蓄電池廢渣鉛回收的鐵置換處理法

王偉洲

（泉州幼兒師范高等專科學(xué)校，福建 泉州362000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，蓄電池的使用已經(jīng)越來越多地融入到人們的日常生活之中。目前，世界精鉛消費(fèi)中約70%的鉛用于蓄電池的生產(chǎn)，且全球蓄電池在鉛的應(yīng)用結(jié)構(gòu)中占有的份額持續(xù)增加。廢鉛蓄電池，尤其是鉛膏和硫酸，若不加以回收，都將成為環(huán)境的污染源。另外，人類對(duì)鉛不斷增長(zhǎng)的需求，已使鉛的礦產(chǎn)資源瀕臨枯竭的邊緣，回收再生鉛已成為實(shí)現(xiàn)鉛工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不可缺少的重要組成部分 。

回收鉛的生產(chǎn)能耗比原生鉛的生產(chǎn)能耗約低1/3左右；同時(shí)還可以減輕采、選、冶鉛礦對(duì)環(huán)境和人體的危害，消除了廢電池到處棄置對(duì)環(huán)境的影響。因此，發(fā)展高效、清潔的廢鉛蓄電池綜合回收技術(shù)具有非常重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外采用的處理工藝主要為火法、濕法及濕法火法聯(lián)合工藝。

火法處理時(shí)熔煉溫度較高，常產(chǎn)生大量鉛蒸汽和二氧化硫，嚴(yán)重污染環(huán)境，能源消耗大，鉛回收率不高，爐渣、煙塵需專門處理。

濕法處理回收率高，但其流程長(zhǎng)，設(shè)備投入大，技術(shù)要求高，操作復(fù)雜，同時(shí)電耗高達(dá) 500～800kWh／(t鉛)，難以取得經(jīng)濟(jì)效益，排出的廢水含硫酸量較高，容易產(chǎn)生硫二次污染。

濕法—火法聯(lián)合工藝需要增加脫硫系統(tǒng)的投資，且轉(zhuǎn)化率不足90%，脫硫不徹底，硫得不到充分利用，也會(huì)造成下一步熔煉的環(huán)境污染和鉛回收率的降低。

本文提出在100℃（近似溫度）、一定PH值下，用Fe還原鉛膏里的鉛化合物得到鉛固體。探討最佳反應(yīng)條件：PH值、反應(yīng)時(shí)間，希望能高效置換鉛并盡量降低鐵的消耗量，減少二次污染。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、數(shù)顯酸度計(jì)、管式電阻爐、電子天平、臺(tái)式離心機(jī)。

1.2 試劑

鹽酸（AR）、鐵粉（AR）、鉛膏（廢蓄電池）、蒸餾水

1.3 反應(yīng)原理

反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣可以把反應(yīng)產(chǎn)生的鉛從鐵的表面剝落下來，有利于下一步分離。把得到的固體混合物碾碎后磁選可實(shí)現(xiàn)鐵跟鉛的分離。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 含鉛廢渣的清洗

從廢蓄電池取得鉛膏，經(jīng)多次水洗、沉淀，用分液法去掉固體顆粒，把每次水洗得到的懸濁液混合搖勻，即得含鉛的混合液體樣本。

1.4.2 含鉛量的測(cè)定

用量筒量取17ml的樣品溶液與100ml的燒杯中，稱得重量76.1124g。100ml干燥燒杯重是55.3520g。在100℃電熱爐上加熱沸騰，直到基本沒有液體時(shí)拿到干燥箱里80℃慢慢烘干。烘干取出后稱量58.2881g，減去燒杯重量得干燥固體重量為2.9357g。即得17ml樣品中含有2.9357g含鉛固體。

由反應(yīng)式：

得：反應(yīng)2.9357gPbSO4理論上需要消耗0.57g鐵。計(jì)算可得反應(yīng)100ml的樣品溶液需要3.352g的鐵，又由于反應(yīng)中存在鐵跟酸的副反應(yīng)等會(huì)消耗部分鐵，所以用2倍于理論量的鐵，即 7.704g 左右。

1.4.3 鐵濃度—時(shí)間關(guān)系曲線、鉛濃度—時(shí)間關(guān)系曲線的繪制

某一PH值，量取145ml的樣品于500ml的燒杯中，稱取9.6010g的鐵粉。把燒杯放在電熱爐上，當(dāng)加熱到沸騰時(shí)調(diào)節(jié)PH值使之不變，加入稱好的鐵粉，并開始計(jì)時(shí)。取樣時(shí)間分別是 0min，2min，4min，6 min，8min，10min，15min。 此過程中還必須時(shí)時(shí)觀察酸度計(jì)，注意溶液PH的變化，要及時(shí)滴加鹽酸，保持PH不變。

將得到的7個(gè)樣品的上層清液轉(zhuǎn)移到離心管，在5000轉(zhuǎn)的情況下離心十分鐘，結(jié)束后用移用管吸取1ml移到干燥的試管，再稀釋到5ml。用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)吸光度，比對(duì)鐵標(biāo)準(zhǔn)、鉛標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定鐵含量、鉛含量，畫出對(duì)應(yīng)濃度—時(shí)間曲線圖。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

PH為1～6的鐵濃度、鉛濃度—時(shí)間關(guān)系曲線如圖1、圖2所示。

圖1 PH：1～6的鐵濃度—時(shí)間關(guān)系曲線

圖2 PH：1～6的鉛濃度—時(shí)間關(guān)系曲線

2.2 反應(yīng)條件的分析

2.2.1 當(dāng) PH=1 的時(shí)候

溫度是100℃，反應(yīng)進(jìn)行到2min的時(shí)候，溶液呈強(qiáng)酸性，鐵還原性強(qiáng)，反應(yīng)速度非?？?，鐵離子濃度一下子達(dá)到了77.692mg/L。但由于鐵過量，這個(gè)過程中它還會(huì)跟鉛劇烈反應(yīng)，把鉛離子還原為鉛固體，使鉛含量在2min內(nèi)從45.876mg/L降到了2.077mg/L。這2min內(nèi)鐵離子的量變化是最大的，整個(gè)實(shí)驗(yàn)在這個(gè)過程基本已經(jīng)完成。接下來的時(shí)間由于反應(yīng)產(chǎn)生的鉛會(huì)包裹在未反應(yīng)的鐵粉上，使一部分的鐵未能參加反應(yīng)，但是這個(gè)時(shí)候會(huì)有很多氫氣產(chǎn)生，使包裹的混合體很疏松，易剝落。這也是為什么反應(yīng)過程中不斷有黑色疏松固體產(chǎn)生的原因，這也為后續(xù)的鉛的分離過程起到了很大的作用，在2—15min內(nèi)鐵由于被鉛包裹導(dǎo)致反應(yīng)速度很慢。最后的出水含鉛量降到了0.573mg/L，達(dá)到了國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)：＜1.0mg/L）。

2.2.2 當(dāng) PH=2 的時(shí)候

這個(gè)過程鐵，鉛的反應(yīng)情況基本和PH=1的時(shí)候一樣，前兩分鐘反應(yīng)劇烈，后段時(shí)間反應(yīng)趨于平穩(wěn)。這段時(shí)間鉛含量降到了0.665mg/L，沒有PH=1的時(shí)候效果好。不過都達(dá)到了國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 當(dāng) PH=3 的時(shí)候

反應(yīng)過程還是在前兩分鐘反應(yīng)劇烈，由于酸性沒有前兩次強(qiáng)，鐵的消耗量減小，15min的時(shí)候含量也只有25.398mg/L。在這個(gè)條件下，鉛反應(yīng)效果較前兩次都是最好的，最后可以達(dá)到0.195mg/L。反應(yīng)在2min后還有比較大的變化量，反應(yīng)在第10min的時(shí)候鉛含量降到了0.676mg/L，綜合實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益考慮，反應(yīng)時(shí)間在10min的時(shí)候就可以了。

2.2.4 當(dāng) PH=4 的時(shí)候

這個(gè)條件下鐵消耗也不多，基本也是在前兩分鐘內(nèi)反應(yīng)最劇烈。到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)含量達(dá)到25.398mg/L。不過這個(gè)條件下鉛反應(yīng)不完全，開始在前兩分鐘的時(shí)候反應(yīng)也是劇烈，后面 2-15min的時(shí)候也只是從 4.736mg/L到1.086min/L， 沒有達(dá)到國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.5 當(dāng) PH=5，PH=6 的時(shí)候

這兩個(gè)情況跟PH=4的情況基本一樣，隨著酸性的降低，鉛還原效果越不理想，到15min的時(shí)候到尚未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

考慮實(shí)際生產(chǎn)效益，確定反應(yīng)時(shí)間在10分鐘，PH=3，反應(yīng)溫度為100℃。在這個(gè)條件下，反應(yīng)后溶液鉛含量可以降到0.676mg/L，符合國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。反應(yīng)后的固體混合物通過粉碎磁選的方法分離得到鉛單質(zhì)，產(chǎn)生的廢水可以通過加入石灰來中和。

本次探討了利用鐵粉在酸性條件下的還原，設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，金屬回收率高，生產(chǎn)費(fèi)用低，規(guī)模大小皆宜，效果較為理想，具有一定工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

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