基本信息
- 項目名稱：
- 廢舊鉛膏濕法低溫清潔回收超細鉛粉及高性能鉛酸蓄電池制作
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 在國家“十二五”規(guī)劃重點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現了鉛膏的常溫高效脫硫,浸出過程最大鉛回收率達98.5%。浸出產物檸檬酸鉛前驅體低溫焙燒可制得可直接用于電池制備的超細鉛粉。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，對促進我國再生鉛企業(yè)的轉型和鉛酸蓄電池企業(yè)的發(fā)展意義重大。
- 詳細介紹：
- 傳統工藝中鉛膏要經過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以及鉛塵對環(huán)境造成很大的污染。熔煉后的產物粗鉛錠經精煉后制成精鉛。為滿足電池活性物質的要求，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98.5%以上。浸出后的濾液冷卻結晶得到Na2SO4副產品，濾餅為檸檬酸鉛前驅體。檸檬酸鉛前驅體在370℃左右的低溫下焙燒得到氧化度可控的納米級超細鉛粉。該超細鉛粉粒徑小、比表面積大，比能量密度高，活性物質利用率大，電池的初始容量大，制作電池具有一定優(yōu)勢
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的及思路：在鉛酸蓄電池回收方面，現有的處理工藝普遍存在著能耗高，污染重，工藝復雜等問題。在鉛酸電池的制備方面，鉛粉的性質對于整個鉛酸蓄電池的性能有重要作用。傳統鉛粉電化學性能還欠改善，生產工藝存在很多不足。超細鉛粉較傳統鉛粉在制備電池方面有很多優(yōu)點，但目前超細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體，然后低溫焙燒獲得超細鉛粉。該超細鉛粉，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：1.引入檸檬酸根離子的螯合作用，實現了廢舊鉛膏的高效率脫硫，脫硫率高達98.5%.2.浸出制備的檸檬酸鉛前驅體在低溫條件下焙燒即可制備出電池活性物質，與傳統工藝相比，很大的降低了能耗與污染。3.探討了以實際鉛膏為起始物合成檸檬酸鉛前驅體的熱分解規(guī)律，并最終制備出氧化度可控的，可直接用于電池生產的活性物質，簡化了工藝路線，節(jié)省了生產成本。 主要技術關鍵：1.研究各個反應條件對浸出效率的影響，以獲得最佳的浸出條件，實現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)異的超細鉛粉；3.制作出合格的鉛酸蓄電池并評價其性能； 主要技術指標：1.通過實驗獲取最佳的浸出實驗條件，完成對前驅體的物理及化學分析與表征。2.完成初步的超細粉體的電化學微觀測試，以及物理化學特征值的測試。3.達到“小型閥控密封式鉛酸蓄電池技術條件GB/T 19639.1-2005”的要求，制作出合格的鉛酸蓄電池模型。
科學性、先進性
- 該作品的先進性在于貫徹了環(huán)保的理念，將廢鉛酸電池處理和超細鉛粉的制備以及電池的制作聯系起來。 該作品中所使用的自制超細鉛粉粒徑小、比表面積大，可提高活性物質利用率。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。 本作品采用濕法工藝對廢舊鉛膏進行回收，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，而且得到的前驅體檸檬酸鉛為一種有機金屬螯合物。前驅體經低溫焙燒后得到超細鉛粉，蓬松而多孔，顯著改善了鉛粉的粒徑，同時其氧化度可控，也為后續(xù)的電池制作提供了廣大的空間。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年于湖北省華中科技大學“求是杯”大學生課外科技創(chuàng)新比賽獲優(yōu)勝獎
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 技術入股
作品可展示的形式
- 實物，模型，照片，演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本作品以市場上的鉛蓄電池為基本結構，嚴格遵循制作規(guī)范，所不同的是電極材料采用自制的超細鉛粉，其電化學性能較傳統鉛蓄電池優(yōu)異。 該作品中所使用的超細鉛粉的制造工藝以廢鉛膏為原料，結合了廢舊鉛酸電池的清潔回收。整個鉛粉制備過程以檸檬酸鉛前軀體的熱分解（300~500℃）為基礎，通過對氣氛、溫度、時間等的控制，得到粒徑、氧化度、晶型組成等合格的超細鉛粉。 市場推廣的技術要點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上優(yōu)化新工藝參數。 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)結合起來，既實現了末端治理，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)實行產業(yè)化推廣。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內外現有鉛膏回收工藝主要有火法、濕法-火法聯合以及濕法三種。從循環(huán)經濟的角度出發(fā)，最理想的生產模式是“制造-回收-生產”的封閉循環(huán)。上述工藝中鉛膏中的鉛均以單質鉛回收，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，污染嚴重；國外大部分企業(yè)采用濕法-火法聯合處理工藝，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、超級電池等方面，鉛粉的研究則相對較少。鉛粉是鉛酸蓄電池極板上的主要活性物質，它對電池性能的優(yōu)劣起著重大作用。近年來鉛粉的研究熱點之一即超細鉛粉的化學合成。國際鉛鋅研究組織（International Lead Zinc Research Organization, ILZRO）早期便設立了重大專項開展鉛酸蓄電池活性物質鉛粉的研究。國內外鉛酸蓄電池活性物質鉛粉的研究進展如表2所示。然而這幾種方法因都采用了價格昂貴的化學試劑，原料成本高，規(guī)?；a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鉛粉，并直接用于電池活性材料的報道。
