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数量:12 (1)DOI: 10.37532 / 0974 - 7540.22.12.1.232

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电化学过程进步回收铅酸电池

*通信:

詹姆斯•斯坦
编辑部,电化学的研究和评论,英国
电子邮件:publisher@tsijournals.com

文摘

铅酸电池回收部门是完善的,但传统的pyrometallurgical技术远非生态友好。因此,最近的进步铅酸电池回收技术都集中在低温(电)湿法冶金的过程,本文的主题,其中包括修改电解质,改善反应工程、更好的反应器设计和操作条件的控制。

关键字

电解沉积过程;铅酸电池;电池回收技术;火法冶金学

介绍

铅酸电池的生产(实验室)占全球85%以上的领导使用,等于10吨1。因为他们的成熟、健壮的和易于理解的化学,以及他们有能力履行所需的力量爆发内燃机的起动点火,实验室中使用目前世界上几乎所有的13亿辆汽车中使用,以及建设备用电源在世界范围内,会计为全球工业价值约40 G£a - 1。此外,因为他们证明市场统治了12 V辅助电源的电器,他们仍然是越来越多的汽车和电动自行车直接关系到全球铅需求上升,导致不可避免的增加了浪费了实验室。虽然实验室回收已经占了超过85%的总二次铅生产,目前实验室回收高实行由pyrometallurgical主导过程能源消耗和昂贵的气体和液体减少高度有毒的铅排放的污染治理技术。二次铅回收的规模可能进一步上升,由于最近在实验室生产和消费的显著扩张,预计全球年度增长率为3.7%。因此,选择低温度的湿法冶金的技术提供有效的和可持续的回收解决方案开发。本文对比传统pyrometallurgical方法实验室回收与当前和预计的电化学技术,概述了重大进展在电解液的选择,反应工程,改善管理更好的反应器设计和操作条件。其他铅氧化物沉淀和calcination-based湿法冶金的技术不是这里讨论。

传统pyrometallurgical铅回收过程

二氧化铅薄膜阴极、海绵金属铅阳极,玻璃纤维垫分隔符,和水硫酸电解液的解决方案在实验室所有存储在聚丙烯容器。冶金处理之前,临终实验室被打破,压碎,身体分为聚丙烯和流聚合物(5 wt % 12 wt %),硫酸电解液(11 wt % 30 wt %),金属铅网格(24 wt % 30 wt %)和硫酸铅氧化物/粘贴(30 wt % 40 wt %)。塑料材料通常是回收和硫酸浪费转移到一个酸工厂净化。典型的铅膏从浪费的实验室是一个6公斤的组合PbSO4 (50 wt % 60 wt %), PbO (5 wt % 10 wt %),二氧化铅(15 wt % 35 wt %),和金属铅(2 wt % 5 wt %)。

消除二氧化硫排放(间接)冶炼期间,“PbSO4”被转换在碳酸钠溶液de-sulfated PbCO3,其次是热击穿400°C左右,解吸二氧化碳,减少焦炭的混合物将所有Pbcontaining化合物转化为金属铅。“直接冶炼”不仅没有de-sulfation排放二氧化硫,但也更具体能源消费和创造了Pb灰尘,灰尘和其他污染物,必须治疗。尽管如此,直接冶炼仍然是常用的,特别是在低收入向中等收入国家。

在二次熔炼的第一步,减少了废铅通过添加可口可乐在反射或旋转炉在1100°C到1300°C。主要的黄金(85% ~ 92% wt Pb)少量的某人,,和Sn,但它可能容易加工高纯铅适合电池制造。在第二步中,二次铅锑合金(8% ~ 10% wt Pb)是由渣,其中包含所有的合金元素和杂质。这个阶段可以在相同的船完成去除的主要Pb黄金,或在一个单独的小高炉。要创建一个有价锑合金,合金产品需要适度的提炼和合金成分改变。如果是领先水平低足以生态可接受,由此产生的渣(1% ~ 4% wt Pb)可以被丢弃。特定的环境污染现象与电池回收广泛文学特征,外部和移植。尤其是Pyrometallurgical操作,负责大重金属和酸性气体的排放。世界健康组织发布的环境空气质量标准限制户外环境中的铅浓度在欧盟的0.5 g m3平均超过一年,但它应该强调,这不是一个健康常态。粉尘排放含铅颗粒危害人类、动物、土壤、饮用水,尤其是铅冶炼操作的距离,经常在大都市圈定位,减少与移动相关的成本大量的废料。尽管铅冶炼技术的进步,但仍然是一个需要更清洁和更高效的二次Pb的发展过程,以及低成本和energyefficient Pb从临终电池恢复的方法。

铅电解沉积化学

Pyrometallurgical冶炼过程目前占90%以上的铅从临终实验室中恢复过来。然而,许多(电)湿法冶金的过程包括电解溶解PbII转换成高纯度铅阴极已经提出多年来,因为他们被认为是较低的负面环境影响低操作温度,减少粉尘排放,可接受的气体排放(O2和H2),和高灵活性。此外,电化学沉积可能非常有选择性,导致高纯度(> 99.9%)金属、消除铅精炼的必要性。

喜欢间接的冶炼方法,常规(电)湿法冶金的过程策略首先Pb粘贴desulfation;在粘贴转化为可溶性硫酸盐硫与Na2CO3交互、氢氧化钠(NH4) 2二氧化碳或者NaC2O4解决方案。Na2SO4,副产品硫酸钠是用于许多工业应用。通过与盐酸等酸性溶液浸出,H2SiF6,或HBF4,不溶性产品PbCO3, Pb (OH) 2,或PbC2O4康复并转换为PbII-containing解决方案。PbII-rich解决方案然后电解铝制造高纯铅、融化和扔在领导“猪”适合制造新的电池。麦克法兰调查Pb口供的电化学循环和形态学1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl)酰亚胺,揭示紧凑,non-dendritic口供。研究者调查了使用尿基深低共熔溶剂(DES)存款统一sub-micrometre Pb电线,调查温度和电流密度对产量的影响,特定的电能源消耗,沉积形态,而民意调查显示> 99.7% Pb提取从一个乙烯二元醇DES混合物通过电沉积。刘报道均匀、致密和non-dendritic Pb ureaimidazolium DES混合沉积,而廖调查水不溶物的电化学性质PbSO4,二氧化铅和PbO阶段在氯化urea-choline DES混合物中所有铅化合物研究和发现了类似的行为。此外,陈同事表现出光滑和均匀铅沉积铅氧化物溶解在一个质子化了的甜菜碱bis ((trifluoromethyl)磺酰)酰胺疏水Brnsted酸性amide-type IL。尽管他们的欢迎,图书馆的使用提出了问题,如规模可用性、成本、化学稳定性、回收、废水处理,以及是否阳极反应是可行的。

困难在发展中工业规模的铅电解沉积方法

经济上有利的电解沉积过程仍然被认为是低于pyrometallurgical铅回收流程,通常与高运营成本由于Pb粘贴解散,所需的化学试剂以及重要设备替代率高的资本成本由于电解沉积设备金属部件的腐蚀。此外,一些不溶性/ Pb的partially-soluble阶段的存在构成了铅回收过程的技术发展的重大障碍,限制了生产速度和能力。阳极反应的选择/设计也是伟大的学术兴趣,为避免二氧化铅沉积是困难的但对任何电解沉积技术的实现至关重要。

我们应该提到,虽然二氧化铅可能是一个有用的副产品,它是很少使用。

阳极材料通常通常昂贵和有限的生命。此外,这些程序中使用的有害化合物构成严重健康危害员工。结果,即使在30年的研究和开发,(电)湿法冶金的过程尚未广泛采用现有的工业单位,尽管增加兴趣和新鲜的在这个领域的投资。

当前金属工业实行归类为在英国能源要求部门,会计英国40%的碳排放来自企业和公共部门。因此,他们很容易受到政策旨在缓解气候变化,可能呈现英国电气和电子工程行业部门与世界其他国家的竞争力,特别是缺乏一个共同的全球标准为减少碳排放和上升能源成本。结果,这些行业将更有可能在不久的将来使用环保回收解决方案。

结论和观点

因为他们的简单的形式和化学内容,浪费了实验室回收是众所周知的。因为回收和精炼铅化合物的纯度不够高重用的新实验室,回收实验室循环经济是至关重要的。虽然实验室回收业务允许99%的电池的回收,临终实验室回收也是世界上污染最严重的工业过程。因为不受监管的非正式回收的存在,有效管理和实验室回收行业的增长是极其困难的。而铅暴露和发射率在发达国家严格管理和监管,他们在低到中等收入国家要大得多。因为它的基本结构和化学组成,使用实验室很容易回收。回收和精炼铅化合物的纯度不够高重用在新实验室,使回收实验室循环经济的关键。虽然实验室回收业务允许99%的电池回收,临终实验室回收也是世界上污染最严重的工业过程。由于不受监管的非正式回收的存在,有效管理和实验室回收行业的增长是极其困难的。而铅暴露和释放率在发达国家严格管理和监管,他们在低到中等收入国家明显更大。这导致了铅污染和中毒;举个例子,在过去的十年中,10个主要铅中毒事件被记录在中国,而考试的工人在肯尼亚冶炼厂表示血铅水平通常允许超过六倍。因此,迫切需要研究和发展的独特的和更好的回收技术能源效率高,对环境友好,成本效益,因此确保电池技术的长期生存能力。