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...
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
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.
电流、电压变化及电解时间.
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;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
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.
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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)
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8.乐颂光.鲁君乐.何静 再生有色金属生产 2006
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