一種鉛酸蓄電池廢酸回收系統及殘液處理方法與流程
2023-06-05 03:16:31
本發明屬於鉛酸蓄電池回收領域，具體而言，涉及一種鉛酸蓄電池廢酸回收系統及殘液處理方法，可用於鉛酸蓄電池回收廠的廢酸回收。
背景技術：
廢舊鉛酸蓄電池的回收和處理是刻不容緩的，主要有以下兩個原因：一是避免對環境的汙染，二是廢舊電池的回收利用價值相當高。由於經濟效益的驅動，小個體戶在回收過程中缺乏環保意識，隨意拆解，有毒廢酸被人員隨意傾倒，致使廢舊鉛酸蓄電池對環境造成二次汙染，而使廢舊鉛酸蓄電池對人類造成巨大危害，這些均是在廢舊鉛酸蓄電池的處理過程中應當予以避免的。
據統計，我國每年廢鉛酸蓄電池產生量達幾百萬噸，破碎回收所產生的廢酸佔鉛酸蓄電池總重20％左右，量非常大，廢舊鉛酸蓄電池進行破碎所產生的廢酸中含有較多鐵離子、鉛離子、大顆粒雜質，鐵離子含量一般在0.16％，還含有其它的變價元素如錳、銅，而鉛酸蓄電池就鐵離子要求只能在幾個ppm以內，故不能直接用於鉛酸蓄電池的電解液，現在基本採用氫氧化鈉中和制硫酸鈉的方法處理廢酸，但此方法所產生的硫酸鈉銷路不廣，而且成本高。
因此，有必要設計一種鉛酸蓄電池廢酸回收系統及殘液處理方法，回收的廢酸可以直接回用作鉛酸蓄電池的電解液使用，減少二次汙染。
技術實現要素：
針對以上技術問題，本發明的目的在於提供經濟又環保的回收系統及方法，用於處理鉛酸蓄電池廢酸，採用此回收系統及方法能將廢酸回收用作鉛酸蓄電池用硫酸，系統經濟成本低，而且對產生的殘液提出了有效的解決方法。
為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
所述的鉛酸蓄電池廢酸回收系統包括廢酸儲罐、耐酸泵、板框壓濾設備、濾液檢測設備、儲酸罐、MF循環泵、陶瓷膜設備、NA儲酸罐Ⅰ、配酸罐、急冷塔Ⅰ、NA循環泵Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅰ、NA儲酸罐Ⅱ、急冷塔Ⅱ、NA循環泵Ⅱ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ、NB儲酸罐、急冷塔Ⅲ、NB循環泵、耐酸納濾膜B設備、成品酸儲罐；所述廢酸儲罐通過輸酸管道依次與耐酸泵、板框壓濾設備、濾液檢測設備連接，濾液檢測設備通過殘液管道與廢酸儲罐連接；濾液檢測設備通過輸酸管道依次與儲酸罐、MF循環泵、陶瓷膜設備連接，陶瓷膜設備通過回流酸管道與儲酸罐連接；陶瓷膜設備通過輸酸管道依次與NA儲酸罐Ⅰ、配酸罐、急冷塔Ⅰ、NA循環泵Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅰ連接，耐酸納濾膜A設備Ⅰ通過回流酸管道與配酸罐連接；耐酸納濾膜A設備Ⅰ通過輸酸管道依次與NA儲酸罐Ⅱ、急冷塔Ⅱ、NA循環泵Ⅱ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ連接，耐酸納濾膜A設備Ⅱ通過回流酸管道與NA儲酸罐Ⅱ連接；耐酸納濾膜A設備Ⅱ通過輸酸管道依次與NB儲酸罐、急冷塔Ⅲ、NB循環泵、耐酸納濾膜B設備連接，耐酸納濾膜B設備通過回流酸管道與NB儲酸罐連接，耐酸納濾膜B設備通過輸酸管道與成品酸儲罐連接。
作為優選，所述板框壓濾設備的底部設有泥垢收集容器。
作為優選，所述陶瓷膜設備、耐酸納濾膜A設備Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ、耐酸納濾膜B設備上均設有清洗入口，清洗入口分別與外部清洗泵連接，清洗泵均與外部純水罐連接，其中，陶瓷膜設備中的陶瓷膜的材質為無機多孔陶瓷，耐酸納濾膜A設備Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ、耐酸納濾膜B設備中的耐酸納濾膜的材質為特種高分子複合膜，PH適用範圍為2～11。
作為優選，所述儲酸罐、配酸罐、NA儲酸罐Ⅱ、NB儲酸罐對應的回流酸管道上分別設有三通閥Ⅰ、三通閥Ⅱ、三通閥Ⅲ、三通閥Ⅳ，三通閥Ⅰ、三通閥Ⅱ、三通閥Ⅲ、三通閥Ⅳ上均設有殘液出口。
作為優選，所述配酸罐、NA儲酸罐Ⅱ、NB儲酸罐的結構與儲酸罐相似，儲酸罐上設有導液管Ⅰ、導液管Ⅱ和導液管Ⅲ，導液管Ⅰ與回流酸管道連接，導液管Ⅱ與濾液檢測設備連接，導液管Ⅲ與MF循環泵連接，導液管Ⅱ和導液管Ⅲ緊挨在一起，導液管Ⅰ位於導液管Ⅱ和導液管Ⅲ的對面。
所述利用鉛酸蓄電池廢酸回收系統回收廢酸的方法具體包括以下步驟：
(1)廢酸收集到廢酸儲罐中，經耐酸泵打入板框壓濾設備，除去顆粒直徑≥0.1mm的不溶物，處理後的產液流入儲酸罐；
(2)儲酸罐中的酸液經MF循環泵壓入陶瓷膜設備，除去不溶性雜質，未通過的酸液回流進儲酸罐中，通過的酸液流入NA儲酸罐Ⅰ中，再將酸液流入配酸罐中，當檢測到三通閥Ⅰ處不溶性雜質含量≥25mg/L時，打開三通閥Ⅰ的殘液出口；
(3)往配酸罐中加入純水，調節酸液含酸量≤13％，經NA循環泵Ⅰ壓入耐酸納濾膜A設備Ⅰ中，通過的酸液流入NA儲酸罐Ⅱ中，未通過的回流進配酸罐中，酸液經過耐酸納濾膜A設備Ⅰ時，動能減少生成熱能，回流酸將產生的熱量帶入配酸罐中，加熱配酸罐中的酸液，耐酸納濾膜A設備Ⅰ初次運行無需開啟急冷塔Ⅰ，當耐酸耐酸納濾膜A設備Ⅰ中膜的溫度升到35℃～40℃時，開啟急冷塔Ⅰ，利用急冷塔Ⅰ將流入耐酸納濾膜A設備Ⅰ的溫度控制在35℃～45℃，實驗證明：當耐酸納濾膜溫度越高，膜通量越大，但溫度越高，雜質透過率也增加，膜使用壽命也大幅度降低；當檢測到三通閥Ⅱ處雜質含量≥0.5％時，打開三通閥Ⅱ的殘液出口；
(4)NA儲酸罐Ⅱ中的酸液經NA循環泵Ⅱ壓入耐酸納濾膜A設備Ⅱ中，通過的酸液流入NB儲酸罐中，未通過的回流進NA儲酸罐Ⅱ中，如步驟(3)，利用回流酸來加熱NA儲酸罐Ⅱ中的酸液，利用急冷塔Ⅱ將流入耐酸納濾膜A設備Ⅱ的溫度控制在35℃～45℃，保證高產率的同時保護膜，當檢測到三通閥Ⅲ處雜質含量≥0.07％時，打開三通閥Ⅲ的殘液出口；
(5)NB儲酸罐中的酸液經NB循環泵壓入耐酸納濾膜B設備中，未通過的回流進NB儲酸罐中，通過的酸液流入成品酸儲罐中進行儲存，如步驟(3)，利用回流酸來加熱NB儲酸罐中的酸液，利用急冷塔Ⅲ將流入耐酸納濾膜B設備的溫度控制在35℃～45℃，保證高產率的同時保護膜，當檢測到三通閥Ⅲ處雜質含量≥0.07％時，打開三通閥Ⅲ的殘液出口。
作為優選，在步驟(2)中，酸液流入陶瓷膜設備的壓力為2.0～3.5bar，溫度為5～50℃。
作為優選，在步驟(3)、(4)、(5)中，調節耐酸納濾膜A設備Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ、耐酸納濾膜B設備的進酸壓力為5.0～9.5bar，進酸溫度為5～45℃。
作為優選，在步驟(1)中，初次使用或清洗過的板框壓濾設備處理酸液後，需經濾液檢測設備檢測到產液中不溶性雜質小於0.1mm，才能流入儲酸罐。
所述利用鉛酸蓄電池廢酸回收系統處理殘液的方法，具體包括以下幾點：
(1)所述板框壓濾設備累積的泥垢與鉛膏混合，鉛膏與泥垢的質量比大於100，經脫硫之後作為迴轉窯冶煉再生鉛的原料；
(2)陶瓷膜設備產生的殘液，從三通閥Ⅰ的殘液出口打入廢酸儲罐中，再經板框壓濾設備壓濾；
(3)酸納濾膜A設備Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ、耐酸納濾膜B設備產生的殘液，與工業濃硫酸配成濃度為94％～95％的濃硫酸，作為蒸餾硫酸用配酸液，其中，耐酸納濾膜A設備Ⅰ殘液、耐酸納濾膜A設備Ⅱ殘液以及耐酸納濾膜B設備殘液與純水之和的質量比為1：10：100。
本發明的有益效果：
本發明與現有的解決鉛酸電池回收所產生廢酸的措施相比，成本比較低，能夠將廢酸中鐵、錳、銅的含量降低到電池使用標準內，可以直接回用作鉛酸蓄電池的電解液；回流酸管道、儲酸罐的設計利用了回流酸帶出的動能損耗熱來加熱上一級產液，從而提高酸液的膜通量，在不增加其它能耗的同時提高了產率；耐酸納濾膜的合理組合，最高產液率相關參數的設定，以及對於提高產液品質的相關操作，能實現硫酸在蓄電池行業內循環使用，對回收過程中產生的殘液、泥垢進行合理利用，實現零排放，避免了二次汙染的產生。
附圖說明
圖1為本發明的流程圖；
圖2為儲酸罐的結構示意圖。
圖中，1-廢酸儲罐、2-耐酸泵、3-板框壓濾設備、4-儲酸罐、5-MF循環泵、6-陶瓷膜設備、6a-陶瓷膜設備清洗入口、7-NA儲酸罐Ⅰ、8-配酸罐、9-NA循環泵Ⅰ、10-耐酸納濾膜A設備Ⅰ、10a-耐酸納濾膜A設備Ⅰ清洗入口、11-NA儲酸罐Ⅱ、12-NA循環泵Ⅱ、13-耐酸納濾膜A設備Ⅱ、13a-耐酸納濾膜A設備Ⅱ清洗入口、14-NB儲酸罐、15-NB循環泵、16-耐酸納濾膜B設備、16a-耐酸納濾膜B設備清洗入口、17-成品酸儲罐、18-導液管Ⅰ、19-導液管Ⅱ、20-導液管Ⅲ。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例和圖1-2，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
所述的鉛酸蓄電池廢酸回收系統包括廢酸儲罐1、耐酸泵2、板框壓濾設備3、濾液檢測設備、儲酸罐4、MF循環泵5、陶瓷膜設備6、NA儲酸罐Ⅰ7、配酸罐8、急冷塔Ⅰ、NA循環泵Ⅰ9、耐酸納濾膜A設備Ⅰ10、NA儲酸罐Ⅱ11、急冷塔Ⅱ、NA循環泵Ⅱ12、耐酸納濾膜A設備Ⅱ13、NB儲酸罐14、急冷塔Ⅲ、NB循環泵15、耐酸納濾膜B設備16、成品酸儲罐17。
所述廢酸儲罐1通過輸酸管道依次與耐酸泵2、板框壓濾設備3、濾液檢測設備連接，板框壓濾設備3的底部設有泥垢收集容器，能夠對回收過程中產生的泥垢進行收集，濾液檢測設備通過殘液管道與廢酸儲罐1連接。
濾液檢測設備通過輸酸管道依次與儲酸罐4、MF循環泵5、陶瓷膜設備6連接，陶瓷膜設備6通過回流酸管道與儲酸罐4連接，其中，儲酸罐4上設有導液管Ⅰ18、導液管Ⅱ19和導液管Ⅲ20，導液管Ⅰ18與回流酸管道連接，導液管Ⅱ19與濾液檢測設備連接，導液管Ⅲ20與MF循環泵5連接，導液管Ⅱ19和導液管Ⅲ20緊挨在一起，導液管Ⅰ18位於導液管Ⅱ19和導液管Ⅲ20的對面；回流酸管道上設有三通閥Ⅰ，三通閥Ⅰ上設有殘液出口，陶瓷膜設備6中陶瓷膜的材質為無機多孔陶瓷，陶瓷膜設備6上設有陶瓷膜設備清洗入口6a，陶瓷膜設備清洗入口6a與外部清洗泵連接，清洗泵均與外部純水罐連接，通過清洗，將沉積在陶瓷膜上的雜質給洗掉，從而提高產液通量。
陶瓷膜設備6通過輸酸管道依次與NA儲酸罐Ⅰ7、配酸罐8、急冷塔Ⅰ、NA循環泵Ⅰ9、耐酸納濾膜A設備Ⅰ10連接，耐酸納濾膜A設備Ⅰ通過回流酸管道與配酸罐8連接，其中，配酸罐8的結構與儲酸罐4相似，回流酸管道上設有三通閥Ⅱ，三通閥Ⅱ上設有殘液出口，耐酸納濾膜A設備Ⅰ10中的耐酸納濾膜的材質為特種高分子複合膜，PH適用範圍為2～11，耐酸納濾膜A設備Ⅰ10上設有耐酸納濾膜A設備Ⅰ清洗入口10a，耐酸納濾膜A設備Ⅰ清洗入口10a與外部清洗泵連接，清洗泵與外部純水罐連接，通過清洗將沉積、吸附在耐酸納濾膜A設備Ⅰ10上的雜質洗掉，從而提高產液通量。
耐酸納濾膜A設備Ⅰ10通過輸酸管道依次與NA儲酸罐Ⅱ11、急冷塔Ⅱ、NA循環泵Ⅱ12、耐酸納濾膜A設備Ⅱ13連接，耐酸納濾膜A設備Ⅱ13通過回流酸管道與NA儲酸罐Ⅱ11連接，其中，NA儲酸罐Ⅱ11的結構與儲酸罐4相似，回流酸管道上設有三通閥Ⅲ，三通閥Ⅲ上設有殘液出口，耐酸納濾膜A設備Ⅱ13中的耐酸納濾膜的材質為特種高分子複合膜，PH適用範圍為2～11，耐酸納濾膜A設備Ⅱ13上設有耐酸納濾膜A設備Ⅱ清洗入口13a，耐酸納濾膜A設備Ⅱ清洗入口13a與外部清洗泵連接，清洗泵均與外部純水罐連接，通過清洗將沉積、吸附在耐酸納濾膜A設備Ⅱ13上的雜質洗掉，從而提高產液通量。
耐酸納濾膜A設備Ⅱ13通過輸酸管道依次與NB儲酸罐14、急冷塔Ⅲ、NB循環泵15、耐酸納濾膜B設備16連接，耐酸納濾膜B設備16通過回流酸管道與NB儲酸罐14連接，其中，NB儲酸罐14的結構與儲酸罐4相似，回流酸管道上設有三通閥Ⅳ，三通閥Ⅳ上設有殘液出口，耐酸納濾膜B設備16通過輸酸管道與成品酸儲罐17連接，耐酸納濾膜B設備16中的耐酸納濾膜的材質為特種高分子複合膜，PH適用範圍為2～11，耐酸納濾膜B設備16上設有耐酸納濾膜B設備清洗入口16a，耐酸納濾膜B設備清洗入口16a與外部清洗泵連接，清洗泵均與外部純水罐連接，通過清洗將沉積、吸附在耐酸納濾膜B設備19上的雜質洗掉，從而提高產液通量。
以廢舊鉛酸蓄電池回收廠所產生的廢酸用作試驗測試用，廢酸流入廢酸儲罐，並取樣檢測其中可溶性雜質含量，根據雜質含量調整後面陶瓷膜設備、耐酸納濾膜A設備Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ、耐酸納濾膜B設備的使用的參數。
所述利用鉛酸蓄電池廢酸回收系統回收廢酸的方法具體包括以下步驟：
(1)廢酸收集到廢酸儲罐中，經耐酸泵打入板框壓濾設備，除去顆粒直徑≥0.1mm的不溶物，處理後的產液流入儲酸罐，初次使用或清洗過的板框壓濾設備處理酸液後，需經濾液檢測設備檢測到產液中不溶性雜質小於0.1mm，才能流入儲酸罐。
(2)儲酸罐中的酸液經MF循環泵壓入陶瓷膜設備，酸液流入陶瓷膜設備的壓力為2.0～3.5bar，溫度為5～50℃，除去不溶性雜質，未通過的酸液回流進儲酸罐中，酸液在通過陶瓷膜設備時產生了壓差，即酸液的流速變慢，動能轉換為熱能，回流之後的酸液會帶出許多熱量，利用帶出的熱量給儲酸罐中的酸液加熱，提高陶瓷膜的產液通量，通過的酸液流入NA儲酸罐Ⅰ中，再將酸液流入配酸罐中，當檢測到三通閥Ⅰ處不溶性雜質含量≥25mg/L時，打開三通閥Ⅰ的殘液出口。
(3)往配酸罐中加入純水，調節酸液含酸量≤13％，經NA循環泵Ⅰ壓入耐酸納濾膜A設備Ⅰ中，調節耐酸納濾膜A設備Ⅰ的進酸壓力為5.0～9.5bar，進酸溫度為5～45℃，通過的酸液流入NA儲酸罐Ⅱ中，未通過的回流進配酸罐中，酸液經過耐酸納濾膜A設備Ⅰ時，動能減少生成熱能，回流酸將產生的熱量帶入配酸罐中，加熱配酸罐中的酸液，耐酸納濾膜A設備Ⅰ初次運行無需開啟急冷塔Ⅰ，當耐酸耐酸納濾膜A設備Ⅰ中膜的溫度升到35℃～40℃時，開啟急冷塔Ⅰ，利用急冷塔Ⅰ將流入耐酸納濾膜A設備Ⅰ的溫度控制在35℃～45℃，實驗證明：當耐酸納濾膜溫度越高，膜通量越大，但溫度越高，雜質透過率也增加，膜使用壽命也大幅度降低；當檢測到三通閥Ⅱ處雜質含量≥0.5％時，打開三通閥Ⅱ的殘液出口。
(4)NA儲酸罐Ⅱ中的酸液經NA循環泵Ⅱ壓入耐酸納濾膜A設備Ⅱ中，調節耐酸納濾膜A設備Ⅱ的進酸壓力為5.0～9.5bar，進酸溫度為5～45℃，通過的酸液流入NB儲酸罐中，未通過的回流進NA儲酸罐Ⅱ中，如步驟(3)，利用回流酸來加熱NA儲酸罐Ⅱ中的酸液，利用急冷塔Ⅱ將流入耐酸納濾膜A設備Ⅱ的溫度控制在35℃～45℃，保證高產率的同時保護膜，當檢測到三通閥Ⅲ處雜質含量≥0.07％時，打開三通閥Ⅲ的殘液出口。
(5)NB儲酸罐中的酸液經NB循環泵壓入耐酸納濾膜B設備中，調節耐酸納濾膜B設備的進酸壓力為5.0～9.5bar，進酸溫度為5～45℃，未通過的回流進NB儲酸罐中，如步驟(3)，利用回流酸來加熱NB儲酸罐中的酸液，利用急冷塔Ⅲ將流入耐酸納濾膜B設備的溫度控制在35℃～45℃，保證高產率的同時保護膜，當檢測到三通閥Ⅲ處雜質含量≥0.07％時，打開三通閥Ⅲ的殘液出口；通過的酸液流入成品酸儲罐中進行儲存，經過耐酸納濾膜B設備的處理，酸液中可溶雜質(離子)含量可以降低到生產所需要的要求，得到很純的硫酸，可用作鉛酸蓄電池生產用電解液，實現鉛酸蓄電池所用硫酸在行業內部循環。
所述利用鉛酸蓄電池廢酸回收系統處理殘液的方法，具體包括以下幾點：
(1)板框壓濾設備產液通量有明顯變化時，一般處理500噸之後，通量明顯減少，這時，將板框壓濾設備拉開，把泥垢收集到泥垢收集容器內，將累積的泥垢與鉛膏混合，鉛膏與泥垢的質量比大於100，經脫硫之後作為迴轉窯冶煉再生鉛的原料。
(2)陶瓷膜設備產生的殘液，從三通閥Ⅰ的殘液出口打入廢酸儲罐中，再經板框壓濾設備壓濾，進行再一次的壓濾，可以提高廢酸的回收率。
(3)酸納濾膜A設備Ⅰ、耐酸納濾膜A設備Ⅱ、耐酸納濾膜B設備產生的殘液，分別從三通閥Ⅱ、三通閥Ⅲ、三通閥Ⅳ的殘液出口排出，將耐酸納濾膜A設備Ⅰ殘液、耐酸納濾膜A設備Ⅱ殘液、耐酸納濾膜B設備殘液與純水之和按質量比為1：10：100配置成殘液混合物，殘液混合物與工業濃硫酸配成濃度為94％～95％的濃硫酸，作為蒸餾硫酸用配酸液，此種處理方法，在硫酸蒸餾配酸原料問題得到有效解決的同時，也解決了殘液處理問題。
實驗分析：
對實施例中各環節的樣品液進行檢測，將廢酸回收系統各環節樣品液中各金屬離子的含量、以及蓄電池用電解液中各金屬離子含量統計在表1中。
表1各環節樣品液中各金屬離子含量對照表
從表1中可以看出：鉛酸蓄電池所產生的廢硫酸經過實施例提供的回收系統和回收方法處理後，能夠滿足蓄電池的使用標準，實現硫酸在整個鉛酸蓄電池生產系統內部循環，進一步提高了鉛酸蓄電池的環保性。
本發明與現有的解決鉛酸電池回收所產生廢酸的措施相比，成本比較低，能夠將廢酸中鐵、錳、銅的含量降低到電池使用標準內，可以直接回用作鉛酸蓄電池的電解液；回流酸管道、儲酸罐的設計利用了回流酸帶出的動能損耗熱來加熱上一級產液，從而提高酸液的膜通量，在不增加其它能耗的同時提高了產率；耐酸納濾膜的合理組合，最高產液率相關參數的設定，以及對於提高產液品質的相關操作，能實現硫酸在蓄電池行業內循環使用，對回收過程中產生的殘液、泥垢進行合理利用，實現零排放，避免了二次汙染的產生。
最終，以上實施例僅用以說明鉛酸蓄電池廢酸回收系統及殘液處理方法的技術方案而非限制，儘管通過上述實施例已經對鉛酸蓄電池廢酸回收系統、回收方法、殘液處理方法進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。