廢鉛酸蓄電池濕法短流程回收制備高性能鉛炭電池技術(shù)
發(fā)布日期：2023-02-02 瀏覽量：1
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【技術(shù)背景】
據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署報道，全球每年產(chǎn)生約5000萬噸的電子廢棄物，超過70%的電子廢棄物產(chǎn)生于中國，電子廢棄物的有效處理及處置已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。作為典型的電子廢棄物，截止2018年，鉛酸蓄電池仍占全部二次電池的55%，擁有最大市場份額。
目前，國內(nèi)外廣泛采用火法冶煉的廢鉛膏回收再生工藝，溫度高達(dá)1000°C以上，產(chǎn)生大量揮發(fā)性鉛塵和SOx，傳統(tǒng)火法再生鉛引發(fā)的“血鉛”等環(huán)境污染風(fēng)險受到廣泛關(guān)注?？紤]到電子廢棄物具有資源性和污染性的雙重特性，如何實(shí)現(xiàn)電子廢棄物的清潔回收是本領(lǐng)域的難點(diǎn)。
【痛點(diǎn)問題】
1、廢鉛酸蓄電池鉛膏組分復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)微量雜質(zhì)元素（尤其是Fe和Ba元素）與目標(biāo)Pb元素在回收過程中高效分離是濕法回收的技術(shù)挑戰(zhàn)；
2、傳統(tǒng)鉛酸蓄電池存在著活性物質(zhì)利用率低、能量密度低、循環(huán)壽命短等亟待解決的瓶頸問題。
【解決方案】
本技術(shù)研發(fā)了廢鉛酸蓄電池鉛膏有機(jī)酸短流程回收方法及檸檬酸鉛兩段法焙燒制備新型鉛粉方法，進(jìn)而制備出高性能的鉛炭電池，實(shí)現(xiàn)含鉛組分的高效清潔回收。鉛炭電池由于具有電容效應(yīng)，有望解決傳統(tǒng)鉛酸蓄電池比能量密度低的不足。
【技術(shù)優(yōu)勢】
（1）廢鉛酸蓄電池鉛膏有機(jī)酸短流程回收方法，揭示了絡(luò)合反應(yīng)驅(qū)動的雜質(zhì)去除機(jī)制。
通過調(diào)控有機(jī)酸廢鉛膏浸出體系中形成鉛-有機(jī)酸配合物晶體，可以實(shí)現(xiàn)高效液/固分離，并發(fā)明低溫裂解直接制備用于高性能鉛炭電池的超細(xì)含碳鉛粉的短流程方法?？蓪?shí)現(xiàn)Pb與雜質(zhì)元素在固/液兩相的有效分離以及高效除雜（>99.5%），其中關(guān)鍵元素Fe、Ba去除率>99.5%。
圖1 廢鉛膏濕法回收除雜
（2）檸檬酸鉛兩段法焙燒制備新型鉛粉的方法，闡明了氧分壓調(diào)控PbO@C復(fù)合含碳鉛粉的生成機(jī)制。
不同氧分壓下低溫焙燒制備鉛粉中碳?xì)埩艏稗D(zhuǎn)化是影響鉛粉物相組成的關(guān)鍵因素，本技術(shù)提出檸檬酸鉛兩段法焙燒大規(guī)模制備新型超細(xì)鉛粉方法，構(gòu)建了短流程新工藝合成PbO@C復(fù)合含碳鉛粉制備高能量密度的鉛炭電池的新途徑，揭示了三維碳結(jié)構(gòu)的親水性和電解液毛細(xì)滲透作用對電解液擴(kuò)散的提升作用以及對不可逆硫酸鹽化的抑制作用。
圖2 高性能鉛炭電池制備
設(shè)計(jì)建造了首條廢鉛膏有機(jī)酸濕法回收的噸級中試線，實(shí)現(xiàn)了由廢鉛酸蓄電池鉛膏到高性能鉛炭電池的高值化利用。
圖3 廢鉛膏有機(jī)酸短流程濕法回收的噸級中試線
【技術(shù)指標(biāo)】
【應(yīng)用場景】
含碳鉛粉的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的環(huán)境危害遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)火法鉛粉生產(chǎn)，且鉛粉產(chǎn)品由于留有一定量的碳骨架，可以作為負(fù)極活性物質(zhì)直接用于鉛炭電池生產(chǎn)。本工藝減少上游階段產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，降低環(huán)境治理成本，同時滿足下游產(chǎn)品對鉛粉原材料的需求。在清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)上保證了鉛炭電池等能源儲備設(shè)備的生產(chǎn)需要，對現(xiàn)有鉛回收再制造產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)充和優(yōu)化，保證了鉛基能源設(shè)備供應(yīng)鏈穩(wěn)中有進(jìn)。
【市場前景】
截至2020年，全國鉛產(chǎn)量644.3萬噸，鉛酸蓄電池產(chǎn)量22735.6萬千伏安時，未來五年將基本維持1-2%的年增長速度，預(yù)計(jì)2023年全國鉛酸蓄電池產(chǎn)量達(dá)到23424.5萬千伏時；2023年全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模預(yù)計(jì)為454億美元，中國約占全球產(chǎn)量的45%，約合人民幣1328億元。傳統(tǒng)火法再生鉛的生產(chǎn)過程產(chǎn)生二氧化硫及鉛塵等環(huán)境污染物，環(huán)境治理成本較高，濕法回收可以極大的減少回收過程的環(huán)境危害；高性能鉛炭電池充放電倍率高、循環(huán)壽命長、使用安全穩(wěn)定，替代傳統(tǒng)的鉛酸電池具有巨大市場前景。
【知識產(chǎn)權(quán)】
本技術(shù)申請多項(xiàng)中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
