新能源汽車電池回收行業(yè)污染防治措施

楊湘政，張東方，饒冰青，舒海民

(1.中藍(lán)長化工程科技有限公司，湖南 長沙 410000；2.廣東省中園生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510800；3.湖南楚湘建設(shè)工程集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410000；4.湖南泰景環(huán)?？萍加邢薰?，湖南 長沙 410000)

0 引言

廢舊電池中含有重金屬、有害化學(xué)物質(zhì)和大量的有機(jī)物等，如果不進(jìn)行正確的處理，就會(huì)對(duì)土壤、水源和大氣等環(huán)境造成嚴(yán)重污染，甚至對(duì)人類健康構(gòu)成潛在威脅。在這種情況下，政府、企業(yè)和社會(huì)各界都應(yīng)該積極推進(jìn)電池的環(huán)保處理和綜合利用。工信部發(fā)布的《新能源汽車廢舊蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》是一項(xiàng)重要的措施，它對(duì)電池回收、處理、利用和監(jiān)管等方面作出了明確的規(guī)定和要求。通過對(duì)符合規(guī)范條件的企業(yè)進(jìn)行認(rèn)證，可以促進(jìn)電池回收利用行業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)也可以有效地減少廢舊電池對(duì)環(huán)境的污染[1]。

1 電池回收現(xiàn)狀

1.1 電池回收技術(shù)

根據(jù)蓄電池剩余能的定義，可以對(duì)蓄電池的再生進(jìn)行分類。當(dāng)剩余能量不足80%時(shí)，車輛就無法再使用，必須報(bào)廢。而且，如果將剩余80%的能量全部丟棄，那就是一種巨大的浪費(fèi)。因此，可以將這些能量進(jìn)行梯次利用，將它們持續(xù)地應(yīng)用在低速電動(dòng)車和電池儲(chǔ)能領(lǐng)域。在梯次使用的電池剩余能量低于20%的時(shí)候，就會(huì)對(duì)電池進(jìn)行廢棄分解，也就是將電池中還能使用的部分，通過物理或者化學(xué)的方式分離出來，再經(jīng)過后期的加工處理，就可以重新使用。在此基礎(chǔ)上，提出一種新型電極材料的循環(huán)利用方法?；厥罩?，根據(jù)提取方法的差異，從回收工藝上可以分為三大類：干式回收工藝、濕式回收工藝和生化回收工藝。

1.2 電池回收國內(nèi)外政策

1.2.1 國內(nèi)政策

我國政府大力提倡廢棄電池的回收，如：國家有關(guān)部門出臺(tái)的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中指出，要出臺(tái)一系列關(guān)于電池回收的管理?xiàng)l例，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建起一套完善的電池梯級(jí)循環(huán)使用的管理制度；同時(shí)，要指導(dǎo)電池廠商加大對(duì)廢棄電池的循環(huán)使用力度，并大力發(fā)展專業(yè)的電池回收公司；《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》指出，要探索實(shí)施電池回收再利用的相關(guān)政策，探索通過基金、押金和強(qiáng)制回收等形式，推動(dòng)電池回收再利用，并構(gòu)建完善的電池回收系統(tǒng)。2016年1月發(fā)布的《電動(dòng)汽車蓄電池回收利用技術(shù)政策(2015年版)》中，明確要確立一套可查詢、可追溯的電池代碼系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善完整的可追溯系統(tǒng)。建議推行EPR，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)EPR進(jìn)行有效地回收，以實(shí)現(xiàn)EPR的梯次利用。同時(shí)，中國政府還將為相關(guān)的再生資源企業(yè)提供經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的扶持，并制定出相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)措施[2]?？梢钥吹剑谶@一過程中，我國電池的廢舊回收政策和標(biāo)準(zhǔn)都在持續(xù)地得到改進(jìn)和不斷完善，有關(guān)的規(guī)定也變得越來越清晰。

1.2.2 國外政策

歐美日等國家以相對(duì)完備的產(chǎn)業(yè)體系為基礎(chǔ)，對(duì)新能源車進(jìn)行廣泛的研究，并通過政府、企業(yè)和消費(fèi)者三方合作，構(gòu)建由政府、企業(yè)和消費(fèi)者組成的有機(jī)循環(huán)系統(tǒng)。美國制定的《資源保護(hù)和再生法》以及《含汞電池和充電電池管理法》，都是為了鼓勵(lì)用戶積極地進(jìn)行廢舊電池的回收，而這些法律都是以保證金為基礎(chǔ)的。實(shí)行環(huán)保收費(fèi)，實(shí)行EPR。歐盟于2008年通過一項(xiàng)強(qiáng)制性的回收方案，其中提出“廢舊電池的回收成本應(yīng)由生產(chǎn)廠家負(fù)擔(dān)”，并要求用戶自愿進(jìn)行廢舊電池的回收[3]。日本的《資源有效利用促進(jìn)法》要求生產(chǎn)蓄電池的企業(yè)，以及蓄電池的使用者，都要將蓄電池中的有毒物質(zhì)減少到最低限度，達(dá)到無汞水平。

2 引起污染的原因

根據(jù)鋰離子電池的基本構(gòu)成和生產(chǎn)工藝，新能源汽車的電池會(huì)造成環(huán)境污染，主要有兩種情況。

2.1 由正極物質(zhì)，負(fù)極物質(zhì)，電解質(zhì)引起的污染

正極材料包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料、鈷酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等，負(fù)極材料包括石墨類、鋰鈦酸鹽、硅類和錫類等。目前，國內(nèi)外對(duì)石墨負(fù)極的研究主要集中在自然和人造兩個(gè)方面，而對(duì)陽極的影響較小。非正規(guī)企業(yè)對(duì)電池循環(huán)利用和收集能力差，成為大氣污染物的主要來源，特別是對(duì)于鋰離子電池中的正負(fù)極和電解溶液中的物質(zhì)，若得不到及時(shí)的控制，在拆解、放電、熱解等過程中，就會(huì)被釋放到外界。比如，附著在設(shè)備或地板上，長期下去，就會(huì)對(duì)周邊的生態(tài)造成影響，在降雨時(shí)，流入地下水處理網(wǎng)絡(luò)，給周邊的群眾帶來危害。不管是在破碎篩分的殘留物，或是在廢渣中含有的重金屬，如：鎳、鈷、錳，都會(huì)引起環(huán)境的污染。由于廢舊電池處置行業(yè)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)目前仍不完善，還沒有明確的具體統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無法應(yīng)對(duì)日趨苛刻的產(chǎn)品準(zhǔn)入條件和快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)變革要求[4]。

2.2 電池拆解的固體垃圾污染

外殼材質(zhì)：鋁殼、鋼殼、塑料殼，都會(huì)產(chǎn)生白色的污染。膜片：多為多孔性的聚烯烴膜。黏結(jié)劑：常見的有丁苯橡膠、聚偏氟乙烯、烯酸類等。

2.3 拆解電池場所污染嚴(yán)重且充滿危險(xiǎn)

廢舊電池的回收是較為復(fù)雜的，許多城市的汽修廠都從事著回收汽車電池的業(yè)務(wù)，這些汽修廠規(guī)模較小，商店里沒有6S規(guī)定，工具和物品都很混亂，廢舊電池存放的位置也很亂，導(dǎo)致周圍空氣質(zhì)量較差。更有一些商家為一己私利，會(huì)在沒有得到允許的情況下，擅自拆卸、精煉、組裝舊電池，進(jìn)行包裝再出售，存在著很大的危險(xiǎn)性。而在此過程中，由于受到這種小規(guī)模汽修廠的干擾，正規(guī)傳統(tǒng)的回收工作就變得緩慢滯后。除此之外，這些小廠房的從業(yè)人員的能力水平較差，他們沒有電池的回收資質(zhì)，也沒有拆卸和循環(huán)利用的技術(shù)，拆卸時(shí)，僅憑自己的經(jīng)驗(yàn)或者粗略地學(xué)習(xí)就去回收或再給廢舊電池包裝重新上市銷售。他們并不知道或不真正具備廢舊電池拆解的原理知識(shí)，就貿(mào)然開廢舊電池回收店是很危險(xiǎn)的事情。其實(shí)，與傳統(tǒng)的汽車蓄電池相比，新能源電池的維護(hù)和拆解要困難得多，新能源電池的結(jié)構(gòu)、原理等與傳統(tǒng)蓄電池存在著許多不同的地方，特別是鋰電池，即便是廢棄，它的內(nèi)部仍然還有大量的電能。在處理的過程中，一旦發(fā)生爆燃，就會(huì)產(chǎn)生一系列的安全問題，比如：重金屬污染、有機(jī)物廢氣排放等，就會(huì)造成二次污染。如果是非專業(yè)的人來拆卸，那么有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，甚至有可能會(huì)威脅到他們的人身和生命安全。因此，從安全角度來說，一定要將廢舊電池徹底的進(jìn)行回收，再交給專業(yè)的人來處理，不然在這樣的情況下拆卸和裝配，會(huì)產(chǎn)生一系列的不安全因素[5]。

3 防范措施

3.1 加強(qiáng)從業(yè)人員的安全培訓(xùn)，擴(kuò)展產(chǎn)業(yè)鏈的延伸

首先，推動(dòng)電池生產(chǎn)企業(yè)構(gòu)建全生命周期的跟蹤體系，并與有關(guān)部門協(xié)同，構(gòu)建完善的監(jiān)管體系，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)、潔凈制造技術(shù)、蓄電池循環(huán)與分級(jí)使用、蓄電池個(gè)人信息的分享。因?yàn)?，回收的電池需要具備咨詢、回購、換新、分類、關(guān)鍵點(diǎn)檢測等多種功能，因此，對(duì)工作人員的需求是：既要有一定的職業(yè)素養(yǎng)，又要有一定的工作經(jīng)歷，應(yīng)在入職前經(jīng)過專門的培訓(xùn)。其次，學(xué)習(xí)國外的電池循環(huán)使用經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)厲處罰那些私自拆解的小型工廠，并貼上跟蹤標(biāo)志，把所有的小型工廠都納入到監(jiān)視之中，嚴(yán)查、封鎖污染物的流向，并借助環(huán)保信息技術(shù)，來提高環(huán)保的效能，對(duì)環(huán)保的監(jiān)督，環(huán)保的治理都有很大的幫助。構(gòu)建高效、健全的廢棄電池循環(huán)再利用系統(tǒng)，可有效減少資源安全和環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)，提高新能源汽車電池的循環(huán)利用率。

3.2 改進(jìn)回收技術(shù)，降低成本，擴(kuò)大梯次利用市場

在回收過程中，應(yīng)采取較為先進(jìn)的回收工藝，如：物理回收、濕法回收、火法回收等。

物理回收主要是將電池中的成分利用技術(shù)處理得出二次使用產(chǎn)物，并把可利用拆解物進(jìn)行二次回收。濕法回收是指將廢舊電池進(jìn)行相關(guān)處理，溶于強(qiáng)酸及氧化物，并經(jīng)過化學(xué)方式得到有價(jià)值的金屬，之后通過電沉積、離子交換等方法，將可循環(huán)利用的金屬分離出來。在火法回收技術(shù)中，需要對(duì)廢舊的電池進(jìn)行放電、拆解為電芯，通過破碎、震動(dòng)、磁選、重力分選等環(huán)節(jié)，對(duì)其進(jìn)行選擇和剝離，在電加熱或天然氣加熱的情況下，對(duì)該電極的原料進(jìn)行高溫處理，使其內(nèi)部的有機(jī)物質(zhì)和碳在較高的溫度下進(jìn)行焚燒達(dá)標(biāo)排放。

上述幾種回收方式都需要進(jìn)行大量的設(shè)備投資，同時(shí)還存在著較高的融資成本，這也限制了電池回收企業(yè)的技術(shù)突破和發(fā)展，目前國內(nèi)的電池回收技術(shù)仍尚待進(jìn)一步完善之中。對(duì)電池拆解工段來講，不同類型的電池包構(gòu)造和組成方式不一樣，大小尺寸不一樣，電池包內(nèi)的控制系統(tǒng)不一樣，造成電池包拆解人工需求量大，自動(dòng)化程度不高。對(duì)電芯破碎工藝來說，分為帶電破碎和不帶電破碎。不帶電破碎時(shí)，需要采用物理放電或者放電池放電，物理放電的熱回收及電回收利用是當(dāng)前需要解決的技術(shù)問題，而放電池放電需要高濃度放電鹽水，采用氯化鈉鹽水要好于硫酸鈉鹽水的放電效果，但采用放電鹽水放電易產(chǎn)生大量的放電有機(jī)廢氣及放電廢水。放電廢水鹽度大，色度高，有機(jī)污染較為嚴(yán)重，處理困難，易對(duì)環(huán)境造成污染。經(jīng)破碎后的電池粉料再經(jīng)炭化爐進(jìn)行熱解。在熱解爐中，電池黏結(jié)劑、電解液、電池隔膜等有機(jī)物均被熱解氣化，與有機(jī)尾氣一起送至尾氣處理系統(tǒng)。有機(jī)尾氣含大量的有機(jī)物、氟化物，可采用二次燃燒的方式加以處理，為了保證燃燒不產(chǎn)生二噁英等致癌物，控制二次燃燒溫度為850 ℃以上，有機(jī)尾氣如果處理不好，易對(duì)大氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染。因此，在電池拆解破碎及火法冶煉，仍需要對(duì)該工藝技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以降低污染和處理成本，便于后續(xù)濕法冶煉處理。除了對(duì)電池進(jìn)行拆解破碎火法冶煉、濕法冶煉外，還可以通過提升汽車電池的質(zhì)量，推動(dòng)電池模塊的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，并將梯次利用的環(huán)節(jié)融入到電池的設(shè)計(jì)和制造流程中，降低其梯次利用的難度和成本。推動(dòng)電池制造企業(yè)實(shí)施EPR和電池追溯制度，達(dá)到對(duì)其進(jìn)行全壽命周期管理的目的。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)突破電池的梯次利用關(guān)鍵技術(shù)，并加速建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，以減少其安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 廢舊電池回收過程中產(chǎn)生污染物的處理方法

放電產(chǎn)生的放電廢水含鹽量高，COD高，可通過芬頓氧化、電催化氧化以及濕式催化氧化等方法先去除廢水中的有機(jī)物，再通過蒸發(fā)濃縮結(jié)晶處理，水份蒸發(fā)后得到氯化鈉或硫酸鈉固體加以出售。破碎和碳化過程產(chǎn)生的尾氣現(xiàn)在一般采用旋風(fēng)除塵+高溫袋式過濾+二次焚燒+急冷+水噴淋+堿噴淋+活性炭的處理工藝，處理后可以達(dá)到相關(guān)大氣的排放標(biāo)準(zhǔn)。處理炭化爐產(chǎn)生的噴淋廢水中主要污染物為氟化物，可以加入氫氧化鈣使氟離子以氟化鈣的形式沉淀下來，再壓濾，壓濾后的水可以繼續(xù)用于噴淋水補(bǔ)水。

4 結(jié)語

廢舊電池回收行業(yè)是國家大力發(fā)展新能源汽車戰(zhàn)略的必要組成部分，是新時(shí)代我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)青山綠水和藍(lán)天的重要前沿陣地。要采取綜合有效的科學(xué)措施，持續(xù)發(fā)力，久久為功；要進(jìn)一步探尋創(chuàng)建適宜的回收途徑，建立相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)和促進(jìn)企業(yè)有效拓展市場配置方式，提升回收工作的效果和作用，要吸收外國電池回收的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化回收體系，建立健全回收利用的標(biāo)準(zhǔn)體系。做好新能源汽車電池回收和再利用工作，就從源頭上解決相關(guān)的環(huán)保問題，助力我國實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)發(fā)展的“彎道超車”，進(jìn)一步鞏固我國新能源汽車行業(yè)在世界的領(lǐng)先地位。