CN110699550A - 利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于废铅渣循环利用技术领域，具体涉及一种利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置，包括反应炉，反应炉底部铺设有加热管，反应炉内还设有搅拌桨，搅拌桨上设有两层桨叶，桨叶倾斜设置且与水平面呈15‑20°；旋风分离器，旋风分离器的上部通过管道与反应炉上部连通，集粉器，集粉器的上部通过管道与旋风分离器的上部连通，以及与集粉器顶部通过管道连通的引风机，引风机工作时，反应炉、旋风分离器、集粉器内处于负压状态。本发明还提供了利用上述装置以铸带和/或铸板废铅渣为原料制备氧化铅的方法。本发明将废铅渣利用改良巴顿式铅粉机制备氧化铅粉，该氧化铅粉制备的产品还能很好地用于正极铅膏。

Description

利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置及方法

技术领域

本发明属于废铅渣循环利用技术领域，具体涉及一种利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置及方法。

背景技术

密闭铅酸蓄电池生产过程中，板栅的制造过程是将铅基合金熔化制得，在此铸焊过程中会产生3％-5％合金重量的废铅渣，其中所使用的铅基合金为铅钙稀土合金(主要成分锡、钙、铝、铈钐镧等稀土元素)，产生的废铅渣主要成分为Pb、PbO、PbO₂、SnO₂、Al₂O₃、CaPb₃、Ce(铈)、Sm(钐)、La(镧)等其中，铅占比约30％～50％，铅和氧化铅的占比约为90％，该铅渣为部分大颗粒铅合金固体，部分铅粉尘。在现有的铅酸蓄电池生产行业，由于不能自行进行处理，将统一进行收集销售给铅回收企业，不仅增加了生产成本，而且增加了环境压力。由于铅酸蓄电池在生产过程中工艺控制严格，成就了铸焊废铅渣的均一稳定性，各成分含量基本稳定在一个范围内，因此利用铸带、铸板废铅渣的稳定性和平行性的特点，进行回收利用，直接生产铅粉添加到铅酸蓄电池中。

现有对铸带、铸板铅渣的回收，基本采用火法回收方法，即将铸带、铸板铅渣经过高温熔炼，再电解得到电解精铅。该方法不仅需要较高的温度进行熔炼，并且在熔炼中出现大量的铅尘和铅渣，对环境污染大，产生大量的电解废水的排放，这与现有的降本节耗的原则想违背。对于铅酸蓄电池厂不能将铸带、铸板废铅渣进行处理利用，只能进行打包外售给铅冶炼厂家，不仅减少了铅酸蓄电池的利润，并且加大了整个铅酸蓄电池对环境的污染。

因此，铅酸蓄电池生产厂如何利用自身现有条件(如现有设备)对铸带、铸板废铅渣进行处理以实现循环再利用，成为一个急需解决的问题。

现有技术中，专利CN107267774A公开了一种铅酸蓄电池铸焊铅渣回收的方法，该方法对铅渣使用一定浓度的碱液浸泡，然后再用纯水处理，这样在回收过程中会产生大量碱液废水排放，产生二次污染，污染环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置以及利用该装置以蓄电池铸带和/或铸板废铅渣为原料制备氧化铅的方法，以解决如何利用自身现有条件处理铸带、铸板废铅渣而且减少二次污染的问题，具体是针对铅酸蓄电池用铅基钙锡铝稀土合金熔化过程产生的废铅渣制备氧化铅粉直接用于新蓄电池生产。

根据本发明的一个方面，提供了一种利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置，包括：

反应炉，反应炉底部铺设有加热管，反应炉内还设有搅拌桨，搅拌桨上设有两层桨叶，桨叶倾斜设置且与水平面呈15-20°；

旋风分离器，旋风分离器的上部通过管道与反应炉上部连通，

集粉器，集粉器的上部通过管道与旋风分离器的上部连通，以及

与集粉器顶部通过管道连通的引风机，引风机工作时，反应炉、旋风分离器、集粉器内处于负压状态。

由此，本发明的装置实际上是在巴顿式铅粉机基础上的改良，现有技术中，利用巴顿式铅粉机生产氧化铅粉时，制备过程是以纯铅为原料而且要严格防止混入杂质，以防止杂质促使蓄电池放电；而本发明利用改良后的巴顿式铅粉机直接以废铅渣为原料制备氧化铅粉，将现有技术的熔炼锅和反应锅合二为一，使得废铅渣直接在反应炉里熔炼，而且在熔炼的同时利用桨叶分散废铅渣和融铅，融铅分散成小液滴便于与空气中的氧发生氧化反应，其中所含有的杂质(如SnO₂、Al₂O₃、CaPb₃)能加强导电性，利用该氧化铅粉制备的产品还能很好地用于正极铅膏，克服了现有技术中利用巴顿式铅粉机生产氧化铅粉时只能以纯铅为原料的技术偏见；

而且本申请还采用改良式的桨叶，桨叶起搅拌作用，保持15-20°角度有利于废铅渣粉的分散，确保蓄电池制造使用的视比重和氧化度。废铅渣粉在炉内需要桨叶不断进行搅拌，同时也将生成的氧化铅液滴分散，桨叶的设计尺寸、角度、层数决定了废铅渣粉分散的程度和效率，如果角度设计不当，层数设计不当，废铅渣粉很难分散或彻底分散；再者，现有巴顿式铅粉机桨叶采用水平放置，这种设置适用于液体，在处理固体废渣时阻力过大，不利于对固体废渣进行处理和破碎，便于蓄电池生产场能很好地利用自身现有条件处理铸带、铸板废铅渣。

此外，设有引风机，一方面可以将气流中的粉尘送入除尘器进行除尘处理，另一方面可以在整个系统内产生负压，通过调节引风机的风量，将整个体系保持在微负压状态。

当然，集粉器中设有过滤布袋，含氧化铅粉的气流流入集粉器后进入过滤布袋中，在引风机的作用下，气流先流经过滤布袋后再流向引风机，氧化铅粉被过滤布袋截留，然后由于脉冲振动左右，使布袋上的氧化铅粉也下落到集粉器底部；含有极少含量的氧化铅粉气流穿透布袋流向引风机。

在一些实施方式中，反应炉上部还设有进料口、出料口、回料口，旋风分离器上部设有出料管、底部设有回料管，出料管穿过出料口使得旋风分离器上端与反应炉连通，回料管穿过所述回料口使得旋风分离器底端与反应炉连通。由此，出料管穿过出料口使得旋风分离器上端与反应炉连通，以保证氧化铅粉的吸出；回料管穿过回料口使得旋风分离器底端与反应炉连通，以便于位于旋风分离器底端的大颗粒能再返回反应炉再次反应。

在一些实施方式中，还设有粉仓，粉仓的顶部通过管道与集粉器底部连通，且粉仓与集粉器之间还设有提升泵。由此，便于将集粉器中收集到的氧化铅粉通过提升泵传输到粉仓中，进行储存。

在一些实施方式中，搅拌桨固定于反应炉顶部并由顶部向内部延伸，搅拌桨在外力作用下可转动。由此，通过控制搅拌桨转动速度、时间来调节桨叶的转动参数，其中外力可以为手推力或电力。

在一些实施方式中，还包括除尘器，除尘器与引风机的排风口通过管道连通，引风机排出的气流均流经除尘器。由此，以减小粉尘，达到环保要求；而且，除尘器底部还设有灰斗，可以收集氧化铅粉；其中，除尘器可以为布袋式除尘器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种以蓄电池铸带和/或铸板废铅渣为原料采用上述装置制备氧化铅的方法，步骤包括：在负压体系中，将铸带和/或铸板废铅渣定量注入到温度为380℃-420℃的反应炉内，通过桨叶旋转搅拌将其中的融铅搅成小雾滴并被空气中的氧气氧化，生成氧化铅粉。

由此，保持380℃-420℃的温度范围才能确保废铅渣熔化、氧化、风选出合格的蓄电池制造用“铅渣粉”，使得铅的熔化、氧化生成的氧化铅粉的氧化度、视比重符合蓄电池制造的技术要求，且提高了蓄电池的容量和起动能力。废铅渣中的物质以小颗粒聚集成浮渣存在，浮渣中铅熔后，其它浮渣在搅拌中粉碎、分散，最后氧化铅粉粒度能达到要求。

运行时，将铅渣定量地注入到温度为380℃～420℃的反应炉内，炉内两层桨叶不断地进行搅拌，熔化的铅形成细小的铅液小滴漂在空气中，与空气中的氧进行氧化反应，形成氧化铅粉。氧化铅粉随着气流被送到旋风分离器、集粉器，符合要求的氧化铅粉被集粉器和粉仓，而较粗的氧化铅粉由于重力作用则在旋风分离器沉降，从旋风分离器底端通过回料管由回料口返回到反应炉内继续破碎。

实际操作过程中，废铅渣通过输送设备输送到氧化锅中，依据设备动力电流值控制加入的数量，铅渣落入熔铅锅后，铅渣中的金属铅熔化，氧化铅被桨叶反复破碎；调整负压风的大小，将颗粒小的氧化铅粉吸出。

在一些实施方式中，氧化铅粉在气流带动下流向旋风分离器、集粉器并沉降，收集沉降在集粉器中的氧化铅粉，旋风分离器中沉降的氧化铅粉通过回料管由回料口返回到反应炉中。

根据本发明的还一个方面，提供了一种氧化铅粉末，其视比重为1.3-1.4g/cm³，氧化度在80％-82％，由铸带和/或铸板废铅渣输送至上述装置的反应炉中上述方法制备得到。本发明所得的氧化铅粉视比重要小于现有技术中铅粉的一般氧化度(1.8-2.1g/cm³)，利于制造出容量更高的蓄电池。

附图说明

图1为本发明一实施方式的利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置图；

图2为图1所示装置中A处局部放大图；

图3为桨叶结构示意图；

图4为本发明另一实施方式的利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置图；

图5为图4所示装置中B处局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，显示了本发明的一种利用蓄电池铅渣制备氧化铅的装置的结构示意图，如图所示，该装置包括：起加热和发生氧化反应作用的反应炉1，与反应炉1上部通过管道连通的旋风分离器2，旋风分离器2的上部与反应炉1连通，与旋风分离器2上部通过管道连通的集粉器3，集粉器3的上部与旋风分离器2连通，与集粉器3上部通过管道连通的引风机7，引风机7工作时，反应炉1、旋风分离器2、集粉器3内处于负压状态，气流依次流过反应炉、旋风分离器、集粉器和引风机。

此外，在引风机7的排风口处通过管道连接有除尘器6，本实施例中，除尘器6为布袋式除尘器，其底部还设有一个用于收集氧化铅粉尘的灰斗，该灰斗所收集的氧化铅粉尘也可直接用于和膏，引风机7排出的气流均流经除尘器6处理后才排入大气环境中。

本实施例中，还设有与集粉器3底部通过管道连通的粉仓5，粉仓5的顶部与集粉器3底部之间还设有提升泵4，通过提升泵4将集粉器3中收集的氧化铅粉排入粉仓5中进行储存。

在本实施例中，反应炉1顶部设有进料口11、出料口12以及回料口13，其内部设有贯穿其内的搅拌桨16，搅拌桨16在外力作用下可转动，其中所述的“外力”可以为手推力，更好地为电力；以及在搅拌桨16上靠近反应炉1下部位置设有两层桨叶14，两层桨叶14与水平面呈15°角且间隔设置，上层桨叶的中心线与下层桨叶之间的中心线可以平行设置或垂直设置；反应炉1底部还设有加热管15，当废铅渣由进料口11进入反应炉1堆积在其底部后，在通电情况下，加热管15在反应炉1底部形成加热区对废铅渣进行加热熔化。

在本实施例中，旋风分离器2还设有出料管21和回料管22，出料管21设于旋风分离器2的上端，其穿过出料口12使得旋风分离器2上端与反应炉1上端连通，以保证氧化铅粉随气流从出料口12离开反应炉1进入旋风分离器2；回料管22设于旋风分离器2底端，其穿过回料口13使得旋风分离器2底端与反应炉1连通，以便于位于旋风分离器2底端的大颗粒物质能再返回反应炉1再次破碎。

利用上述装置将源于铸带、铸板的废铅渣制备氧化铅时，将废铅渣定量地注入到温度为380℃的反应炉1内，反应炉1内两层桨叶14不断地进行搅拌，融化的铅形成细小的铅液小滴飘在空气中，与空气中的氧进行氧化反应，形成氧化铅粉；飘浮的氧化铅粉被风送到旋风分离器2、集粉器3，而较粗的铅粉则在旋风分离器2底部沉积，通过回料管22返回到反应炉1内继续破碎。

通过上述实施例所制得的氧化铅粉，其氧化度为80％-82％，视比重为1.3-1.4g/cm³。

在其他实施例中，反应炉1内的温度也可以为390℃、400℃、405℃、410℃或420℃。

在其他实施例中，两层桨叶14与水平面的角度还可以为16°、17°、18°、19°或20°。

在其他实施例中，如图4-5所示，在旋风分离器2和集粉器3之间还可以设有一锤磨机8，锤磨机8下端设有磨锤81和磨盘82，可以对从集粉器出来的氧化铅粉进行锤磨处理，以满足客户不同粒径需求。

本发明废铅渣中的PbO₂在蓄电池生产和膏中将生成4BS(四碱式硫酸铅)，4BS引入到正极原料中，且含量为1％-10％时，4BS能引发极板中生成细致、均匀的活性物质颗粒，在很大程度上能够提高极板性能的一致性。配合75℃高温固化工艺，生极板中游离铅氧化效率更高。4BS还可将铅膏的孔率提高到46.6％，有利于氧气进入到铅膏内部，使得固化更易于进行，极板活性物质间的结合力增强。通过优化化成工艺，4BS能提高熟极板中α-PbO₂含量，使活性物质结晶细致。废铅渣制得的氧化铅粉用于铅膏的最佳使用量如表1所示，经试验表1中含量时制造的蓄电池性能最佳。

表1废铅渣制得的氧化铅粉用于铅膏的最佳使用量

其中，正极活性物质含0.01-0.06％RE(rare earth，稀土元素，如钐、镧)，可有效提高蓄电池性能，这是因为活性组分中添加稀土元素可减少正极氧气析出量，提高正极活性物质的利用率，从而改善蓄电池的性能和使用寿命。

SnO₂可以提高电池放电容量、起动能力及正极板活性物质利用率，延长电池的循环使用寿命；Al₂O₃是一种多孔物质，每克内表面积多达数百平方米，活性高、吸附能力强，是常用的催化剂和催化剂载体，有利于大电流放电。

CaPb₃的加入对蓄电池循环寿命的影响不大，但高温储存性能及储存后容量恢复性能，要明显优于同行蓄电池。

本发明的废铅渣制得的氧化铅粉用于极板制造及样品组装：

按上述方法采用废铅钙锡铝钐镧熔化铅渣，生产的含钐镧铅渣磨制的五种不同铅渣铅粉(即废铅渣制得的氧化铅粉)含量的氧化铅粉进行蓄电池组装，在电池制造过程均在车间按正常工艺条件完成，试验配方及所装样品电池编号见表2。

表2试验配方

废铅渣制得的氧化铅粉添加量	3％	5％	8％	10％	12％
						样品电池编号	1#	2#	3#	4#	5#

试验方法：本试验以6-QW-100起动用铅蓄电池标准为基础，按GB5008-2013标准试验，每一种配方有一只蓄电池进行试验。在本次试验中共进行了“20h率容量”“-18℃低温起动能力”以及“循环耐久能力”三个项目，结果详见表3。

表3试验结果

由表3可知，在20h放电过程中含“铅渣粉”(即废铅渣制得的氧化铅粉)的电池显示出它具大优越性，特别是当含量为10％时，可将电池容量提高近5％，主要原因添加稀土可减少正极氧气析出量，提高正极活性物质的利用率，从而提高20小时率容量。

表3的试验数据还显示，“铅渣粉”制备的氧化铅粉含量10％时循环寿命最佳，主要原因是，废铅渣中的PbO₂在蓄电池生产和膏中将生成4BS(四碱式硫酸铅)，4BS提高了极板的化成效率和一致性，最终延长电池的使用寿命。“铅渣粉”中SnO₂提高正极板活性物质利用率，延长电池的循环使用寿命。

而且，从试验数据分析，“铅渣粉”能够改进电池大电流瞬间放电压降过快问题，有助于电池的高倍率放电。实验还表明，钙的加入对蓄电池循环寿命的影响不大，但高温储存性能及储存后容量恢复性能，要明显优于同行蓄电池。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.利用蓄电池铸带和/或铸板废铅渣制备氧化铅的装置，其特征在于，包括：

反应炉(1)，所述反应炉(1)底部铺设有加热管(15)，反应炉(1)内还设有搅拌桨(16)，所述搅拌桨(16)上设有两层桨叶(14)，所述桨叶(14)倾斜设置且与水平面呈15-20°；

旋风分离器(2)，所述旋风分离器(2)的上部通过管道与所述反应炉(1)上部连通，

集粉器(3)，所述集粉器(3)的上部通过管道与所述旋风分离器(2)的上部连通，以及

与所述集粉器(3)顶部通过管道连通的引风机(7)，所述引风机(7)工作时，反应炉(1)、旋风分离器(2)、集粉器(3)内处于负压状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应炉(1)上部还设有进料口(11)、出料口(12)、回料口(13)，所述旋风分离器(2)上部设有出料管(21)、底部设有回料管(22)，所述出料管(21)穿过出料口(12)使得旋风分离器(2)上端与反应炉(2)连通，所述回料管(22)穿过所述回料口(13)使得旋风分离器(2)底端与反应炉(1)连通。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还设有粉仓(5)，所述粉仓(5)的顶部通过管道与所述集粉器(3)底部连通，且粉仓(5)与集粉器(3)之间还设有提升泵(4)。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述搅拌桨(16)固定于反应炉(1)顶部并由顶部向内部延伸，搅拌桨(16)在外力作用下可转动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，还包括除尘器(6)，所述除尘器(6)与所述引风机(7)的排风口通过管道连通，引风机(7)排出的气流均流经除尘器(6)。

6.以蓄电池铸带和/或铸板废铅渣为原料采用权利要求5所述的装置制备氧化铅的方法，其特征在于，步骤包括：

在负压体系中，将铸带和/或铸板废铅渣定量注入到温度为380℃-420℃的反应炉内，通过桨叶旋转搅拌将其中的融铅搅成小雾滴并被空气中的氧气氧化，生成氧化铅粉。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氧化铅粉在气流带动下流向旋风分离器、集粉器并沉降，收集沉降在集粉器中的氧化铅粉，旋风分离器中沉降的氧化铅粉通过回料管由回料口返回到反应炉中。

8.一种氧化铅粉末，其特征在于，所述氧化铅粉末的视比重为1.3-1.4g/cm³，氧化度在80％-82％，其由铸带和/或铸板废铅渣输送至权利要求5所述的装置的反应炉中采用权利要求6所述的方法制备得到。

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