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固相电解法从废铅酸蓄电池中回收铅 第2卷第2期 2 008年6月 材料研究与应用 MATERIALSRESEARCHANDAPPLICATION V01.2.NO.2 JUS.2008 文章编号:1673—9981(2008)02一014l—04 固相电解法从废铅酸蓄电池中回收铅 马 旭,王顺兴,李晓燕 (河南科技大学.河南洛阳471003) 摘要:用阴极固相电解还原法。将脱硫后的铅膏置于特制的阴极架上。在氢氧化钠溶液中通以直流电 进行电解.对电解工艺参数进行了试验.结果表明。采用阴极固相电解还原法从废铅酸蓄电池回收金属 铅...

固相电解法从废铅酸蓄电池中回收铅
第2卷第2期 2 008年6月 材料研究与应用 MATERIALSRESEARCHANDAPPLICATION V01.2.NO.2 JUS.2008 文章编号:1673—9981(2008)02一014l—04 固相电解法从废铅酸蓄电池中回收铅 马 旭,王顺兴,李晓燕 (河南科技大学.河南洛阳471003) 摘要:用阴极固相电解还原法。将脱硫后的铅膏置于特制的阴极架上。在氢氧化钠溶液中通以直流电 进行电解.对电解工艺参数进行了试验.结果表明。采用阴极固相电解还原法从废铅酸蓄电池回收金属 铅的最优工艺参数是;电解液w(NaOH)为lO%~15%、电压1.4~2.0V、温度40~60"C. 关键词:废铅蓄电池;湿法冶金;铅回收;电解 中图分类号lTQ914.3文献标识码iA 铅的用途甚广,其年产量在有色金属中仅次于 铝、铜、锌,居第四位[1].为了节约有限的矿物资源, 避免废铅物料对环境的污染,国内外都十分重视废 铅物料的回收利用.1998年西方各国的再生精铅产 量占精铅总量的59.8%[2]. 再生铅的原料包括废铅酸蓄电池、压延铅材、各 类铅合金、电缆护套及其它含铅废料.其中废铅酸蓄 电池约占再生铅原料总量的85%以上[3],由于废铅 酸蓄电池中的铅成分较复杂,除金属铅外还含有 PbO,Pb02和PbSO。,再生处理过程较复杂.目前, 处理废铅料主要以火法冶金为主,而火法冶金处理 含铅废料除用SB炉熔炼外,其它方法难以满足环 保要求[4].为此,研究湿法冶金处理含铅废料很有必 要,固相电解还原法具有节能、环保、经济效益和社 会效益显著等优点,应用前景广阔,值得推广. 1 试 验 1.1 废铅酸蓄电池中的铅来源、结构及组成‘s] 铅蓄电池经过多次放电一充电一放电循环后, 电池的容量会逐渐下降,当它的容量下降到一定程 度或栅板严重损坏而不能修复时,电池即报废.废铅 蓄电池中的铅主要来自正负极栅板及活性物质.未 收稿日期:2007—10-11 作者简介:马旭(1976一),男。河南洛阳人,硕士研究生. 被腐蚀的电极板和连接物中的含铅量约占废蓄电池 总铅量的45%~50%,被腐蚀的极板和由活性物质 组成的浆料或渣泥(一般称为铅膏或填料)约占电池 总铅量的50%~55%. 1.2固相电解法的工艺原理[6】 固相电解还原法由中国科学院化工冶金研究所 提出,可直接用于电解处理铅膏.固相电解法是采用 NaOH水溶液作电解液,阴、阳极均由不锈钢板制 成,在阴极的两面附设不锈钢折槽.经8mol/L NaOH溶液浆化的铅膏填装于阴极板两面上的折 槽中,电解时铅膏中的固相铅化物质子从阴极表面 获得电子而还原为金属铅. 阴极反应为: PbS0.+2e—Pb+SO:一 (1) Pbo+H20+2e—Pb+20H一(2) Pb02+H20+4e—Pb+40H一(3) 阳极反应为: 120H一--2e—H20+÷02(4) 厶 1.3试验设备及材料 设备:1000mL烧杯、试管棒、HHS-2S型电子 恒温不锈钢水浴锅、DHl719A一4型单路稳压稳流电 源、阴极为150mm×60mm的不锈钢板、阳极为 万方数据 142 材料研究与应用 156mm×60mm的不锈钢板、工业天平等. 材料:废铅酸蓄电池、氢氧化钠. 1.4试验方法 试验装置示意图如图1所示.首先将脱硫后的 铅膏置于阴极上的不锈钢折槽中,并连上导线,然后 把阳极也连上导线,将两个电极保持一定的距离放 入盛有NaOH溶液的烧杯中,再将烧杯放入水浴锅 中电解.记录电流、电压变化及电解时间. ’撬濑黍 ;水浴:薯笺;! 圈1试验装置示意图 Fig.1Schematicdiagramoftheexperimentapparatus 1。5脱硫 首先去除废铅酸蓄电池的外壳,取出废极板,将 极板上的铅土取下,研碎.然后过0.15mm筛,再把 筛下铅土按比例放入盛有氢氧化钠溶液的容器内, 加热至80℃并不停地搅拌,使铅土内的硫酸铅脱 硫,生成氧化铅. 脱硫反应主要以式(5)进行: PbS04+2NaOH—PbO4,+Na2S04+H20 (5) 当NaOH过量或浓度较高时,按式(6)进行 反应: PbS04+3NaoH——,NaHPb02+Na2S04 十H20 (6) 若铅土中PbSO。的含量较高,需添加过量的 NaOH,先按反应式(6)进行脱硫,再按反应式(5)进 行脱硫.按反应式(5)脱硫后,滤液中主要含 Na2SO。,不含铅[7]. 脱硫的工艺条件为:行(NaOH):n(PbSO。)= 2.5:1;m(H20):m(PbS04+NaOH)=10:1; 温度约80℃;铅土粒度0.125~0.15mm.按上述工 艺条件反应80rain后,铅土的脱硫率可达99.6%. 脱硫后,将滤渣放在阴极的不锈钢折槽上,然后置于 NaOH溶液中电解[8]. 2试验结果与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 2.1 电解液浓度的影响 电解溶液浓度试验的工艺条件列于表1,电解 时电流随时间的变化如图2所示. 衰1 电解液浓度试验工艺参数 Table1 Processparametersfor electrolyte concentrationtest 围2不同电解液浓度的电解曲线 Fig.2Electrolysiscurvesatdifferentelectrolyteconcentra— tions 圈3生产19铅的耗电量与电解液浓度的关系 Fig.3Relationshipbetweenelectrolyteconcentrationand powerconsumptionforproducinglglead 由图2可以看出,电解液浓度W(NaOH)为 10%~15%时,最大电流随电解液浓度的增大而增 大.其原因是:电解液浓度增大,溶液中各物质的活 度增加,电流变大[6].当电解液浓度高于15%后,电 流随浓度的增加变化不显著. 图3为在本试验条件下生产1g铅的耗电量与 万方数据 第2卷第2期 马旭。等:固相电解法从废铅酸蓄电池中回收铅 143 电解液浓度的关系.由图3可见,当电解液浓度为 15%时,生产单位质量铅的耗电量最低,电流效率 最高. 2.2电压的影响 确定电压范围的原则是:一是要使电解反应能 够进行,二是副反应不能对电解反应造成影响.若电 压低于1.3V,电流小于0.05A,电解过程极其缓 慢;若电压高于1.8V,PbO电解完后会发生水的电 解,并且随电压的升高,水的电解反应越剧烈,当电 压达到2.4V时,阴极上产生的大量气泡使阴极板 上生成的海绵状铅膏漂浮起来,将已经生成的铅冲 入电解槽中,造成收集困难.因此,将电压下限定为 1.4V,上限定为2.2V. 电压试验的工艺条件列于表2,试验结果如图4 所示. 表2电压试验工艺参数 Table2 Processparametersforvoltagetest 图4不同电压下的电解曲线 Fig.4Electrolysiscurvesatvariousvoltages 将在不同电压下的电解电流随时间变化的数据 通过积分,得出电压与生产1g铅的耗电量之间的 关系曲线(图5).由图5可以看出:电压在1.4~2.0 V范围内,生产1g铅的耗电量随着电压的升高而 缓慢增大.当电压高于2.0V后生产1g铅的耗电 量迅速上升.由此可见,在合适的电解电压1.4~ 2.0V内,电压越低,生产lg铅的耗电量越低,电流 效率也越高. 图5不同电压下生产19铅的耗电量 Fig5 Thepowerconsumptionforproducinglgleadatdif— ferentvoltages 2.3温度的影响 由于试验温度升高,电解时的起始电流增大,电 解反应剧烈,所产生的大量氧气在上升的过程中使 电解液挥发严重,因此,将温度的上限设为90℃.温 度试验的工艺条件列于表3,试验结果如图6所示. 襄3温度试验的工艺条件 Table3 Processconditionfortemperaturetest 由图6可见,在不同的温度下,电流都是在电解 开始时的短时间内迅速增大,并出现一个最大值,随 着电解时间的增加,电流再慢慢下降到零.温度越 高,电解液的活度越大,导电能力越强,最大电流也 越大,电解时间越短.综合考虑各方面的因素,合适 的电解温度为40~60℃.在此温度范围内,电解温 度越高,生产单位质量的铅的耗电量越低,电流效率 越高. 图6不同温度下的电解曲线 Fig.6Electrolysiscurvesatdifferenttemperatures 万方数据 144 材料研究与应用 2OO8 3 结 论 (1)脱硫过程和电沉积过程分别进行,获得的电 解液较纯净,几乎不含SOi一,有利于获得高纯度的 电沉积铅粉,通过两种脱硫工艺,可直接获得纯度较 高的副产物Na。SO。,铅的损失较小. (2)影响电解电流效率的主要因素是温度、电解 液浓度和电压.试验结果表明,合适的温度是40~ 60℃,超过这个范围,电流效率快速下降.电解液的 浓度范围是10%~15%,在此范围内,浓度越高,电 流效率越高;浓度超过15%,电流效率提高不大.合 适的电压是1.4~2.0V,在此范围内,电压越低,电 流效率越高. (3)经济合理的电解工艺参数是:电压1.4~ 2.0V、温度40,--60℃、电解液中训(NaOH)为10% ~15%。在此条件下,电解时的电流密度可以达到 700A/m2以上,甚至高于2000A/mz.在实际生产 中应尽可能在较低的电压下进行电解,以降低电能 消耗。 本文只是针对废蓄电池里面的铅膏进行电解回 收,而对废蓄电池中的废硫酸、隔板、橡胶、板栅的回 收处理未进行研究,因此,全面处理废蓄电池的工艺 还有待于广大科技工作者的共同研究. 参考文献: [1]王忠伟.段颖。王晓冬.废铅酸蓄电池的回收利用和管理 对策[j].环境保护,2005。30(i):5-7. [2]李富元.我国废铅蓄电池回收处理环境现状及对策[J]. 中国资源综合利用,2000(4):40-42. [3]胡刚,王祖兵。吴立斌,等.乡镇废旧蓄电池回收对环境 和儿童铅的影响[J].中国公共卫生。2002.18(12): 1446-1448. [4]陆克源.固相电解法——一种再生铅的新技术[J]-科技 园地,2005(12):16-17. [5]王正烈,周亚平。李松林,等.物理化学(下)[M].北京: 高等教育出版社,2004:40-45. [6]唐谟堂.曹刿.湿法冶金设备[M].长沙:中南大学出版 社。2002:334-336. [7]郭翠香.赵由才.从废铅蓄电池中湿法回收铅的技术进 展[J].东莞理工学院学报。2006.13(i):81—86. [8]乐颂光。鲁君乐.何静.再生有色金属生产[M].2版.长 沙:中南大学出版社.2006:309—322. Recyclingofleadfromthewastedlead-acidbatterybysolidphaseelectrolysis MAXu。WANGShun—xing。LIXiao-yan (HenanUniversityofScienceandTechnology.Luoyang471003,China) Abstract:Amethodofsolidphaseelectrolysiswasemployedforleadrecycling.Theleadpasteafterdesul— phurizationwasplacedOnspecialcathodeplanesinthesodiumhydroxidesolutionfollowedbyDCelectrol— ysis.Theelectrolysisprocessparameterswerestudied.Theoptimumprocessparametersforrecovering leadfromLead—acidbatteryareelectrolyteofw(NaOH)10%一15%,voltageof1.4—2.0V,andtemper— atureat40—60℃. Keywords:scrapleadacidbattery;hydrometallurgical;leadrecovery;electrolysis 万方数据 固相电解法从废铅酸蓄电池中回收铅 作者: 马旭, 王顺兴, 李晓燕, MA Xu, WANG Shun-xing, LI Xiao-yan 作者单位: 河南科技大学,河南,洛阳,471003 刊名: 材料研究与应用 英文刊名: MATERIALS RESEARCH AND APPLICATION 年,卷(期): 2008,2(2) 参考文献(8条) 1.王忠伟.段颖.王晓冬 废铅酸蓄电池的回收利用和管理对策[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-环境保护 2005(01) 2.李富元 我国废铅蓄电池回收处理环境现状及对策 2000(04) 3.胡刚.王祖兵.吴立斌 乡镇废旧蓄电池回收对环境和儿童铅的影响[期刊论文]-中国公共卫生 2002(12) 4.陆克源 固相电解法--一种再生铅的新技术[期刊论文]-科技园地 2005(12) 5.王正烈.周亚平.李松林 物理化学(下) 2004 6.唐谟堂.曹刿 湿法冶金设备 2002 7.郭翠香.赵由才 从废铅蓄电池中湿法回收铅的技术进展[期刊论文]-东莞理工学院学报 2006(01) 8.乐颂光.鲁君乐.何静 再生有色金属生产 2006 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gdysjsxb200802015.aspx
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分类:工学
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