碱性木糖醇体系回收废铅蓄电池铅膏的研究

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人类社会对铅需求不断增长,但铅精矿产资源日益减少,因此回收再生铅成为铅工业可持续发展的一条重要途径。同时废铅蓄电池若不加以合理回收,将会对环境造成很大威胁。铅膏作为废铅蓄电池的重要组成部分,因其成分复杂而成为回收的重点和难点。传统火法回收能耗大,铅回收率低,产生的铅尘和SO2,对环境威胁较严重。而湿法处理工艺由于金属直收率高、低污染等优点而日益引起了人们的关注。这其中有机物处理体系以其低污染的优势成为一个重要的研究方向。论文首先分别采用两种还原剂FeSO4和Na2SO3对PbO2进行还原转化,采用两种脱硫剂NaOH和Na2CO3对PbSO4进行脱硫;其次考察了铅膏的主要组分PbO2和PbSO4在碱性木糖醇体系的浸出行为,并对铅膏在碱性木糖醇体系的浸出行为进行了研究;最后对碱性木糖醇铅溶液的电积工艺进行初步探索。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDAX)等手段分析了反应过程中不溶物的物相、元素组成和形貌的演变,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了浸出液中有机基团的变化。本论文的主要研究成果如下:PbO2的还原实验结果表明,Na2SO3的还原效果明显优于FeSO4。FeSO4还原最佳条件为:FeSO4过量系数为11.1,反应时间90120min,反应温度90℃,H2SO4与PbO2的摩尔比为3:1,但PbO2还原率最高仅为52.4%。Na2SO3还原最佳条件:Na2SO3过量系数为6.0,反应时间为90120min,反应温度为90℃时,PbO2的还原率可达到100%。PbSO4的脱硫转化实验结果表明,NaOH脱硫的最佳条件:时间60120min,温度90℃,过量系数1.4,脱硫率仅为88.88%。Na2CO3脱硫的最佳条件:时间6090min,温度90℃,过量系数1.3,脱硫率仅为80.61%。红外光谱分析结果表明,在碱性木糖醇溶液中PbO2可以将木糖醇中的-OH氧化成-COO-,在溶液中与Pb以金属有机化合物的形式存在。木糖醇浓度、NaOH浓度对PbO2浸出率影响很大。PbO2浸出率会随着木糖醇浓度的增加呈现先增大后减小再增大的趋势。木糖醇浓度的变化会导致PbO2不同的溶解机制。碱性木糖醇体系PbO2浸出的最佳条件:NaOH浓度1.52mol/L,木糖醇浓度为0.530.79mol/L,浸出温度70℃,浸出时间3060min,PbO2浸出率可达99.18%。PbSO4在碱性木糖醇体系中的浸出研究表明,木糖醇、NaOH浓度对PbSO4的溶解量影响最大,时间和温度影响较小。溶液中仅存在木糖醇组分时,PbSO4不会与其发生反应。PbSO4在碱性木糖醇体系中的溶解是在木糖醇和NaOH共同作用下完成的。PbSO4在碱性木糖醇体系浸出的最佳条件:反应时间6090min,反应温度90℃,木糖醇浓度5080g/L,NaOH浓度6080g/L,PbSO4的浸出率可达100%。对铅膏在碱性木糖醇体系中进行了直接浸出研究,得出铅膏浸出的最佳条件:反应时间3060min,反应温度90℃,木糖醇浓度80120g/L,NaOH浓度6080g/L。铅膏在碱性木糖醇体系的浸出率可达96.24%,在该体系下可实现铅膏的短流程浸出。对碱性木糖醇体系含铅溶液进行电沉积的初步研究发现:当电流密度为140A/m2,温度40℃,NaOH浓度100g/L,木糖醇浓度120g/L,溶液铅浓度100g/L,极距4cm,电解液循环速度15m L/min条件下时,电流效率可达99.68%,阴极能耗为381.71k Wh/t,生成的阴极铅表面相对平整,枝晶较少。
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