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基本信息

項(xiàng)目名稱:
廢舊鉛膏濕法低溫清潔回收超細(xì)鉛粉及高性能鉛酸蓄電池制作
小類:
能源化工
簡介:
在國家“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)整治重金屬污染的背景下,提出一條從廢舊鉛酸蓄電池回收、超細(xì)鉛粉的制備到高性能電池制作的一體化工藝。引入檸檬酸根的螯合作用實(shí)現(xiàn)了鉛膏的常溫高效脫硫,浸出過程最大鉛回收率達(dá)98.5%。浸出產(chǎn)物檸檬酸鉛前驅(qū)體低溫焙燒可制得可直接用于電池制備的超細(xì)鉛粉。新工藝流程短,能耗低,污染排放少,可制得性能優(yōu)越的鉛酸蓄電池,對(duì)促進(jìn)我國再生鉛企業(yè)的轉(zhuǎn)型和鉛酸蓄電池企業(yè)的發(fā)展意義重大。
詳細(xì)介紹:
傳統(tǒng)工藝中鉛膏要經(jīng)過1000℃以上的高溫熔煉脫硫,此過程中不僅耗能高,而且排放了大量的SO2以及鉛塵對(duì)環(huán)境造成很大的污染。熔煉后的產(chǎn)物粗鉛錠經(jīng)精煉后制成精鉛。為滿足電池活性物質(zhì)的要求,再利用巴頓法或島津法將精鉛制成具有一定氧化度的PbO/Pb粉體(后面簡稱鉛粉)。這種鉛粉即可作為活性物質(zhì)用于電池的制作。 本作品采用濕法工藝,鉛膏在檸檬酸根的螯合作用下常溫浸出,鉛膏脫硫率高達(dá)98.5%以上。浸出后的濾液冷卻結(jié)晶得到Na2SO4副產(chǎn)品,濾餅為檸檬酸鉛前驅(qū)體。檸檬酸鉛前驅(qū)體在370℃左右的低溫下焙燒得到氧化度可控的納米級(jí)超細(xì)鉛粉。該超細(xì)鉛粉粒徑小、比表面積大,比能量密度高,活性物質(zhì)利用率大,電池的初始容量大,制作電池具有一定優(yōu)勢(shì)

作品圖片

  • 廢舊鉛膏濕法低溫清潔回收超細(xì)鉛粉及高性能鉛酸蓄電池制作
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的及思路:在鉛酸蓄電池回收方面,現(xiàn)有的處理工藝普遍存在著能耗高,污染重,工藝復(fù)雜等問題。在鉛酸電池的制備方面,鉛粉的性質(zhì)對(duì)于整個(gè)鉛酸蓄電池的性能有重要作用。傳統(tǒng)鉛粉電化學(xué)性能還欠改善,生產(chǎn)工藝存在很多不足。超細(xì)鉛粉較傳統(tǒng)鉛粉在制備電池方面有很多優(yōu)點(diǎn),但目前超細(xì)鉛粉的制備成本很高。為解決以上問題,本作品利用檸檬酸根離子的螯合作用濕法處理鉛膏,室溫下獲得檸檬酸鉛前驅(qū)體,然后低溫焙燒獲得超細(xì)鉛粉。該超細(xì)鉛粉,可直接用于制作高性能鉛酸蓄電池。這是一條綠色的鉛酸電池回收與制備一體化工藝。 創(chuàng)新點(diǎn):1.引入檸檬酸根離子的螯合作用,實(shí)現(xiàn)了廢舊鉛膏的高效率脫硫,脫硫率高達(dá)98.5%.2.浸出制備的檸檬酸鉛前驅(qū)體在低溫條件下焙燒即可制備出電池活性物質(zhì),與傳統(tǒng)工藝相比,很大的降低了能耗與污染。3.探討了以實(shí)際鉛膏為起始物合成檸檬酸鉛前驅(qū)體的熱分解規(guī)律,并最終制備出氧化度可控的,可直接用于電池生產(chǎn)的活性物質(zhì),簡化了工藝路線,節(jié)省了生產(chǎn)成本。 主要技術(shù)關(guān)鍵:1.研究各個(gè)反應(yīng)條件對(duì)浸出效率的影響,以獲得最佳的浸出條件,實(shí)現(xiàn)較高的脫硫率與鉛回收率;2.研究焙燒規(guī)律最終得到性能優(yōu)異的超細(xì)鉛粉;3.制作出合格的鉛酸蓄電池并評(píng)價(jià)其性能; 主要技術(shù)指標(biāo):1.通過實(shí)驗(yàn)獲取最佳的浸出實(shí)驗(yàn)條件,完成對(duì)前驅(qū)體的物理及化學(xué)分析與表征。2.完成初步的超細(xì)粉體的電化學(xué)微觀測(cè)試,以及物理化學(xué)特征值的測(cè)試。3.達(dá)到“小型閥控密封式鉛酸蓄電池技術(shù)條件GB/T 19639.1-2005”的要求,制作出合格的鉛酸蓄電池模型。

科學(xué)性、先進(jìn)性

該作品的先進(jìn)性在于貫徹了環(huán)保的理念,將廢鉛酸電池處理和超細(xì)鉛粉的制備以及電池的制作聯(lián)系起來。 該作品中所使用的自制超細(xì)鉛粉粒徑小、比表面積大,可提高活性物質(zhì)利用率。具有一定的氧化度,可提高電池的初始容量,提升電池的能量密度,制作電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 本作品采用濕法工藝對(duì)廢舊鉛膏進(jìn)行回收,避免了火法熔煉的高污染、高能耗等問題。相比于目前大多用于鉛膏濕法浸出的浸出劑而言,本工藝創(chuàng)新之處引入的檸檬酸不但解決了脫硫率不高的問題,而且得到的前驅(qū)體檸檬酸鉛為一種有機(jī)金屬螯合物。前驅(qū)體經(jīng)低溫焙燒后得到超細(xì)鉛粉,蓬松而多孔,顯著改善了鉛粉的粒徑,同時(shí)其氧化度可控,也為后續(xù)的電池制作提供了廣大的空間。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2010年于湖北省華中科技大學(xué)“求是杯”大學(xué)生課外科技創(chuàng)新比賽獲優(yōu)勝獎(jiǎng)

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)入股

作品可展示的形式

實(shí)物,模型,照片,演示

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本作品以市場(chǎng)上的鉛蓄電池為基本結(jié)構(gòu),嚴(yán)格遵循制作規(guī)范,所不同的是電極材料采用自制的超細(xì)鉛粉,其電化學(xué)性能較傳統(tǒng)鉛蓄電池優(yōu)異。 該作品中所使用的超細(xì)鉛粉的制造工藝以廢鉛膏為原料,結(jié)合了廢舊鉛酸電池的清潔回收。整個(gè)鉛粉制備過程以檸檬酸鉛前軀體的熱分解(300~500℃)為基礎(chǔ),通過對(duì)氣氛、溫度、時(shí)間等的控制,得到粒徑、氧化度、晶型組成等合格的超細(xì)鉛粉。 市場(chǎng)推廣的技術(shù)要點(diǎn)在于找到該鉛粉適合的電池載體,并在電池種類確定的基礎(chǔ)上優(yōu)化新工藝參數(shù)。 綜上,該工藝可以將廢舊鉛酸電池回收企業(yè)與鉛酸電池制作企業(yè)結(jié)合起來,既實(shí)現(xiàn)了末端治理,又減少了鉛礦的開采,而且可制備出高性能的鉛酸蓄電池,可以在我國鉛酸蓄電池行業(yè)實(shí)行產(chǎn)業(yè)化推廣。

同類課題研究水平概述

目前,國內(nèi)外現(xiàn)有鉛膏回收工藝主要有火法、濕法-火法聯(lián)合以及濕法三種。從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),最理想的生產(chǎn)模式是“制造-回收-生產(chǎn)”的封閉循環(huán)。上述工藝中鉛膏中的鉛均以單質(zhì)鉛回收,若要制得鉛粉需再次加工。若從鉛膏中直接回收得到一氧化鉛,那將是比較理想的工藝。 目前國內(nèi)的鉛回收工藝主要是以火法為主,而火法的主要問題就是能耗高,污染嚴(yán)重;國外大部分企業(yè)采用濕法-火法聯(lián)合處理工藝,但是該工藝的問題就在于脫硫不徹底,且仍有一些污染問題;國外一些示范小廠正嘗試采用全濕法處理工藝,該工藝的問題是回收流程太長。 有關(guān)鉛酸蓄電池性能方面的研究主要集中在添加劑、新型板柵、超級(jí)電池等方面,鉛粉的研究則相對(duì)較少。鉛粉是鉛酸蓄電池極板上的主要活性物質(zhì),它對(duì)電池性能的優(yōu)劣起著重大作用。近年來鉛粉的研究熱點(diǎn)之一即超細(xì)鉛粉的化學(xué)合成。國際鉛鋅研究組織(International Lead Zinc Research Organization, ILZRO)早期便設(shè)立了重大專項(xiàng)開展鉛酸蓄電池活性物質(zhì)鉛粉的研究。國內(nèi)外鉛酸蓄電池活性物質(zhì)鉛粉的研究進(jìn)展如表2所示。然而這幾種方法因都采用了價(jià)格昂貴的化學(xué)試劑,原料成本高,規(guī)模化生產(chǎn)受到限制。目前,還沒有以廢舊鉛酸電池為起始原料來合成超細(xì)鉛粉,并直接用于電池活性材料的報(bào)道。
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