[發(fā)明專利]一種固相電解還原回收金屬鉛的方法和一種帶有壓濾式板框的電解槽

有效

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• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113668016B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘軍青;化春雨;李治雨;孫艷芝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C25C1/18
• 分類號: C25C1/18;C25C7/00;C25C7/02
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;劉亭亭

本發(fā)明涉及廢鉛膏回收利用領(lǐng)域，公開了一種固相電解還原回收金屬鉛的方法和一種帶有壓濾式板框的電解槽，該方法包括以下步驟：(1)將廢鉛膏與脫硫劑接觸，將接觸后的混合物進行固液分離，得到脫硫鉛膏和含硫酸鹽的脫硫濾液；(2)將所述脫硫鉛膏與電解促進劑混合，制成陰極，并放置在電解槽中電解，得到金屬鉛和循環(huán)電解液；該方法還任選地包括步驟(3)：將所述脫硫濾液進行任選地補充脫硫劑，冷卻結(jié)晶，然后進行固液分離，得到硫酸鹽晶體和循環(huán)再生脫硫劑。本發(fā)明提供的方法中，廢鉛酸電池鉛膏通過預(yù)循環(huán)脫硫和免固化電解直接得到鉛粉和硫酸鹽。本發(fā)明提供的帶有壓濾式板框的電解槽，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)和電解的一體化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廢鉛膏回收利用領(lǐng)域，具體涉及一種固相電解還原回收金屬鉛的方法和一種帶有壓濾式板框的電解槽。

背景技術(shù)

鉛酸電池具有良好的性能和循環(huán)壽命被廣泛應(yīng)用于通信裝置、汽車點火、應(yīng)急照明系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，全球鉛產(chǎn)量約80％用于鉛酸蓄電池生產(chǎn)，隨著大量鉛酸電池的報廢，廢鉛酸電池成為一種日益重要的二次資源，鉛酸電池回收已經(jīng)占生產(chǎn)的二次鉛總量的85％以上。廢鉛酸電池的循環(huán)再生和實現(xiàn)含鉛二次資源的清潔回收成為鉛酸電池和再生鉛等產(chǎn)業(yè)面臨的重要問題。鉛酸電池中含鉛的主要成分是鉛膏和板柵，其中鉛膏成分復(fù)雜，雜質(zhì)含量多，是廢舊鉛酸電池循環(huán)再生的關(guān)鍵和難點。

目前鉛酸電池中的鉛膏回收的方法主要采用的是火法高溫冶煉回收金屬鉛，過程中伴隨著硫氧化物氣體釋放和鉛塵進入環(huán)境中，存在著嚴重的污染以及高能耗等問題。由于廢鉛膏主要含有硫酸鉛、氧化鉛和二氧化鉛等含鉛化合物，其中硫酸鉛不溶于常見的硫酸和鹽酸等電解液，因此廢鉛膏回收為金屬鉛可以采用含硫酸鉛的鉛膏直接固相電解法。在固相電解方面，根據(jù)電解液的不同，主要存在著酸性固相電解和堿性固相電解兩種工藝。例如賈雷克報道了一種全濕法酸式電解固相原位還原廢蓄電池鉛工藝，通過將鉛泥放于粉碎機中進行粉碎后，加入適量的一氧化鉛和水制成漿料，涂覆在不銹鋼電極板上。該極板經(jīng)過自然干燥后放置于稀電解液中進行電解。據(jù)計算，該工藝具有高達95％鉛回收率，綜合能耗約為950-1100度電/噸。針對鉛酸電池拆解過程中產(chǎn)生很多鉛泥和含鉛廢液，因此為了實現(xiàn)廢鉛酸電池極板的直接回收，潘軍青在2008年發(fā)明了雙電源多模塊直接電解工藝。將廢舊鉛酸電池剖離外殼分離出的電池單元或電池組置于鉛合金電解槽中，電源一采用二氧化鉛正極為陰極，鉛負極為陽極進行電解；電源二采用鉛負極為陰極，外鉛合金槽為陽極置于稀硫酸電解液中進行電解。經(jīng)過電解后直接將正極板和陰極板還原金屬鉛，同時得到15-20％稀硫酸，單次鉛回收率高達96％。在研究過程中，研究者還發(fā)現(xiàn)適量醋酸根離子可以有效提高電解過程硫酸鉛的活性和陰極效率，縮短電解時間。不可避免地，我們看到酸性固相電積過程存在噸鉛高達900-1050度能耗問題，以及稀硫酸的凈化和再利用問題。另外該工藝不適合電池已經(jīng)破損或者極板發(fā)生泥化現(xiàn)象的廢鉛酸電池。為了克服酸性固相電解能耗過高問題，陸克源提出了堿性NaOH溶液為電解液的固相電解法。該工藝采用不銹鋼為陰、陽極板，將一定量的鉛膏漿料涂在陰極板上，經(jīng)過壓制固化成型后，放入氫氧化鈉溶液的電解槽中電解，鉛化物在陰極板上直接還原為金屬鉛。鉛的回收率可達95％，能耗為550度電/噸。另外在電解過程中，實驗測定一噸金屬鉛約消耗氫氧化鈉130斤。2005年，陸克源課題組在電沉積過程和電極結(jié)構(gòu)方面進行改進，以及電解工藝的優(yōu)化，使得直流電耗降低到噸鉛350度電/噸，并且使堿耗控制在噸鉛100kg水平。每噸氫氧化鈉成本高達3200元，使得固相電解工藝堿耗成本偏高。分析現(xiàn)有的固相電解法發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有工藝的主要問題如下：

(1)電解能耗偏高

堿性NaOH溶液不僅是脫硫劑，同時也是電解液，因此隨著脫硫過程不斷消耗NaOH，使得電解液阻抗逐漸增加，導(dǎo)致電解中后期槽壓偏高。

(2)通常電解過程需要加入多出理論量1.2-1.5倍的NaOH，且在電解后難以循環(huán)，使得NaOH消耗偏高。

(3)每次電解過程需要對涂有廢鉛膏的陰極板進行6-24h的固化過程，極大降低了電解效率，難以實現(xiàn)連續(xù)化電解。