水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法及裝置的製作方法

2023-06-01 23:18:36

專利名稱：水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及鉛資源溼法再生技術領域，特別是涉及一種連續電解再生含鉛物料中 鉛的方法和裝置。
背景技術：
目前，鉛酸蓄電池得到了廣泛使用，但隨之也帶來了該電池在失效報廢后的處理 問題。由於鉛材料的特殊性，若對該廢電池不很好地處理和利用，既會對生態環境造成危 害，同時也是鉛資源的一大損失。因此廢鉛酸蓄電池及其它含鉛物料(如鉛蓄電池生產過 程中產生的含鉛的膏泥料)必須得到合理的處理和利用。對於廢鉛酸蓄電池和含鉛物料的 資源化處理，已經開發了規模化生產的火法工藝，溼法技術也有所研發。火法技術得到了較 廣泛的應用，但其處理溫度高，鉛資源回收率較低，同時鉛蒸汽與二氧化硫釋放所產生的環 境汙染嚴重，已經產生了嚴重的後果。溼法電解再生鉛的方法和技術因處理溫度低(室溫 和常溫)，對環境汙染小，鉛回收率高等特點已經受到了較大的重視。目前該技術主要集中 在酸法和鹼法兩大工藝。採用鹼性介質的電解技術的原理是利用鉛的硫酸鹽、氧化鉛等物 料的陰極還原反應。目前該工藝實施中採用了常規的箱式電解槽和間歇電解方式，其不足 之處為(1)由於電解槽中的陰、陽極採用豎直放置，導致陽極產生的氧氣及不同電解階段 陰極產生的部分氫氣自下而上析出，使陰陽極之間的電解液充有大量氣泡、形成氣阻層，增 大槽電壓和能耗，幹擾電流均勻分布；(2)電解時，電極豎直放置，為了避免陰極框架中物 料脫殼而引起陰、陽極間短路，一般選擇較大陰陽極間距(如8cm)，導致槽電壓高，電解能 耗大；(3)由於電極豎直放置，當電流較大或電解後期，陰極析氫產生大量氣泡會使陰極表 面的鉛粉料層衝刷、疏鬆，導致向外界溶液中分散海綿狀鉛漂浮物，易引起極間短路，同時 鉛產物也會落入電解槽底部，造成收集困難，增加清淤頻率並構成隱患；(4)生產採用了間 歇式操作模式，電解結束後需切斷電源，從電槽中吊出質量很大的陰極板並取出鉛泥，勞動 作業量過大，同時影響生產效率。

發明內容
為了克服已有電解再生含鉛物料中鉛資源方法存在的間歇式的生產方式、陽極氣 阻效應、槽電壓較高等不足，本發明提出一種能夠實現連續化電解生產的工作方式，能夠避 免或大幅度減輕氣阻效應、降低槽電壓及有效提高生產效率的水平移動式連續電解再生含 鉛物料中鉛的方法及裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，以廢鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電 池生產過程中的含鉛膏泥為原料進行電解再生，電解過程中，採用鹼性電解液，陰陽極均以 水平方式布置，待處理的含鉛膏泥填塗於陰極盤上連續水平移動，同時被電解還原成鉛，實 現鉛的連續化電解再生；電解運行時，先將含鉛膏泥均勻填塗於陰極盤中，然後通過進料機械裝置把陰極盤從入料口逐個放入電解液，置於傳輸履帶上面，通過驅動裝置帶動履帶傳動，使陰極盤連 續向前傳輸；當陰極盤被傳輸履帶傳送至電解槽出料口時，通過出料機械裝置把陰極盤取 出；電解產物經後處理製成鉛錠。進一步，以溫度在20°C 70°C、質量分數為4 40%的氫氧化鈉溶液為電解液，控 制陽極與陰極的極間距為1 5cm，控制陰極表觀電流密度為100 600A/m2。

再進一步，所述含鉛膏泥為經脫除硫酸根後的含鉛膏泥。或者是，所述含鉛膏泥為未經脫除硫酸根處理的含鉛膏泥。對於含鉛膏泥不經脫 除硫酸根處理的情況，需對電解液定期採用結晶法脫除其中的硫酸鈉。所述的含鉛膏泥在填塗至陰極盤中前，先用質量分數為10 30%的氫氧化鈉溶 液把物料調成膏狀，並使含鉛膏泥的密度達到2 5g/cm3。更進一步，所述的電解產物後處理的方法是將電解結束後取出的陰極盤上的物料 取下，轉入產物貯槽，在氮氣氛中進行壓塊脫水，然後進入熔鉛爐，熔化成鉛液，最後澆鑄成 鉛錠。一種水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的裝置，所述裝置包括水平移動式陰 極、陽極、電解槽體和電解液循環系統，所述水平移動式陰極包括雙排同軸履帶、陰極導電 銅排和陰極盤組成，所述雙排同軸履帶水平布置在電解槽下部，通過外置電機和變速系統 帶動轉軸傳動，連續前行；所述陰極導電銅排布置在雙排履帶中間下方，銅排上部設有放置 液態導電劑的水平槽；所述陰極盤水平置於雙排履帶上，陰極盤底部設有導電桿；所述導 電桿穿過所述同軸雙排履帶的中間間隙與所述銅排上部水平槽中的液態導電劑電連接。進一步，所述陽極通過機架水平布置在陰極上方，所述機架設有高度調節杆調節 陽極與陰極之間的間距；所述陽極包括陽極外框、內結構件和導電條，所述內結構件與外框 電連接，所述導電條位於陽極外框的兩側，所述導電條與主銅排導電連接。更進一步，所述電解槽體採用耐鹼材料，所述電解槽兩端設有陰極盤進、出的機械
直ο再進一步，所述電解液循環系統包括設有加熱冷卻設備的高位貯槽和低位貯槽， 所述的高位貯槽和低位貯槽分別與電解槽的電解液進口和電解液出口連接，所述的高位貯 槽通過循環泵與低位貯槽連接；所述的電解液在高位貯槽、電解槽、低位貯槽間實現循環。本發明的技術構思為採用陰極水平移動式連續電解方式，電解槽中陰、陽極均水 平放置，其中陰極設置在電解槽下部，通過履帶帶動陰極物料盤前行，採用液態導電劑電聯 接，實現陰極物料連續電解再生；陽極水平布置於陰極上方，採用便於氣體逸出的電極結 構，使氣泡直接導出，避免或大幅減輕氣阻效應；陰極物料的水平放置以及陽極氣泡的快速 逸出，能儘可能地減小陰陽極間距，有利於降低槽電壓和改善陰陽極電流的均勻分布。本發明的有益效果主要表現在(1)陰陽極採用水平布置方式，陽極上析出的氧氣泡可直接逸出，不易造成陰、陽 極間電解液的氣阻效應，能較顯著地降低槽電壓，有利於陰陽極電流均勻分布；(2)陰陽極採用水平布置方式，待處理鉛膏泥水平填塗於陰極盤中，不會出現鉛膏 泥與陰極導電框(板)之間的電接觸不良以及鉛泥從陰極框上脫離或掉下的現象；(3)陰陽極間距可減小到較低的程度，如1 2cm，有利於進一步降低槽電壓；(4)採用履帶傳動帶動陰極物料盤連續移動，生產過程連續穩定，操作簡單，能大幅提高生產效率。相對於傳統的含鉛膏泥陰極還原平均槽電壓在2. 5V左右，採用本發明技術的槽 電壓能減小到2. OV以下(有情況可降低到1. 7V以下)，具體直流電耗根據鉛膏原料組成不 同數值有差異，以普通廢鉛酸蓄電池鉛膏計量，直流電耗節省約50kWh/t Pb以上。


圖1是水平移動式電解槽的結構示意圖。圖2是陰極導電銅排的截面示意圖。圖3是陽極結構示意圖。 圖4是電解液循環示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。實施例1參照圖1 圖4，一種水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，以廢鉛酸蓄 電池及鉛酸蓄電池生產過程中產生的含鉛膏泥為原料進行電解再生，電解過程中，採用鹼 性電解液，陰陽極均以水平方式布置，待處理的含鉛膏泥填塗於陰極盤上連續水平移動，同 時被電解還原成鉛，實現鉛的連續化電解再生；電解運行時，先將含鉛膏泥均勻填塗於陰極盤中，然後通過進料機械裝置把陰極 盤從入料口逐個放入電解液，置於傳輸履帶上面，通過驅動裝置帶動履帶傳動，使陰極盤向 前連續傳輸；當陰極盤被傳輸履帶傳送至電解槽出料口時，通過出料機械裝置把陰極盤取 出；電解產物經後處理製成鉛錠。以溫度為20°C 70°C、質量分數為4 40%的氫氧化鈉溶液為電解液，控制陽極 框與陰極盤間的極間距1 5cm，控制陰極表觀電流密度為100 600A/m2。所述含鉛膏泥為經脫除硫酸根後的含鉛膏泥。或者是，所述含鉛膏泥為未經脫除 硫酸根處理的含鉛膏泥。對於含鉛膏泥不經脫除硫酸根處理的情況，需對電解液定期採用 結晶法脫除其中的硫酸鈉。所述的含鉛膏泥在填塗至陰極盤中前，先用質量分數為10 30%的氫氧化鈉溶 液進行預處理，使含鉛膏泥的密度達到2 5g/cm3。所述的電解產物後處理的方法是將電解結束後取出的陰極盤上的物料取下，轉入 產物貯槽，在氮氣氛中進行壓塊脫水，然後進入熔鉛爐，熔化成鉛液，最後澆鑄成鉛錠。實施例2參照圖1 圖4，一種水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的裝置，包括用以放 置鹼性電解液的電解槽1和用以放置待電解的含鉛物料的陰極盤7，所述電解槽1的下部設 有傳輸履帶3，所述傳輸履帶3兩端套裝在轉軸2上，所述轉軸2與驅動裝置傳動連接；所述雙排同軸履帶3水平布置在電解槽下部，通過外置電機和變速系統帶動轉軸 傳動，連續前行；所述陰極導電銅排4布置在雙排履帶中間下方，銅排上部設有放置液態導 電劑的水平槽口 ；所述陰極盤7水平置於雙排履帶上，陰極盤7底部設有導電桿；所述導電 杆穿過所述同軸雙排履帶的中間間隙與所述銅排槽口中的液態導電劑10電連接。
所述雙排同軸傳輸履帶3的一端為入料口，另一端為出料口，所述入料口的上方 設有用以將陰極盤從上到下放入入料口的進料機械裝置9，所述出料口的上方設有用以將 陰極盤從下到上送出出料口的出料機械裝置5 ；
所述雙排同軸傳輸履帶3的中間下方設有陰極導電銅排4，所述陰極導電銅排4的 上部設有放置液態導電劑10的水平槽，所述陰極盤7的底部設有導電桿，所述導電桿穿過 所述同軸雙排履帶的中間間隙與所述液態導電劑10電連接。所述傳輸履帶3的上方設有水平布置的陽極框6，所述陽極框6包括陽極外框11、 內筋條12和導電條13，導電條13位於陽極外框11的兩側，其與主銅排導電連接。所述陽 極外框11的中間等間距分布傾斜布置的內筋條12。所述轉軸2上安裝傳動齒輪，所述傳動齒輪和主動齒輪嚙合，所述主動齒輪安裝 在電機8的輸出軸上。所述陽極框6連接高度調節杆，所述高度調節杆可上下滑動地安裝在機架上。例 如可以通過絲杆螺母機構實現上下高度調節，能夠實現陰極和陽極之間的極間距的調節。以廢鉛蓄電池預脫硫後鉛膏作原料，採用如圖1所示的電解槽實現鉛膏 中鉛的再生。其中，電解槽體、陽極框、陰極盤均採用不鏽鋼材料。陰極盤規格長 IOOOmmX寬300mmX高15mm，陰極盤底部中心焊接有直徑CplOmm導電棒；電解槽規格 16mXl. 4mX0. 9m ；電解試驗將預脫硫後的廢電池鉛膏，取適量10%質量濃度的燒鹼溶液，在攪拌 機中將鉛膏視密度調為2. 5g/cm3。經分析，其中的物料組成為=PbO2含量為34. l%，PbO含 量為51. 2%，氫氧化鈉0. 9%，水13. 8%，然後把該鉛膏泥料塗裝於陰極盤並稱量鉛膏的質 量，使每個陰極盤中填裝的鉛膏量為10kg。通過電解槽入料口升降裝置，將陰極盤逐個放到履帶上，設定電機轉速，使履帶以 0. 68m/h速度向前連續傳輸，當陰極盤被履帶傳送至電解槽出料口時，陰極盤通過升降裝置 脫離電源，單盤電解結束。然後將該陰極盤上的物料取下，並將該產物在氮氣氛中進行壓塊 脫水，再進入熔鉛爐，在400°C下熔化成鉛液，最後澆鑄成電解鉛錠。在電解過程中，電解液 為15%質量濃度的氫氧化鈉溶液，電解液溫度為50°C ；電解液循環流量為0. 5L/s,陰陽極 間距為2cm，陰極平均表觀電流密度為500A/m2。利用上述電解裝置，對該水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法的槽電 壓、電流效率和直流能耗進行了考察。當電解運行穩定後，連續進料45個陰極盤，同時也有 45個陰極盤連續出料。所考察的45個陰極盤中的鉛膏泥的總質量為450kg，電解的時間為 20小時。槽電壓1.92V 1.95V。電解出料後，經後處理得到鉛錠339kg，據分析鉛的純度 99. 99%，達到1#鉛標準。據計算，上述電解過程的電流效率為92.0%，鉛膏泥中鉛的收率 為97. 75%，電耗為768. 45kffh/噸鉛(平均槽電壓以1. 93V計)。實施例3本實施例中，電解試驗將預脫硫後的廢電池鉛膏，取適量10%質量濃度的燒鹼 溶液，在攪拌機中將鉛膏視密度調為2. 5g/cm3。經分析，其中的物料組成為PbO2含量為 34. 1 %，PbO含量為51.2%，氫氧化鈉0. 9%，水13. 8%，然後把該鉛膏泥料填塗於陰極盤並 稱量鉛膏的質量，使每個陰極盤中填裝的鉛膏量為10kg。通過電解槽入料口升降裝置，將陰極盤逐個放到履帶上，設定電機轉速，使履帶以0. 55m/h速度向前連續傳輸，當陰極盤被履帶傳送至電解槽出料口時，陰極盤通過升降裝置脫離電源，單盤電解結束。然後將該陰極盤上的物料取下，並將該產物在氮氣氛中進行壓塊 脫水，再進入熔鉛爐，在400°C熔化成鉛液，最後澆鑄成電解鉛錠。在電解過程中，電解液為 20%質量濃度的氫氧化鈉溶液，電解液溫度為50°C;電解液循環流量為0. 5L/s,陰陽極間距 為3cm，陰極平均表觀電流密度為400A/m2。利用上述電解裝置，對該水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法的槽電 壓、電流效率和直流能耗進行了考察。當電解運行穩定後，連續進料45個陰極盤，同時也有 45個陰極盤連續出料。所考察的45個陰極盤中的鉛膏泥的總質量為450kg，電解的時間為 24. 9小時。槽電壓1. 96V 1. 98V。電解出料後，經後處理得到鉛錠340kg，據分析鉛的純 度99. 99%，達到1#鉛標準。據計算，上述電解過程的電流效率為92.3%，鉛膏泥中鉛的收 率為98. 04%，電耗為779. 08kffh/噸鉛(平均槽電壓以1. 97V計)。本實施例的其他方案均與實施例2相同。實施例4參照圖1 圖4，本實施例中，電解試驗將預脫硫後的鉛蓄電池生產中的鉛膏，取 適量10%質量濃度的燒鹼溶液，在攪拌機中將鉛膏視密度調為2. 8g/cm3。經分析，其中的 物料組成為PbO2含量為1. 9 %，PbO含量為84. 5 %，氫氧化鈉0. 8 %，水12. 8 %，然後把該鉛 膏泥塗裝於陰極盤並稱量鉛膏的質量，使每個陰極盤中填裝的鉛膏量為10kg。通過電解槽入料口升降裝置，將陰極盤逐個放到履帶上，設定電機轉速，使履帶以 0. 90m/h速度向前連續傳輸，當陰極盤被履帶傳送至電解槽出料口時，陰極盤通過升降裝置 脫離電源，單盤電解結束。然後將該陰極盤上的物料取下，並將該產物在氮氣氛中進行壓塊 脫水，再進入熔鉛爐，在400°C熔化成鉛液，最後澆鑄成電解鉛錠。在電解過程中，電解液為 10%質量濃度的氫氧化鈉溶液，電解液溫度為50°C ；電解液循環流量0. 5L/s，極間距2cm， 陰極平均表觀電流密度500A/m2。利用上述電解裝置，對該水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法的槽電 壓、電流效率和直流能耗進行了考察。當電解運行穩定後，連續進料45個陰極盤，同時也有 45個陰極盤連續出料。所考察的45個陰極盤中的鉛膏泥的總質量為450kg，電解的時間為 15小時。槽電壓為1.86V 1.90V。電解出料後，經後處理得到鉛錠354kg，據分析鉛的純 度99. 99%，達到1#鉛標準。據計算，上述電解過程的電流效率為93. 97%，鉛膏泥中鉛的 收率為98. 22%，電耗為534. 85kffh/噸鉛(平均槽電壓以1. 87V計)。本實施例的其他方案均與實施例2相同。
權利要求
1.一種水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，其特徵在於該方法中，以廢 鉛酸蓄電池及鉛酸蓄電池生產過程中產生的含鉛膏泥為原料進行電解再生，電解過程中， 採用鹼性電解液，陰陽極均以水平方式布置，待處理的含鉛膏泥填塗於陰極盤上連續水平 移動，同時被電解還原成鉛，實現鉛的連續化電解再生；電解運行時，先將含鉛膏泥均勻填塗於陰極盤中，然後通過進料機械裝置把陰極盤從 入料口逐個放入電解液，置於傳輸履帶上面，通過驅動裝置帶動履帶傳動，使陰極盤連續向 前傳輸；當陰極盤被傳輸履帶傳送至電解槽出料口時，通過出料機械裝置把陰極盤取出； 電解產物經後處理製成鉛錠。
2.如權利要求1所述的水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，其特徵在於 以溫度為20°C 70°C、質量分數為4 40%的氫氧化鈉溶液為電解液，控制陽極與陰極的 極間距為1 5cm，控制陰極表觀電流密度為100 600A/m2。
3.如權利要求1或2所述的水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，其特徵為 所述含鉛膏泥為經脫除硫酸根後的含鉛膏泥。
4.如權利要求1或2所述的水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，其特徵為 所述含鉛膏泥為未經脫除硫酸根處理的含鉛膏泥，對所述電解液定期採用結晶法脫除其中 的硫酸鈉。
5.如權利要求1或2所述的水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，其特徵在 於所述的含鉛膏泥在填塗至陰極盤前，先用質量分數為10 30%的氫氧化鈉溶液調節鉛 膏密度，使含鉛膏泥的密度達到2 5g/cm3。
6.如權利要求1或2所述的水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，其特徵在 於所述的電解產物後處理的方法是將電解結束後取出的陰極盤上的物料取下，轉入產物 貯槽，在氮氣氛中進行壓塊脫水，然後進入熔鉛爐，熔化成鉛液，最後澆鑄成鉛錠。
7.一種實現如權利要求1的水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法的裝置，其 特徵在於所述裝置包括移動式陰極、陽極、電解槽體和電解液循環系統，所述移動式陰極 包括雙排同軸履帶、陰極導電銅排和陰極盤組成，所述雙排同軸履帶水平布置在電解槽下 部，通過外置電機和變速系統帶動轉軸傳動，連續前行；所述陰極導電銅排布置在雙排履帶 中間下方，銅排上部設有放置液態導電劑的水平槽；所述陰極盤水平置於雙排履帶上，陰極 盤底部設有導電桿；所述導電桿穿過所述同軸雙排履帶的中間間隙與所述銅排上部水平槽 中的液態導電劑電連接。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於所述陽極通過機架水平布置在陰極上方，所 述機架設有高度調節杆調節陽極與陰極之間的距離；所述陽極包括陽極外框、內結構件和 導電條，所述內結構件與外框電連接，所述導電條位於陽極外框的兩側，所述導電條與主銅 排導電連接。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於所述電解槽體採用耐鹼材料，所述電解槽兩 端設有陰極盤進、出的機械裝置。
10.如權利要求7 9之一所述的裝置，其特徵在於所述電解液循環系統包括設有加 熱冷卻設備的高位貯槽和低位貯槽，所述的高位貯槽和低位貯槽分別與電解槽的電解液進 口和電解液出口連接，所述的高位貯槽通過循環泵與低位貯槽連接；所述的電解液在高位 貯槽、電解槽、低位貯槽間實現循環。
全文摘要
一種水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法，以廢鉛酸蓄電池及鉛酸蓄電池生產過程中產生的含鉛膏泥為原料進行電解再生。電解過程中，採用鹼性電解液，陰陽極均以水平方式布置，待處理的含鉛膏泥填塗於陰極盤中連續水平移動，同時被電解還原成鉛，實現鉛的連續化電解再生。同時提供了一種水平移動式連續電解再生含鉛物料中鉛的方法的裝置。本發明能夠實現連續化生產的工作方式，能夠避免或大幅度減輕氣阻效應、改善陰陽極電流分布和降低槽電壓，並能夠有效提高生產效率。
文檔編號C25C1/18GK102094215SQ20111000208
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月6日 優先權日2011年1月6日
發明者徐新, 董志根, 高雲芳 申請人:上虞奧龍電源有限公司, 浙江工業大學