，并形成酸性浸出液；
步骤5、多级斜板沉淀；
将所述浸出罐内的酸性浸出液注入到多级斜板沉淀单元，所述碱性浸出液储罐内的碱性浸出液通过滴定的方式向所述多级斜板沉淀单元添加，直至酸性浸出液金属离子沉淀。
在一个较佳的实施例中，所述多级斜板沉淀包括如下方法步骤：
步骤51、锌离子沉淀；
将所述浸出罐内的酸性浸出液注入到一级斜板沉淀槽，所述碱性浸出液储罐内的碱性浸出液通过滴定的方式向所述一级斜板沉淀槽添加，直至所述一级斜板沉淀槽内的pH值到达第一pH值；
步骤52、锰离子沉淀；
将所述一级斜板沉淀槽内的上清液注入到二级斜板沉淀槽，所述碱性浸出液储罐内的碱性浸出液通过滴定的方式向所述二级斜板沉淀槽添加，直至所述二级斜板沉淀槽内的pH值到达第二pH值。
在一个较佳的实施例中，所述厨余垃圾发酵温度为25℃～40℃，控制搅拌速度为80～150rpm，发酵时间为24～96h；
所述水浸过程的温度为0～40℃，大块废料搅动刀片的搅拌速度100～200rpm，浸出时间0.5～3小时；
所述酸浸过程的发酵酸液与水浸后待酸浸物料(废旧干电池颗粒)的比例为10:1～200:1，温度为0～80℃，酸浸搅动叶片的搅拌速度100～200rpm，浸出时间0.5～3小时。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明提出一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法，采用“废酸溶金”的方法将厨余垃圾厌氧发酵产生的有机酸用于浸出废旧干电池中的有价金属，并多级沉淀分离回收锌和锰，从而有效解决废旧干电池回收成本高等问题、并很好地利用了厨余垃圾含水率高等特性，实现“节能、减污、降碳”的目的。
本发明提出一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法，利用双齿辊破碎-定量分装一体机，实现废旧干电池的破碎和定量供给浸出罐，先用清水浸出碱液，回收铁片和碳质等；然后以厨余垃圾发酵产酸液代替市售酸浸出锌和锰，与传统的无机酸浸出相比，浸出效率高，可避免强酸腐蚀设备，实现“以废治废、协同处理”的目的；
本发明提出一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法，利用清水浸出的碱液去分步滴定含锌和锰的酸性浸出液，控制不同的pH值，实现金属的多级沉淀回收。先水浸、后酸浸的“双浸物化分选”模式，用于废旧碱性锌锰电池的金属回收时，整个过程无需外加化学试剂，沉淀过程所需酸浸出液与碱浸出液均来自废物本身，实现“自给自足”。
本发明提出一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法，厌氧发酵产生的发酵酸液的pH值可达到金属溶浸所需酸度，再将厨余垃圾发酵过程中产生的含CO2尾气在酸浸时通入浸出罐，可生成碳酸进一步提高体系酸性、并降低碳排放，实现“产酸固碳”并避免了尾气的环境风险。
本发明提出一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法，通过电推杆带动圆盘压板挤压发酵后的厨余垃圾，固液分离，挤出发酵酸液后的发酵残渣可作有机肥、昆虫蛋白等的原料，水浸后第一滤网(粗筛网)截留的铁片和碳质，与酸浸后第二滤网(细筛网)截留的酸浸残渣可作为制备铁氧体的原料，实现厨余垃圾多元化资源利用。
本发明提出一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法，有效利用废旧干电池和厨余垃圾各自的特点，实现废旧干电池和厨余垃圾的协同处理，减少了废旧干电池中重要金属资源的浪费，并高效发挥了厨余垃圾资源化潜力，比现有火法干电池处置技术能耗低、设备投资少、操作难度低；也比现有无机酸浸、铵盐浸等湿法回收技术成本低，契合国家构建资源节约型和环境友好型社会的理念，可推广用于住宅区、学校、军营、村镇等产生生活垃圾的场所，助力国家碳中和、碳达峰远景目标的实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例中一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统的整体结构示意图。
图2为本发明一个实施例中破碎定量进料单元的立体图。
图3为本发明一个实施例中的破碎定量进料单元的右视图。
图4为本发明一个实施例中厌氧发酵产酸单元的发酵罐的结构示意图。
图5为本发明一个实施例中发酵罐的固液挤压部件推向发酵罐中部的示意图。
图6为本发明一个实施例中双浸物化分选单元的浸出罐外部结构示意图。
图7为本发明一个实施例中浸出罐内的双搅拌双过滤部件结构示意图。
图8为本发明一个实施例中多级斜板沉淀单元的结构示意图。
图9为本发明一个实施例中一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明的实施例，提供一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统，包括：破碎定量进料单元，用于对废旧干电池破碎处理。厌氧发酵产酸单元，用于对厨余垃圾进行发酵处理，并产生发酵酸液和酸性气体。
双浸物化分选单元，用于对废旧干电池进行水浸和酸浸。其中，水浸用于浸出废旧干电池中的碱性物质，并形成碱性浸出液。酸浸通过发酵酸液和酸性气体，浸出废旧干电池中金属离子，并形成酸性浸出液。
多级斜板沉淀单元，用于通过碱性浸出液对酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中金属离子。
如图1所示一个实施例中一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统的整体结构示意图，在一些具体的实施例，定量进料单元包括破碎机1和分装机2。破碎机1，用于将废旧干电池破碎。分装机2，用于定量向双浸物化分选单元添加破碎后的废旧干电池。
厌氧发酵产酸单元包括发酵罐3和发酵残渣储槽10，用于对厨余垃圾发酵处理产生发酵酸液和酸性气体，发酵罐3内布置固液挤压部件4，用于对发酵罐3内发酵后的厨余垃圾挤压，并进行固液分离。发酵残渣储槽10，用于容纳发酵罐3产生的发酵残渣，后续可作为有机肥、昆虫蛋白的原料。
双浸物化分选单元包括：浸出罐5和碱性浸出液储罐9。浸出罐5，用于对废旧干电池进行水浸和酸浸。其中，浸出罐5对废旧干电池进行水浸，将形成的碱性浸出液存储至碱性浸出液储罐9。发酵罐3产生发酵酸液和酸性气体注入浸出罐5，对废旧干电池进行酸浸，形成酸性浸出液。
多级斜板沉淀单元包括：一级斜板沉淀槽7、二级斜板沉淀槽8和废液槽11。一级斜板沉淀槽7与二级斜板沉淀槽8连通，二级斜板沉淀槽8与废液槽11连通。
在一级斜板沉淀槽7内，通过碱性浸出液对酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中锌离子。在二级斜板沉淀槽8内，通过碱性浸出液对酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中锰离子。
如图2所示本发明一个实施例中破碎定量进料单元的立体图，图3所示本发明一个实施例中的破碎定量进料单元的右视图。在一些具体的实施例中，破碎机1为同步双齿辊破碎机，包括漏斗状进料口101，同步齿轮102、联轴器103、减速机箱体104、传动带轮105、破碎机刀刃106、电机107、破碎机出料口108。
分装机2放置于破碎机出料口108下部，呈竖直放置。分装机2包括振动筛板201、振动弹簧202、物料分装漏斗203、漏斗出料开关204、第一质量传感器205、分装机物料出口206。
振动弹簧202放置于振动筛板201下部，振动筛板201向物料分装漏斗203倾斜，第一质量传感器205用于感知物料分装漏斗203的质量，控制漏斗出料开关204。
当废旧干电池由漏斗状进料口101添加至破碎机1后，破碎机1对废旧干电池进行破碎，破碎后的废旧干电池进入分装机2进行振动处理。由第一质量传感器205感知物料分装漏斗203的质量，通过分装机物料出口206定量向浸出罐5添加破碎后的废旧干电池。
如图4所示本发明一个实施例中厌氧发酵产酸单元的发酵罐的结构示意图，图5为本发明一个实施例中发酵罐的固液挤压部件推向发酵罐中部的示意图。在一些具体的实施例中，发酵罐3包括密封盖301、厨余垃圾投料口302、气压表303、第一窥视孔304、转轴驱动齿轮305、二氧化碳出气口306、第一搅拌轴307、厨余垃圾破碎叶片308、轴承法兰盘309、活塞310、储液室311、间隔板312、发酵酸液滤出孔313、过滤网314、发酵酸液出口315和第二质量传感器316。
第一窥视孔304位于发酵罐3罐体的右上部，转轴驱动齿轮305与第一搅拌轴307连接，轴承法兰盘309与第一搅拌轴307进行连接。第二质量传感器316用于感知储液室311中的发酵酸液质量，控制发酵酸液输送电磁阀13的开关。
固液挤压部件4包括左电推杆401、右电推杆402、挤压板403、发酵残渣出料口404。
发酵时，呈圆形的挤压板403与发酵罐3的罐体相贯部贴合，第一搅拌轴307带动活塞310向下运动，插入到发酵酸液滤出孔313，间隔板312上侧的厨余垃圾与间隔板312下侧的储液室311分离。
发酵结束后，第一搅拌轴307带动厨余垃圾破碎叶片308和活塞310向上运动，挤压板403挤压厨余垃圾至罐体中心部，发酵产生的液相酸液与厨余垃圾固相物料实现固液分离，并使发酵产生的发酵酸液经过滤网314进入储液室311。
需要说明的是，对于第一搅拌轴307的上下运动，本领域技术人员根据具体的情况进行设置，本发明不做具体的限定，只要能够实现第一搅拌轴307的上下运动即可。
发酵产生的发酵酸液进入储液室311后，左电推杆401向右推进、右电推杆402向右缩回，将厨余垃圾产生的固相物料通过发酵残渣出料口404排出至发酵残渣储槽10。
如图6所示本发明一个实施例中双浸物化分选单元的浸出罐外部结构示意图，图7所示本发明一个实施例中浸出罐内的双搅拌双过滤部件结构示意图。在一些具体的实施例中，浸出罐5包括浸出罐投料口501、浸出罐入水口502、第二窥视孔503、大块废料排出口504、酸浸残渣排出口505、二氧化碳进气孔506、发酵酸液入口507，碱/酸性浸出液出口508。
破碎机1对废旧干电池进行破碎后，由分装机物料出口206向浸出罐投料口501添加破碎后的废旧干电池。
根据本发明的实施例，浸出罐5内布置双搅拌双过滤部件6，双搅拌双过滤部件6包括，驱动电机撑座601、支撑杆602、驱动电机联轴器603、轴承端盖604、深沟球轴承605、第二搅拌轴606、大块废料搅动刀片607、酸浸搅动叶片608、第二搅拌轴606的支撑件609、第一滤网610和第二滤网611。
在进一步优选的实施例中，大块废料搅动刀片607、第一滤网610、酸浸搅动叶片608、第二滤网611由上至下依次同轴装配在第二搅拌轴606上。
当浸出罐5对废旧干电池进行水浸时，大块废料搅动刀片607转动，对破碎后的废旧干电池进一步进行破碎。
当浸出罐5对废旧干电池进行酸浸时，酸浸搅动叶片608转动，对破碎后的废旧干电池进行搅拌。
根据本发明的实施例。第一滤网610，用于将水浸后的废料截留，第二滤网611，用于对酸浸后的颗粒残渣截留。
第一滤网610的孔径大于第二滤网611的孔径。第一滤网610与水平面呈15°水平倾斜角，第二滤网611与水平面呈15°水平倾斜角，第一滤网610较低的一侧正对大块废料排出口504，第二滤网611较低的一侧正对酸浸残渣排出口505。
在进一步的实施例中，第一滤网610为粗滤网，孔径为1～3mm。第二滤网611为细滤网，孔径为0.1mm～0.3mm。
如图8为本发明一个实施例中多级斜板沉淀单元的结构示意图。在一些具体的实施例中，一级斜板沉淀槽7包括第二碱性浸出液入口701、酸性浸出液入口702、含锌沉淀物出料口703、锌沉淀物收集漏斗704和沉淀槽连接管705。
二级斜板沉淀槽8包括第三碱性浸出液入口801、第一抽滤接口802、含锰沉淀物出料口803、锰沉淀物收集漏斗804。
一级斜板沉淀槽7与二级斜板沉淀槽8通过沉淀槽连接管705连通，二级斜板沉淀槽8与废液槽11通过管道连通。废液槽11包括第二抽滤口1101。
在一些优选的实施例中，一级斜板沉淀槽7和二级斜板沉淀槽8均为直角梯形封闭装置，两个槽底部斜面坡度为20％～30％，一级斜板沉淀槽7的含锌沉淀物出料口703和二级斜板沉淀槽8的含锰沉淀物出料口803均设置在斜板下方。
在一些优选的实施例中，一级沉淀槽7与二级沉淀槽8之间用前端带微滤膜的沉淀槽连接管道705相连，二级沉淀槽8与废液槽11之间用前端带微滤膜的管道705相连。
回到图1，在一些具体的实施例中，发酵罐3的发酵酸液出口315与浸出罐5的发酵酸液入口507通过发酵酸液输送电磁阀13连通。发酵罐3的二氧化碳出气口306与浸出罐5的二氧化碳进气孔506通过二氧化碳电磁阀12连通。
碱性浸出液储罐9包括第一碱性浸出液入口901和碱性浸出液出口902。浸出罐5的碱/酸性浸出液出口508、一级斜板沉淀槽7的酸性浸出液入口702、碱性浸出液储罐9的第一碱性浸出液入口901通过浸出液三通阀14连通。
一级斜板沉淀槽7的第二碱性浸出液入口701、二级斜板沉淀槽8的第三碱性浸出液入口801、碱性浸出液储罐9的碱性浸出液出口902通过碱性浸出液三通阀15连通。
二级斜板沉淀槽8的第一抽滤接口802与废液槽11的第二抽滤口1101通过三通气阀16连接至真空泵17。
如图9所示本发明一个实施例中一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法的流程框图，结合图1至图9，根据本发明的实施例，一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，包括如下方法步骤：
步骤S1、废旧干电池破碎，将破碎后的废旧干电池添加至双浸物化分选单元。
废旧干电池由漏斗状进料口101进入破碎机1，电机107带动传动带轮105进而使破碎机刀刃106旋转。
废旧干电池被破碎为适当大小的碎片进入分装机2，振动弹簧202上下振动使振动筛板201上的废旧干电池碎片落入物料分装漏斗203，在质量传感器205感知达到设定重量后打开漏斗出料开关204，将干电池碎片筛入下方浸出罐5等待进一步处理。
步骤S2、厨余垃圾发酵，产生发酵酸液和酸性气体。
厌氧发酵产酸前，呈圆形的挤压板403与发酵罐3的罐体相贯部贴合，形成完全闭合的圆柱形发酵罐体。
厨余垃圾通过厨余垃圾投料口302加入发酵罐3进行厌氧发酵，发酵罐3上的转轴驱动齿轮305驱动第一搅拌轴307旋转，带动厨余垃圾破碎叶片308边搅拌边破碎厨余垃圾。
在一些优选的实施例中，控制厨余垃圾破碎叶片308的搅拌速度为80～150rpm，发酵温度为25℃～40℃，发酵时间为24～96h。
发酵结束后，第一搅拌轴307向上运动抬起，并带动活塞310离开发酵酸液滤出孔313。左电推杆401和右电推杆402带动挤压板403向发酵罐3的中心部移动并挤压厨余垃圾，实现固液分离。
挤压出的发酵酸液经发酵酸液滤出孔313和过滤网314流至发酵罐3下部的储液室311暂存。挤压出的发酵残渣通过左、右电推杆被移至发酵残渣出料口404，并落入发酵残渣储槽10，后续可作为有机肥、昆虫蛋白的原料
步骤S3、双浸物化分选单元水浸。
向浸出罐注入清水，对废旧干电池进行水浸，将形成的碱性浸出液存储至碱性浸出液储罐，碱性浸出液为含有氢氧化钾的碱性浸出液。
具体的实施例中，向浸出罐5内注入清水，用于浸出干电池碎片中的碱性物质。向浸出罐5内注入清水后，转动大块废料搅动刀片607，对破碎后的废旧干电池进一步进行破碎，增大电池内容物与溶液的接触面积，从而提高电池中碱性物质的溶出率。
在大块废料搅动刀片607的搅拌和二次破碎作用下，电池内容物中氢氧化钾等碱性物质溶解形成碱性浸出液，通过碱/酸性浸出液出口508经浸出液三通阀14及管道排出至碱性浸出液储罐9中暂存，用于后续沉淀回收有价金属锌和锰。
在一些优选的实施例中，控制水浸温度为0～40℃，大块废料搅动刀片607的搅拌速度100～200rpm，浸出时间0.5～3小时。
水浸结束后，铁质外壳等大颗粒废料被上层第一滤网610截留，通过重力沉降作用从浸出罐5侧壁大块废料排出口504排出并回收铁。
透过上层第一滤网610的小颗粒作为待酸浸物料落入浸出罐5下层等待酸浸。
步骤S4、双浸物化分选单元酸浸。
厨余垃圾发酵产生发酵酸液和酸性气体注入到浸出罐5，浸出废旧干电池中金属离子，并形成酸性浸出液。酸性浸出液为含有锌离子和锰离子的酸性浸出液。
具体的实施例中，发酵罐3的第二质量传感器316检测到储液室311中的发酵酸液达到所设定液固比需要的用量后，开启发酵酸液输送电磁阀13，通过发酵酸液输送电磁阀13，经发酵酸液入口507定量注入浸出罐5中浸取金属锌、锰。
在一些优选的实施例中，发酵酸液与水浸后待酸浸物料(废旧干电池颗粒)的比例为10:1～200:1。
在一些优选的实施例中，开启二氧化碳电磁阀12，发酵产生的含CO2尾气经二氧化碳出气口306，从浸出罐5下部二氧化碳进气孔506通入浸出罐5中，被吸收生成碳酸等物质，增加酸浸液的酸性，从而提高锌、锰浸出率并实现化学固碳。
在一些优选的实施例中，酸浸条件为温度为0～80℃，酸浸搅动叶片608转动，对破碎后的废旧干电池进行搅拌，酸浸搅动叶片608的搅拌速度100～200rpm，浸出时间0.5～24小时，在一些优选的实施例中，浸出时间0.5～3小时。
酸浸结束后，生成的含有锌离子和锰离子的酸性浸出液，通过碱/酸性浸出液出口508经浸出液三通阀14及管道排出至一级斜板沉淀槽7等待滴定沉淀分离。
废旧干电池小颗粒残渣被下层第二滤网611截留，通过重力沉降作用从浸出罐5侧壁的酸浸残渣排出口505排出。
步骤S5、多级斜板沉淀。
将浸出罐5内的酸性浸出液注入到多级斜板沉淀单元，碱性浸出液储罐9内的碱性浸出液通过滴定的方式向多级斜板沉淀单元添加，直至酸性浸出液金属离子沉淀。
根据本发明的实施例，多级斜板沉淀包括如下方法步骤：
步骤S51、锌离子沉淀。
将浸出罐5内的酸性浸出液注入到一级斜板沉淀槽7，碱性浸出液储罐9内的碱性浸出液通过滴定的方式向一级斜板沉淀槽7添加，直至一级斜板沉淀槽7内的pH值到达第一pH值。
具体的实施例中，含有锌离子和锰离子的酸性浸出液进入一级斜板沉淀槽7后，被碱性浸出液储罐9中的碱性浸出液滴定产生Zn(OH)2沉淀。
碱性浸出液三通阀15与pH计配合精准控制碱性浸出液用量，当pH＝8.0(第一pH值)时，即Zn2+完全沉淀但Mn2+尚未开始沉淀时停止滴定，Zn(OH)2沉淀沿斜板进入锌沉淀物收集漏斗704积聚等待回收。开启真空泵17和三通气阀16，将一级斜板沉淀槽7含锰上清液抽至二级斜板沉淀槽8。
步骤S52、锰离子沉淀。
将一级斜板沉淀槽7内的上清液注入到二级斜板沉淀槽8，碱性浸出液储罐9内的碱性浸出液通过滴定的方式向二级斜板沉淀槽8添加，直至二级斜板沉淀槽8内的pH值到达第二pH值。
具体的实施例中，将一级斜板沉淀槽7内的上清液注入到二级斜板沉淀槽8后，改变碱性浸出液三通阀15的液流方向，向二级斜板沉淀槽8中继续滴加碱性浸出液生成Mn(OH)2沉淀，当pH＝12(第二pH值)时停止滴定，Mn(OH)2沉淀沿斜板进入锰沉淀物收集漏斗804积聚等待回收。
开启真空泵17和三通气阀16，将二级斜板沉淀槽8上清液抽至废液槽11，待废液处理后达标排放。
当锌沉淀物收集漏斗704和锰沉淀物收集漏斗804的金属沉淀物聚满沉淀漏斗后，分别从含锌废料出料口703、含锰废料出料口803取出，实现锌和锰的分步沉淀回收。
本发明的一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统还可以用于非碱性废旧锌锰电池的金属回收，当用于非碱性废旧锌锰电池的金属回收时，需另加碱液中和滴定含锌锰的酸性浸出液。
实施例1。
本实施例中，通过本发明提供的一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，按照以下步骤进行协同处理：
(1)废旧干电池经破碎机1破碎至适当大小的碎片进入定量分装机2，以每批150g的废旧干电池碎片筛入浸出罐5。
向浸出罐5内注入3L清水，在大块废料搅动刀片607的搅拌和二次破碎作用下，浸出废旧干电池碎片中氢氧化钾等碱性物质。控制水浸温度为0℃～40℃，大块废料搅动刀片607的搅拌速度100～200rpm，浸出时间0.5～3.0小时。水浸结束后，碱性浸出液通过浸出液三通阀14及管道排至碱性浸出液储罐9中暂存，用于后续滴定沉淀回收有价金属锌和锰。铁质外壳等大颗粒废料被上层第一滤网610截留，通过大块废料排出口504排出并回收铁，其他未溶解小颗粒物料透过第一滤网610落入浸出罐5下层待酸浸。
(2)厨余垃圾加入发酵罐3，在厨余垃圾破碎叶片308的作用下被搅拌和破碎、并在温度25℃～40℃、80～150rpm下厌氧发酵24～96h。发酵结束后，抬升第一搅拌轴307，驱动左电推杆401、右电推杆402带动压板挤压厨余垃圾，挤压出的发酵酸液储存于发酵罐3下部的储液室311。
第二当质量传感器316检测到发酵酸液达到所设定液固比需要的用量后，开启发酵酸液输送电磁阀13，使发酵酸液流入浸出罐5，其发酵酸液是乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、己酸等有机酸混合液，发酵酸液与水浸后待酸浸物料的比例为100:1(mL：g)，酸浸条件为：温度25℃，初始pH值为3.5～4.2，浸出时间3.0小时。
以硫酸、硝酸和盐酸等无机酸作为对照，在其他酸浸条件相同但酸浸液种类不同时，酸浸后的锌、锰离子浸出率如表1所示。
表1用不同种类酸浸液酸浸后的锌、锰离子浸出率(单位％，质量比)
| 酸浸液种类 | 厨余发酵所产有机酸 | 硫酸 | 硝酸 | 盐酸 |
| Zn2+ | 99.2 | 83.5 | 85.1 | 83.1 |
| Mn2+ | 42.5 | 41.7 | 42.0 | 40.9 |
(3)酸浸结束后，含锌锰的酸性浸出液排至一级斜板沉淀槽7，用碱性浸出液储罐9中的碱液滴定酸性浸出液产生Zn(OH)2沉淀，碱性浸出液三通阀15与pH计配合精准控制碱性浸出液用量，当pH值为6.3时Zn2+开始沉淀，当pH＝8.0时Zn2+完全沉淀，但Mn2+尚未开始沉淀，此时停止滴加碱性浸出液。
开启真空泵17和三通气阀16，将一级斜板沉淀槽7含锰上清液抽至二级斜板沉淀槽8。改变碱性浸出液三通阀15的液流流向，继续向二级斜板沉淀槽8中滴加碱性浸出液生成Mn(OH)2沉淀，当pH＝12时停止滴加，将二级沉淀槽8上清液抽至废液槽11，待废液处理后达标排放。
分别从含锌废料出料口703和含锰废料出料口803取出Zn(OH)2沉淀和Mn(OH)2沉淀，锌锰氢氧化物沉淀率随pH值变化的结果见表2。
表2滴定过程不同pH时的锌、锰沉淀率(单位％，质量比)
| pH值 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| Zn2+ | 0 | 0 | 35.6 | 99.1 | 93.2 | 91.0 | 80.9 | 74.6 |
| Mn2+ | 0 | 0 | 0 | 0 | 30.5 | 89.4 | 96.4 | 96.6 |
实施例2。
本实施例中，通过本发明提供的一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，按照以下步骤进行协同处理：
(1)150g废旧干电池的破碎分装过程与实施例1相同。
(2)厨余垃圾厌氧发酵和有机酸与发酵残渣分离过程与实施例1相同。
发酵完成后，当第二质量传感器316检测到发酵酸液达到所设定液固比需要的用量后，开启发酵酸液输送电磁阀13，使发酵酸液流入浸出罐5，发酵酸液与水浸后待酸浸物料的比值为10:1、20:1、50:1、100:1、200:1(均为mL:g)，酸浸条件为：温度25℃，初始pH值为3.5～4.2，浸出时间3.0小时。
在其他酸浸条件相同但液固比不同时，酸浸后的锌、锰离子浸出率见表3。
表3不同液固比条件下酸浸后的锌、锰离子浸出率(单位％，质量比)
(3)含锌锰酸性浸出液的多级斜板沉淀过程与实施例1相同。
实施例3。
本实施例中，通过本发明提供的一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，按照以下步骤进行协同处理：
(1)150g废旧干电池的破碎分装过程与实施例1相同。
(2)厨余垃圾厌氧发酵和有机酸与发酵残渣分离过程与实施例1相同。
发酵完成后，当第二质量传感器316检测到发酵酸液达到所设定液固比需要的用量后，开启发酵酸液输送电磁阀13，使发酵酸液流入浸出罐5，以有机酸与水浸后待酸浸物料的比值为100:1(ml:g)浸取其残渣中的金属，酸浸条件为：温度为0℃、15℃、25℃、35℃、50℃、80℃，初始pH 3.5～4.2，浸出时间3小时。
在其他酸浸条件相同但酸浸温度不同时，酸浸后的锌、锰离子浸出率见表4。
表4不同温度条件下酸浸后的锌、锰离子浸出率(单位％，质量比)
| 酸浸温度℃ | 0 | 15 | 25 | 35 | 50 | 80 |
| Zn2+ | 50.2 | 83.7 | 99.2 | 99.4 | 99.6 | 99.8 |
| Mn2+ | 8.3 | 21.1 | 42.5 | 45.7 | 56.7 | 70.2 |
(3)含锌锰酸性浸出液的多级斜板沉淀过程与实施例1相同。
实施例4。
本实施例中，通过本发明提供的一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，按照以下步骤进行协同处理：
(1)150g废旧干电池的破碎分装过程与实施例1相同。
(2)厨余垃圾厌氧发酵和有机酸与发酵残渣分离过程与实施例1相同。
发酵完成后，当第二质量传感器316检测到发酵酸液达到所设定液固比需要的用量后，开启发酵酸输送电磁阀13，使发酵酸液流入浸出罐5，发酵酸液与水浸后待酸浸物料的比值为100:1(为质量比)，酸浸条件为：温度为25℃，初始pH 3.5～4.2，浸出时间为0.5h、1.0h、3.0h、5.0h、12h、24h小时。
在其他酸浸条件相同但酸浸不同后的锌、锰离子浸出率见表5。
表5酸浸不同时间后的锌、锰离子浸出率比较(单位％，质量比)
| 酸浸时间(h) | 0.5 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | 12.0 | 24.0 |
| Zn2+ | 50.7 | 83.2 | 99.2 | 99.4 | 99.6 | 99.8 |
| Mn2+ | 11.6 | 33.7 | 42.5 | 44.1 | 44.5 | 44.8 |
(3)含锌锰酸性浸出液的多级斜板沉淀过程与实施例1相同。
实施例5。
本实施例中，通过本发明提供的一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，按照以下步骤进行协同处理：
(1)150g废旧干电池的破碎分装过程与实施例1相同。
(2)厨余垃圾厌氧发酵和有机酸与发酵残渣分离过程与实施例1相同。
发酵完成后，当第二质量传感器316检测到发酵酸液达到所设定液固比需要的用量后，开启发酵酸输送电磁阀13，使发酵酸液流入浸出罐5，发酵酸液与水浸后待酸浸物料的比值为100:1(为质量比)，同时将厨余垃圾发酵产生CO2由溶浸罐底部通入酸浸液中，溶解生成碳酸。酸浸条件为：温度为25℃，初始pH 3.5～4.2，浸出时间为3.0小时。
在相同酸浸条件下通不通入CO2时的锌、锰离子浸出率见表6
表6在通入或不通入CO2时酸浸后的锌、锰离子浸出率(单位％，质量比)
(3)含锌锰酸性浸出液的多级斜板沉淀过程与实施例1相同。
本发明提供的一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统及方法，废旧干电池破碎、分装后，先用清水浸出干电池中的碱性物质，并回收铁片和铜帽。
然后用厨余垃圾厌氧发酵产生的发酵酸液浸出锌和锰，再用水浸得到的碱性浸出液中和滴定含锌和锰离子的酸性浸出液，精确控制pH值为8，滴定沉淀回收氢氧化锌后，调节pH值为12继续滴定沉淀回收氢氧化锰，整个过程无需外加化学试剂，处理所得厨余垃圾发酵残渣可作为有机肥或昆虫蛋白的原料，处理所得锌锰氢氧化物沉淀可作为化工、冶金、金属制品工业等生产原料，滴定沉淀后的残液需经处理后达标排放。本发明可有效实现废旧干电池资源化和厨余垃圾减量化的协同处置，具有环境友好、资源化程度高、装置运行效率高等优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理系统，其特征在于，所述协同处理系统包括：
破碎定量进料单元，用于对废旧干电池破碎处理，将破碎后的废旧干电池添加至双浸物化分选单元；
厌氧发酵产酸单元，用于对厨余垃圾进行发酵处理，并产生发酵酸液和酸性气体；
双浸物化分选单元，用于对废旧干电池进行水浸和酸浸；
其中，所述水浸，用于浸出废旧干电池中的碱性物质，并形成碱性浸出液；所述酸浸是通过所述发酵酸液和所述酸性气体，浸出废旧干电池中金属离子，并形成酸性浸出液；
其中，所述碱性浸出液为含有氢氧化钾的碱性浸出液，所述酸性浸出液为含有锌离子和锰离子的酸性浸出液；
多级斜板沉淀单元，用于通过所述碱性浸出液对所述酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中金属离子。
2.根据权利要求1所述的协同处理系统，其特征在于，所述破碎定量进料单元包括：
破碎机和分装机，
所述破碎机，用于将废旧干电池破碎；所述分装机，用于定量向所述双浸物化分选单元添加破碎后的废旧干电池。
3.根据权利要求1所述的协同处理系统，其特征在于，所述厌氧发酵产酸单元包括：
发酵罐，用于对厨余垃圾发酵处理产生发酵酸液和酸性气体，
其中，所述发酵罐内布置固液挤压部件，用于对发酵罐内发酵后的厨余垃圾挤压，并进行固液分离。
4.根据权利要求3所述的协同处理系统，其特征在于，双浸物化分选单元包括：
浸出罐和碱性浸出液储罐，
所述浸出罐，用于对废旧干电池进行水浸和酸浸，
其中，所述浸出罐对废旧干电池进行水浸，将形成的碱性浸出液存储至所述碱性浸出液储罐；
其中，所述发酵罐产生发酵酸液和酸性气体注入所述浸出罐，对废旧干电池进行酸浸，形成酸性浸出液。
5.根据权利要求4所述的协同处理系统，其特征在于，所述浸出罐内布置双搅拌双过滤部件，
所述双搅拌双过滤部件至少包括，大块废料搅动刀片和酸浸搅动叶片，
当所述浸出罐对废旧干电池进行水浸时，所述大块废料搅动刀片，对破碎后的废旧干电池进一步进行破碎；
当所述浸出罐对废旧干电池进行酸浸时，所述酸浸搅动叶片，对破碎后的废旧干电池进行搅拌。
6.根据权利要求5所述的协同处理系统，其特征在于，所述双搅拌双过滤部件还包括：
第一滤网和第二滤网，所述第一滤网的孔径大于所述第二滤网的孔径；
所述第一滤网，用于将水浸后的废料截留；所述第二滤网，用于对酸浸后的颗粒残渣截留。
7.根据权利要求1所述的协同处理系统，其特征在于，所述多级斜板沉淀单元至少包括：
一级斜板沉淀槽和二级斜板沉淀槽，所述一级斜板沉淀槽与所述二级斜板沉淀槽连通，
在所述一级斜板沉淀槽内，通过所述碱性浸出液对所述酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中锌离子；
在所述二级斜板沉淀槽内，通过所述碱性浸出液对所述酸性浸出液进行滴定处理，提取废旧干电池中锰离子。
8.一种废旧干电池与厨余垃圾的协同处理方法，其特征在于，使用权利要求7所述的协同处理系统对废旧干电池与厨余垃圾协同处理，所述协同处理方法包括：
步骤1、废旧干电池破碎，将破碎后的废旧干电池添加至双浸物化分选单元；
步骤2、厨余垃圾发酵，产生发酵酸液和酸性气体；
步骤3、双浸物化分选单元水浸；
向浸出罐注入清水，对废旧干电池进行水浸，将形成的碱性浸出液存储至碱性浸出液储罐；
步骤4、双浸物化分选单元酸浸；
厨余垃圾发酵产生发酵酸液和酸性气体注入到所述浸出罐，浸出废旧干电池中金属离子，并形成酸性浸出液；
步骤5、多级斜板沉淀；
将所述浸出罐内的酸性浸出液注入到多级斜板沉淀单元，所述碱性浸出液储罐内的碱性浸出液通过滴定的方式向所述多级斜板沉淀单元添加，直至酸性浸出液金属离子沉淀。
9.根据权利要求8所述的协同处理方法，其特征在于，所述多级斜板沉淀包括如下方法步骤：
步骤51、锌离子沉淀；
将所述浸出罐内的酸性浸出液注入到一级斜板沉淀槽，所述碱性浸出液储罐内的碱性浸出液通过滴定的方式向所述一级斜板沉淀槽添加，直至所述一级斜板沉淀槽内的pH值到达第一pH值；
步骤52、锰离子沉淀；
将所述一级斜板沉淀槽内的上清液注入到二级斜板沉淀槽，所述碱性浸出液储罐内的碱性浸出液通过滴定的方式向所述二级斜板沉淀槽添加，直至所述二级斜板沉淀槽内的pH值到达第二pH值。
10.根据权利要求8所述的协同处理方法，其特征在于，所述厨余垃圾发酵温度为 25℃~40℃，控制搅拌速度为 80~150 rpm，发酵时间为 24~96 h；
所述水浸过程的温度为 0~40℃，大块废料搅动刀片的搅拌速度 100~200 rpm，浸出时间 0.5~3 小时；
所述酸浸过程的发酵酸液与水浸后待酸浸物料的比例为10:1～200:1，温度为 0~80℃，酸浸搅动叶片的搅拌速度 100~200 rpm，浸出时间 0.5~3 小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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