基本信息
- 项目名称：
- 废旧铅膏湿法低温清洁回收超细铅粉及高性能铅酸蓄电池制作
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 在国家“十二五”规划重点整治重金属污染的背景下，提出一条从废旧铅酸蓄电池回收、超细铅粉的制备到高性能电池制作的一体化工艺。引入柠檬酸根的螯合作用实现了铅膏的常温高效脱硫,浸出过程最大铅回收率达98.5%。浸出产物柠檬酸铅前驱体低温焙烧可制得可直接用于电池制备的超细铅粉。新工艺流程短，能耗低，污染排放少，可制得性能优越的铅酸蓄电池，对促进我国再生铅企业的转型和铅酸蓄电池企业的发展意义重大。
- 详细介绍：
- 传统工艺中铅膏要经过1000℃以上的高温熔炼脱硫，此过程中不仅耗能高，而且排放了大量的SO2以及铅尘对环境造成很大的污染。熔炼后的产物粗铅锭经精炼后制成精铅。为满足电池活性物质的要求，再利用巴顿法或岛津法将精铅制成具有一定氧化度的PbO/Pb粉体（后面简称铅粉）。这种铅粉即可作为活性物质用于电池的制作。 本作品采用湿法工艺，铅膏在柠檬酸根的螯合作用下常温浸出，铅膏脱硫率高达98.5%以上。浸出后的滤液冷却结晶得到Na2SO4副产品，滤饼为柠檬酸铅前驱体。柠檬酸铅前驱体在370℃左右的低温下焙烧得到氧化度可控的纳米级超细铅粉。该超细铅粉粒径小、比表面积大，比能量密度高，活性物质利用率大，电池的初始容量大，制作电池具有一定优势
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的及思路：在铅酸蓄电池回收方面，现有的处理工艺普遍存在着能耗高，污染重，工艺复杂等问题。在铅酸电池的制备方面，铅粉的性质对于整个铅酸蓄电池的性能有重要作用。传统铅粉电化学性能还欠改善，生产工艺存在很多不足。超细铅粉较传统铅粉在制备电池方面有很多优点，但目前超细铅粉的制备成本很高。为解决以上问题，本作品利用柠檬酸根离子的螯合作用湿法处理铅膏，室温下获得柠檬酸铅前驱体，然后低温焙烧获得超细铅粉。该超细铅粉，可直接用于制作高性能铅酸蓄电池。这是一条绿色的铅酸电池回收与制备一体化工艺。 创新点：1.引入柠檬酸根离子的螯合作用，实现了废旧铅膏的高效率脱硫，脱硫率高达98.5%.2.浸出制备的柠檬酸铅前驱体在低温条件下焙烧即可制备出电池活性物质，与传统工艺相比，很大的降低了能耗与污染。3.探讨了以实际铅膏为起始物合成柠檬酸铅前驱体的热分解规律，并最终制备出氧化度可控的，可直接用于电池生产的活性物质，简化了工艺路线，节省了生产成本。 主要技术关键：1.研究各个反应条件对浸出效率的影响，以获得最佳的浸出条件，实现较高的脱硫率与铅回收率；2.研究焙烧规律最终得到性能优异的超细铅粉；3.制作出合格的铅酸蓄电池并评价其性能； 主要技术指标：1.通过实验获取最佳的浸出实验条件，完成对前驱体的物理及化学分析与表征。2.完成初步的超细粉体的电化学微观测试，以及物理化学特征值的测试。3.达到“小型阀控密封式铅酸蓄电池技术条件GB/T 19639.1-2005”的要求，制作出合格的铅酸蓄电池模型。
科学性、先进性
- 该作品的先进性在于贯彻了环保的理念，将废铅酸电池处理和超细铅粉的制备以及电池的制作联系起来。 该作品中所使用的自制超细铅粉粒径小、比表面积大，可提高活性物质利用率。具有一定的氧化度，可提高电池的初始容量，提升电池的能量密度，制作电池具有明显的优势。 本作品采用湿法工艺对废旧铅膏进行回收，避免了火法熔炼的高污染、高能耗等问题。相比于目前大多用于铅膏湿法浸出的浸出剂而言，本工艺创新之处引入的柠檬酸不但解决了脱硫率不高的问题，而且得到的前驱体柠檬酸铅为一种有机金属螯合物。前驱体经低温焙烧后得到超细铅粉，蓬松而多孔，显著改善了铅粉的粒径，同时其氧化度可控，也为后续的电池制作提供了广大的空间。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年于湖北省华中科技大学“求是杯”大学生课外科技创新比赛获优胜奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物，模型，照片，演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品以市场上的铅蓄电池为基本结构，严格遵循制作规范，所不同的是电极材料采用自制的超细铅粉，其电化学性能较传统铅蓄电池优异。 该作品中所使用的超细铅粉的制造工艺以废铅膏为原料，结合了废旧铅酸电池的清洁回收。整个铅粉制备过程以柠檬酸铅前躯体的热分解（300~500℃）为基础，通过对气氛、温度、时间等的控制，得到粒径、氧化度、晶型组成等合格的超细铅粉。 市场推广的技术要点在于找到该铅粉适合的电池载体，并在电池种类确定的基础上优化新工艺参数。 综上，该工艺可以将废旧铅酸电池回收企业与铅酸电池制作企业结合起来，既实现了末端治理，又减少了铅矿的开采，而且可制备出高性能的铅酸蓄电池，可以在我国铅酸蓄电池行业实行产业化推广。
同类课题研究水平概述
- 目前，国内外现有铅膏回收工艺主要有火法、湿法-火法联合以及湿法三种。从循环经济的角度出发，最理想的生产模式是“制造-回收-生产”的封闭循环。上述工艺中铅膏中的铅均以单质铅回收，若要制得铅粉需再次加工。若从铅膏中直接回收得到一氧化铅，那将是比较理想的工艺。 目前国内的铅回收工艺主要是以火法为主，而火法的主要问题就是能耗高，污染严重；国外大部分企业采用湿法-火法联合处理工艺，但是该工艺的问题就在于脱硫不彻底，且仍有一些污染问题；国外一些示范小厂正尝试采用全湿法处理工艺，该工艺的问题是回收流程太长。 有关铅酸蓄电池性能方面的研究主要集中在添加剂、新型板栅、超级电池等方面，铅粉的研究则相对较少。铅粉是铅酸蓄电池极板上的主要活性物质，它对电池性能的优劣起着重大作用。近年来铅粉的研究热点之一即超细铅粉的化学合成。国际铅锌研究组织（International Lead Zinc Research Organization, ILZRO）早期便设立了重大专项开展铅酸蓄电池活性物质铅粉的研究。国内外铅酸蓄电池活性物质铅粉的研究进展如表2所示。然而这几种方法因都采用了价格昂贵的化学试剂，原料成本高，规模化生产受到限制。目前，还没有以废旧铅酸电池为起始原料来合成超细铅粉，并直接用于电池活性材料的报道。
