CN113584529B - 一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法及设备 - Google Patents
一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法及设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法及设备，提取方法包括以下步骤：设置阳极架的有效放电面积；调整偏心距；装料、电解、取铅和回收电解液共六个步骤；设备包括阴极架、阳极架和电解槽，阳极架和阴极架通过绝缘板固定交错间隔设置若干层，电解时将阴极架和阳极架整体吊装放入到电解槽内进行电解。本发明能将阳极放电的有效面积增加到阴极的数倍，阳极利用效率高，非等电位电解能产生偏心磁场加强电解液自动循环，消除电解液分层现象，强化电解效率，且在碱性和中性的电解液环境下都能进行电解，适用范围广，环境友好，阴极导电板和阳极导电板导电率高，电解效率高，电解温度宽泛，电结晶沉积铅致密度高。
Description
技术领域
本发明涉及废铅电池膏泥固相电解技术领域，具体为一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法及设备。
背景技术
固相电解技术产业化应用主要用于废旧铅酸蓄电池回收铅中的铅粉料处置，将铅粉料装入装料盘上，放入支撑架，以此为阴极，以不锈钢为阳极，在碱性电解液中进行电解，阴极铅膏中各种铅化合物在直流电的作用下全部还原为金属铅粉，硫酸根则或预脱硫，或进入电解液形成硫酸钠，随着电解进行，电解液中硫酸钠达到一定浓度时，通过蒸发浓缩或降温结晶方式分离，母液返回电解液，而碱需要定期补充以保持电解浓度要求。
目前废旧铅酸蓄电池回收铅的固相电解技术主要存在以下几个问题，1、阳极放电的有效面积有限，阳极利用效率不高；2、大都采用等电场非等电位固相电解装置，阴极上不断析出的金属铅使阴极逐渐变厚，电解液中离子浓度不均匀，导致电流效率下降，这时就需要强制循环电解液以消除分层现象，但是过高强度的循环又会使阴极极化作用降低，对电结晶沉积出致密铅不利；3、目前电解液大都是采用强碱，环境恶劣，不利于环保；4、浸入电解液中的阴极导电板和阳极导电板均采用不锈钢制成，而不锈钢导电率低，影响电解效率；5、电解温度普遍较高，降低了阴极极化作用，使晶粒变粗，所得沉积物较松软。因此，需要研制一种能增加阳极放电的有效面积，阳极利用效率高，非等电位电解能产生偏心磁场加强电解液自动循环，消除电解液分层现象，强化电解效率，且在碱性和中性的电解液环境下都能进行电解，适用范围广，环境友好，阴极导电板和阳极导电板导电率高，电解效率高，电解温度宽泛，电结晶沉积铅致密度高的废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法及设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能增加阳极放电的有效面积，阳极利用效率高，非等电位电解能产生偏心磁场加强电解液自动循环，消除电解液分层现象，强化电解效率，且在弱碱和中性的电解液环境下都能进行电解，适用范围广，环境友好，阴极导电板和阳极导电板导电率高，电解效率高，电解温度宽泛，电结晶沉积铅致密度高的废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法及设备。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法，包括以下步骤：
①设置阳极架的有效放电面积：通过增大或减小横向隔条的数量或大小来调整阳极架的有效放电面积，使阳极架的有效放电面积为阴极架的2～80倍；
②调整偏心距：设阴极架的底部到与其相邻的下一层阳极架的顶部的距离为S1，阴极架的底部到与其相邻的上一层阳极架的底部的距离S2，调整阴极架和阳极架在竖直方向的位置，使S1：S2=1：1.2～3；
③装料：将拆解下来废铅电池膏泥装入装料盘内，填料厚度为5～30mm，再将每个装料盘插装入阴极架的栅格支撑板上；
④电解：将装料完成的非等电位固相电解装置整体吊装放入的电解槽内，电解槽内配有电解液，将阳极导电铜板和阴极导电铜板分别与高频电源的正负极连接，在1.6～2.5v槽压下进行电解，保持电解液温度为10～90℃，电解2.5～10小时，电解过程中每隔40～60分钟，开启循环泵，对电解液进行循环1～3分钟；
⑤取铅：电解结束取出装料盘，振动装料盘，将装料盘上铅粉抖落，并对抖落下来的金属铅粉进行压团并熔铸，获得金属铅锭；
⑥回收：电解结束后，电解液中的硫酸钠通过排料管排出，再进行蒸发浓缩或降温结晶方式分离，母液返回电解液，电解槽中的碱再根据需要定期补充以保持电解浓度要求。
进一步地，步骤④中电解液为质量浓度0.1～60%氢氧化钠电解液，或者质量浓度1%---50%的硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。
一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的设备，包括阴极架、阳极架和电解槽，阳极架和阴极架通过绝缘板固定交错间隔设置若干层，每层阳极架均包括数根平行排列的纵向隔条，以及纵向隔条之间平行设置的多根横向隔条；阳极架的左右侧均设置有阳极导电板，右侧的阳极导电板顶部连接阳极导电铜板；
阴极架包括在竖直方向等间距设置的若干层栅格支撑板，阴极架的左右两均设置有阴极导电板，左侧的阴极导电板的顶部连接阴极导电铜板，阴极导电板的底部伸出阳极架底作为整台设备的支撑，每一层栅格支撑板中均抽拉式设置有装料盘；
通过增大或减小横向隔条的数量或大小来调整阳极架的有效放电面积，使阳极架的有效放电面积为阴极架的2～80倍；
设阴极架的底部到与其相邻的下一层阳极架的顶部的距离为S1，阴极架的底部到与其相邻的上一层阳极架的底部的距离S2，调整阴极架和阳极架在竖直方向的位置，使S1：S2=1：1.2～3；
装料盘由纵向支撑条和横向支撑条组成的方形框，方形框内设置有钢板网，钢板网的目数为18～120目；
阳极导电板和阴极导电板均采用铜板外包不锈钢板制成；
电解槽为一个顶部敞口的槽体，在槽体内的底板上部设置有不锈钢底板，不锈钢底板与非等电位固相电解装置的阴极导电板接触，并与其共同组成非等电位固相电解装置的阴极；在电解槽下部的一侧设置有循环泵，循环泵的进口通过进液管连接电解槽，出口通过循环管伸入电解槽上部；在电解槽底部的一侧还设置有排料管。
本发明的技术效果和优点：
1、能将阳极的有效面积增加到阴极的数倍，大大地提高了阳极利用效率；
2、采用非等电位固相电解装置，即料层中心位于偏心电位上，非等电位电解能产生偏心磁场加强电解液自动循环，消除电解液分层现象，强化电解效率，无需人为过度强制循环而降低阴极极化作用，能产生致密高的电结晶沉积铅；
3、在碱性和中性的电解液环境下都能进行电解，适用范围广，环境友好；
4、阴极导电板和阳极导电板均采用铜板外包不锈钢材质制成，导电效果好，电解效率高，耐腐蚀性好；
5、电解温度宽泛，能提高阴极极化作用，使电结晶沉积铅致密度高，品质好；
6、电解槽底部设置有不锈钢底板，不锈钢底板与非等电位固相电解装置的阴极导电板接触，并与其共同组成非等电位固相电解装置的阴极，不锈钢板扩大了阴极放电的有效面积，使电解槽本身参与电化学反应，有效地利用了电解槽，增大了电解功率；
7、装料盘中部设置为钢板网的网状结构，穿透性好，电解液在循环过程中有利于加强离子的移动，能有效地消除电解液中离子的不均匀性，匀质效果好，电结晶沉积铅致密度高，品质好；网状结构的装料盘比表面积较大，能与离子充分接触，同一时间里，能够有更多离子与装料盘表面接触从而发生电化学反应，速度是更快更充分了。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为图1中A-A剖视图；
图3为图2中的Ⅰ部放大图；
图中：1-电解槽，2-不锈钢底板，3-进液管，4-循环管，5-循环泵，6-排料管，7-阳极架，71-纵向隔条，72-横向隔条，73-阳极导电板，8-阴极架，81-栅格支撑板，82-阴极导电板，9-装料盘，10-阴极导电铜板，11-阳极导电铜板。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供了如图1-3所示的一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的设备及方法，方法包括以下步骤：
①设置阳极架7的有效放电面积：通过增大或减小横向隔条72的数量或大小来调整阳极架7的有效放电面积，使阳极架7的有效放电面积为阴极架8的2～80倍；
②调整偏心距：设阴极架8的底部到与其相邻的下一层阳极架7的顶部的距离为S1，阴极架8的底部到与其相邻的上一层阳极架7的底部的距离S2，调整阴极架8和阳极架7在竖直方向的位置，使S1：S2=1：1.2～3；
③装料：将拆解下来废铅电池膏泥装入各个装料盘9内，填料厚度为5～30mm，再将每个装料盘9插装入阴极架8的栅格支撑板81上；
④电解：将固化完成的非等电位固相电解装置整体吊装放入的电解槽1内，电解槽1内配有电解液，将阳极导电铜板11和阴极导电铜板10分别与高频电源的正负极连接，在1.6～2.5v槽压下进行电解，保持电解液温度为10～90℃，电解2.5～10小时，电解过程中每隔40～60分钟，开启循环泵5，对电解液进行循环1～3分钟；
⑤取铅：电解结束取出装料盘9，振动装料盘9，将装料盘9上膏体抖落，并对抖落下来的金属铅粉进行压团并熔铸，获得金属铅锭；
⑥回收：电解结束后，电解液中的硫酸钠通过排料管6排出，再进行蒸发浓缩或降温结晶方式分离，母液返回电解液，电解槽1中的碱再根据需要定期补充以保持电解浓度要求。
实施例
设置阳极架7的有效放电面积为阴极架8的10倍
调整偏心距，使S1：S2=1：1.5；
装料盘9的目数为30目，填料厚度为5mm。
废铅电池膏泥100kg
膏泥成分：Pb75％
电解液成分：10%碳酸钠
电解温度：从20℃上升至80℃
将膏泥装填在装料盘9内，稍固化后放入电解槽1中作阴极进行电解，在1.7v槽压下进行电解，耗时9.5小时，耗电22586.4安时。电解结束取出阴极，振动阴极架，膏体抖落，得到银灰色金属铅粉74.775kg。
主要技术指标：阴极平均电流密度630A/㎡，吨铅耗电513.5kwh，铅的回收率99.7%。
实施例
设置阳极架7的有效放电面积为阴极架8的30倍
调整偏心距，使S1：S2=1：2；
装料盘9的目数为50目，填料厚度为10mm。
废铅电池膏泥100kg
膏泥成分：Pb81％
电解液成分：10%氢氧化钠
电解温度：从17℃上升至60℃
将膏泥装填在装料盘9内，稍固化后放入电解槽1中作阴极进行电解，在2.2v槽压下进行电解，耗时5.3小时，耗电22958.5安时。电解结束取出阴极，振动阴极架，膏体抖落，得到银灰色金属铅粉80.77kg。
主要技术指标：阴极平均电流密度1224A/㎡，吨铅耗电625.4kwh，铅的回收率99.71%。
实施例
设置阳极架7的有效放电面积为阴极架8的60倍
调整偏心距，使S1：S2=1：2.5；
装料盘9的目数为100目，填料厚度为15mm。
废铅电池膏泥100kg
膏泥成分：Pb71.5％
电解液成分：20%碳酸氢钠
电解温度：从16℃上升至71℃
将膏泥装填在装料盘9内，稍固化后放入电解槽1中作阴极进行电解，在2.2v槽压下进行电解，耗时3.18小时，耗电20890安时。电解结束取出阴极，振动阴极架，膏体抖落，得到银灰色金属铅粉71.29kg。
主要技术指标：阴极平均电流密度1791A/㎡，吨铅耗电644.7kwh，铅的回收率99.7%。
实施例
设置阳极架7的有效放电面积为阴极架8的80倍
调整偏心距，使S1：S2=1：3；
装料盘9的目数为120目，填料厚度为25mm。
废铅电池膏泥100kg
膏泥成分：Pb75％
电解液成分：30%硫酸钠
电解温度：19℃上升至70℃
将膏泥装填在装料盘9内，稍固化后放入电解槽中作阴极进行电解，在2.5v槽压下进行电解，电解过程中补入氢氧化钠让溶液保持中性，耗时2.84小时，耗电21952.9安时。电解结束取出阴极，振动阴极架，膏体抖落，得到银灰色金属铅粉74.871kg。
主要技术指标：阴极平均电流密度2106A/㎡，吨铅耗电733kwh，铅的回收率99.83%。
通过上述四个实施例可以看出：采用本发明提供的废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法及设备，从原料到产品金属铅粉的回收率在99.7%以上，阴极平均电流密度大，电解时间可大大缩短，吨铅耗电可节省19%左右，设备电解效率高，生产产量大；并且本发明提供的非等电位固相电解提取金属铅粉的方法在碱性和中性的电解液环境下都能进行电解，适用范围广，环境友好，节能环保效果好。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法，其特征在于：包括以下步骤：
①设置阳极架（7）的有效放电面积：通过增大或减小横向隔条（72）的数量或大小来调整阳极架（7）的有效放电面积，使阳极架（7）的有效放电面积为阴极架（8）的2～80倍；
②调整偏心距：设阴极架（8）的底部到与其相邻的下一层阳极架（7）的顶部的距离为S1，阴极架（8）的底部到与其相邻的上一层阳极架（7）的底部的距离S2，调整阴极架（8）和阳极架（7）在竖直方向的位置，使S1：S2=1：1.2～3；
③装料：将拆解下来废铅电池膏泥装入装料盘（9）；装料厚度5～30mm；
再将每个装料盘（9）插装入阴极架（8）的栅格支撑板（81）上；
④电解：将装料完成的非等电位固相电解装置整体吊装放入的电解槽（1）内，电解槽（1）内配有电解液，将阳极导电铜板（11）和阴极导电铜板（10）分别与高频电源的正负极连接，在1.6～2.5v槽压下进行电解，保持电解液温度为10～90℃，电解2.5～10小时，电解过程中每隔40～60分钟，开启循环泵（5），对电解液进行循环1～3分钟；
⑤取铅：电解结束取出装料盘（9），振动装料盘（9），将装料盘（9）上铅粉抖落，并对抖落下来的金属铅粉进行压团并熔铸，获得金属铅锭；
⑥回收：电解结束后，电解液中的硫酸钠通过排料管（6）排出，再进行蒸发浓缩或降温结晶方式分离，母液返回电解液，电解槽（1）中的碱再根据需要定期补充以保持电解浓度要求。
2.根据权利要求1所述的一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的方法，其特征在于：步骤④中电解液为质量浓度0.1～60%氢氧化钠电解液，或者质量浓度1%---50%的硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。
3.一种废铅电池膏泥非等电位固相电解提取金属铅粉的设备，其特征在于：包括阴极架（8）、阳极架（7）和电解槽（1），阳极架（7）和阴极架（8）通过绝缘板固定交错间隔设置若干层，每层阳极架（7）均包括数根平行排列的纵向隔条（71），以及纵向隔条（71）之间平行设置的多根横向隔条（72）；阳极架（7）的左右侧均设置有阳极导电板（73），右侧的阳极导电板（73）顶部连接阳极导电铜板（11）；
阴极架（8）包括在竖直方向等间距设置的若干层栅格支撑板（81），阴极架（8）的左右两均设置有阴极导电板（82），左侧的阴极导电板（82）的顶部连接阴极导电铜板（10），阴极导电板（82）的底部伸出阳极架（7）底作为整台设备的支撑，每一层栅格支撑板（81）中均抽拉式设置有装料盘（9）；
通过增大或减小横向隔条（72）的数量或大小来调整阳极架（7）的有效放电面积，使阳极架（7）的有效放电面积为阴极架（8）的2～80倍；
设阴极架（8）的底部到与其相邻的下一层阳极架（7）的顶部的距离为S1，阴极架（8）的底部到与其相邻的上一层阳极架（7）的底部的距离S2，调整阴极架（8）和阳极架（7）在竖直方向的位置，使S1：S2=1：1.2～3；
装料盘（9）包括由纵向支撑条和横向支撑条组成的方形框，方形框内设置有钢板网，钢板网的目数为18～120目；
阳极导电板（73）和阴极导电板（82）均采用铜板外包不锈钢板制成；
电解槽（1）为一个顶部敞口的槽体，在槽体内的底板上部设置有不锈钢底板（2），不锈钢底板（2）与非等电位固相电解装置的阴极导电板（82）接触，并与其共同组成电解铅的阴极；在电解槽（1）下部的一侧设置有循环泵（5），循环泵（5）的进口通过进液管（3）连接电解槽（1），出口通过循环管（4）伸入电解槽（1）上部；在电解槽（1）底部的一侧还设置有排料管（6）。
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