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一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统及方法技术方案

技术编号:25119639 阅读:41 留言:0更新日期:2020-08-05 02:47
本发明专利技术涉及废铅酸蓄电池回收,特别涉及一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统及方法。本发明专利技术的目的是解决现有碱性固相电解法废铅酸蓄电池铅回收工艺存在环境污染严重、对操作人员健康危害大、不能实现工业化生产的技术问题,提供一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统及方法。该系统包括电解槽,电解槽内的N个阴离子膜框、N个阴极板和N+1个阳极板;阴离子膜框并排设置于电解槽内;每个阴离子膜框内的阴极区盛有氢氧化钠溶液作为阴极电解液,阴离子膜框外为一个相互连通的阳极区,阳极区内盛有阳极电解液:每个阴极板设置于一个阴极区内,阴极板上涂覆有铅膏;阳极板均设置于阳极区,阳极板与阴极板平行间隔设置且面积相当。该方法利用该系统进行。

【技术实现步骤摘要】
一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统及方法
本专利技术涉及废铅酸蓄电池回收,特别涉及一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统及方法。
技术介绍
汽车、电动汽车和电动摩托车等领域普遍用到废铅酸蓄电池,2018年铅酸蓄电池在这些领域的用铅量已达400万吨,占全年总用铅量的70-80%,占比巨大,相应地废铅酸蓄电池的处理量也十分巨大。因此,废铅酸蓄电池回收是再生铅循环利用(即铅膏物料回收再利用)中重要的组成部分。目前,废铅酸蓄电池的回收处理工艺一般分为火法、湿法和联合法。火法是指将废铅酸蓄电池去壳弃酸后,进行高温火法冶炼,得到粗铅,此方法污染严重。湿法是指将废铅酸蓄电池破碎分离后,得到金属部分和铅泥,金属部分通过低温熔化回收,得到铅锑合金;铅泥则用固相电解法还原成纯铅,此方法基本消除了污染,应用前景较好。联合法是指将废铅酸蓄电池破碎分离后,得到金属部分和铅泥,金属部分通过低温熔化回收,得到铅锑合金;铅泥先用湿法进行脱硫处理,再进行高温火法冶炼,得到软铅,此方法的污染比上述火法有所改善,但因存在高温火法冶炼步骤,仍会带来一些环境污染。由于火法和联合法回收处理工艺均存在高温火法冶炼步骤,故不可避免地会产生含铅烟尘、二氧化硫和二氧化碳等废气,对环境造成一定的污染,同时对操作工人的身体健康也会造成一定的损害,因此终将被淘汰。目前国内、外废铅酸蓄电池的湿法回收处理工艺大致分为如下几类:第一、铅膏转化-浸出-电积法。该法是将铅膏进行脱硫转化,使硫酸铅、氧化铅溶于酸性(或碱性)溶液中,制成铅盐电解液,采用石墨或钛板做不溶性阳极,不锈钢板做阴极,在电解槽中电解沉积,在阴极得到铅粉(Pb≥99.99%)。该工艺存在成本高(约1500元/吨铅),回收率低(小于95%),试剂(使用HBF6或H2SiF6溶液)价格贵且毒性大、设备腐蚀严重等问题。第二、铅膏浸出-电积法。该方法是将铅膏在热的HCl-NaCl溶液中浸出,生产可溶性的H2PbCl4溶液,经净化后送入采用阳离子交换膜分隔的阴极室内,使得铅在阴极上析出,生成电解铅而落入槽底被收集。这种铅粉可用于制造新蓄电池的铅膏或熔铸成金属铅。该技术原料价格便宜,操作简单,但电解过程中产生大量氯气,对环境、设备腐蚀严重,另外,其能耗高,一般为1300kwh/tPb左右。第三、化学法。该方法将废铅酸蓄电池的铅物料转化成铅的化工产品,如红丹粉、黄丹粉、三碱式硫酸铅等。该工艺产品适用范围窄、毒性大,且产能低,难于形成规模化。第四、碱性固相电解法。该方法将废铅酸蓄电池用皮带运输机送入分离机,分离成塑料、隔板、板栅和铅泥等四种物料,其中,塑料可直接出售;隔板采用无害化焚烧处理;板栅可低温熔化并调配其成分,铸成六元铅合金锭,用于再次制造铅酸蓄电池的板栅;铅泥可用电解残液转化,转化反应式如下:PbS04+2Na0H=Pb(OH)2+Na2S04转化后的铅泥经脱水后涂在阴极板上,然后将阴极板放入电解槽中进行电解,电解液为NaOH溶液,铅的各种化合物经过电解后均被还原成金属铅,将其低温熔化,铸成铅锭,再次应用到铅酸蓄电池的制造中。此外,板栅熔化时产生的氧化渣也可用固相电解还原成金属。此方法的优点是回收率高、成本低、试剂的设备腐蚀性不大,缺点是氢氧化钠电解液的浓度高,挥发性大,造成回收操作时的环境恶劣,操作人员健康危害大,因此未能实现工业化。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有碱性固相电解法废铅酸蓄电池铅回收工艺存在环境污染严重、对操作人员健康危害大、不能实现工业化生产的技术问题,提供一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统及方法。为解决上述技术问题,本专利技术提供的技术解决方案如下:本专利技术提供一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统,包括电解槽;其特殊之处在于:还包括设置于电解槽内的N个阴离子膜框、N个阴极板和N+1个阳极板,N≥1;所述阴离子膜框为一个容纳腔体,阴离子膜框采用的阴离子膜为只能阴离子通过、不能阳离子通过的膜;N个阴离子膜框并排设置,且均安装于电解槽内;每个阴离子膜框内为一个独立的阴极区,阴极区内盛有浓度为50~180g/l的氢氧化钠溶液作为阴极电解液,N个阴离子膜框外为一个相互连通的阳极区,阳极区内盛有以下三种溶液中的一种作为阳极电解液:1)浓度为5~200g/l的硫酸溶液;2)浓度为5~200g/l的硫酸溶液和浓度为5~80g/l的硫酸钠溶液的混合液;3)浓度为5~200g/l的硫酸溶液、浓度为5~80g/l的硫酸钠溶液和浓度为5~1000mg/l的硫酸亚铁溶液的混合液;每个阴极板设置于一个阴极区内,且阴极板上涂覆有铅膏;N+1个阳极板均设置于阳极区,阳极板与阴极板相互平行且间隔设置,阳极板与阴极板面积相当;相邻阳极板的同极间距、相邻阴极板的同极间距均为50~150mm。进一步地,所述铅膏的涂覆厚度为5~15mm。进一步地,所述阴极板的材料采用不锈钢、钛、钛合金、铝或铅。阴极板的宽度*高度*厚度尺寸为(100~2000)mm*(100~2000)*(1~20)mm;所述阳极板的材料采用钛基涂铱钽、钛基涂钌铱、钛基镀二氧化铅、钛合金、铝、石墨或铅;阳极板的宽度*高度*厚度尺寸为(100~2000)mm*(100~2000)*(1~20)mm。本专利技术还提供一种基于上述回收系统的废铅酸蓄电池中铅的回收方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:将所述废铅酸蓄电池中铅的回收系统的阴极板和阳极板通直流电,调节电压为1~5V,控制平均电流密度为40~600A/m2、电解周期为20~72小时,进行固相电解反应,阴极板上铅膏中的铅化合物在直流电的作用下还原成金属铅,固相电解结束后,将电解铅从阴极板上取下并压团,得到产品铅。进一步地,还包括待固相电解反应结束后,对阳极电解废液中的硫酸或硫酸钠进行回收,回收了硫酸或硫酸钠后的溶液作为阳极电解液用于下一次固相电解反应中。本专利技术将碱性固相电解和离子膜电解有效结合在一起,进行废铅酸蓄电池中铅的回收,通过离子膜的特性和作用,实现了含有硫酸根(SO42-)的阳极电解液与含有氢氧化钠(NaOH)的阴极电解液的直接分离,该方法对铅的电解工艺技术实现了重大突破,相比现有碱性固相电解法具有的有益效果具体为:1、使得氢氧化钠溶液浓度显著降低,相比现有碱性固相电解法,避免了因氢氧化钠溶液浓度过大,溶液中的氧气逸出造成钠盐(即氢氧化钠和硫酸钠)的挥发,从而导致环境恶化、对环境与人身造成危害。2、在一个电解槽内实现了酸、碱两种溶液的平衡相处,阴极区为碱性,阳极区可以为酸性或者中性,其中的阴极板上化合物的铅不移动,在阴极板上生成金属铅,而硫酸根进入阳极区生成硫酸,从而实现了湿法电解脱硫的目的。3、由于阴离子膜框的作用,铅离子(Pb2+)不能运动至阳极,从而避免了阳极生成氧化铅(PbO2)的阳极副反应产生,进而提高了电解效率、减少了阳极消耗,又使阳极板的使用范围进一步扩大,可用的阳极板材料有本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统,包括电解槽(1);其特征在于:还包括设置于电解槽(1)内的N个阴离子膜框(2)、N个阴极板(3)和N+1个阳极板(4),N≥1;/n所述阴离子膜框(2)为一个容纳腔体,阴离子膜框(2)采用的阴离子膜为只能阴离子通过、不能阳离子通过的膜;/nN个阴离子膜框(2)并排设置,且均安装于电解槽(1)内;/n每个阴离子膜框(2)内为一个独立的阴极区(6),阴极区(6)内盛有浓度为50~180g/l的氢氧化钠溶液作为阴极电解液,N个阴离子膜框(2)外为一个相互连通的阳极区(5),阳极区(5)内盛有以下三种溶液中的一种作为阳极电解液:/n1)浓度为5~200g/l的硫酸溶液;/n2)浓度为5~200g/l的硫酸溶液和浓度为5~80g/l的硫酸钠溶液的混合液;/n3)浓度为5~200g/l的硫酸溶液、浓度为5~80g/l的硫酸钠溶液和浓度为5~1000mg/l的硫酸亚铁溶液的混合液;/n每个阴极板设置于一个阴极区(6)内,且阴极板上涂覆有铅膏(7);/nN+1个阳极板(4)均设置于阳极区(5),阳极板(4)与阴极板相互平行且间隔设置,阳极板(4)与阴极板(3)面积相当;/n相邻阳极板(4)的同极间距、相邻阴极板(3)的同极间距均为50~150mm。/n...

【技术特征摘要】
1.一种废铅酸蓄电池中铅的回收系统,包括电解槽(1);其特征在于:还包括设置于电解槽(1)内的N个阴离子膜框(2)、N个阴极板(3)和N+1个阳极板(4),N≥1;
所述阴离子膜框(2)为一个容纳腔体,阴离子膜框(2)采用的阴离子膜为只能阴离子通过、不能阳离子通过的膜;
N个阴离子膜框(2)并排设置,且均安装于电解槽(1)内;
每个阴离子膜框(2)内为一个独立的阴极区(6),阴极区(6)内盛有浓度为50~180g/l的氢氧化钠溶液作为阴极电解液,N个阴离子膜框(2)外为一个相互连通的阳极区(5),阳极区(5)内盛有以下三种溶液中的一种作为阳极电解液:
1)浓度为5~200g/l的硫酸溶液;
2)浓度为5~200g/l的硫酸溶液和浓度为5~80g/l的硫酸钠溶液的混合液;
3)浓度为5~200g/l的硫酸溶液、浓度为5~80g/l的硫酸钠溶液和浓度为5~1000mg/l的硫酸亚铁溶液的混合液;
每个阴极板设置于一个阴极区(6)内,且阴极板上涂覆有铅膏(7);
N+1个阳极板(4)均设置于阳极区(5),阳极板(4)与阴极板相互平行且间隔设置,阳极板(4)与阴极板(3)面积相当;
相邻阳极板(4)的同极间距、相邻阴极板(3)的同极间距均为50~150mm。


2.根据权利要求1所述的废铅酸蓄电池中铅的回...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵坤
申请(专利权)人:赵坤
类型:发明
国别省市:陕西;61

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