CN114082377B - 一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置及方法，包括有反应器，反应器的顶部两侧连接有进液管，反应器的底部外侧连接有排液管，反应器的顶部还可拆卸式连接有盖板，反应器的内部通过四个呈十字型分布的隔板分隔形成四个腔体，进液管的一端与其相邻的两个腔体相连通，盖板的底部连接有与四个腔体相对应的缸体，并且缸体呈镂空结构；每个隔板上均开设有呈上下分布的两个通孔，每个通孔内部均安装有驱动液体流动的动力机构，并且每一个隔板上的两个动力机构驱动流体运动的方向相反。本发明的反应器内部设置有四个腔体，并且溶液在力的作用下在四个腔体内形成循环连通反应，进而使溶液与缸体内的反应物充分接触。

Description

一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置及方法
技术领域
本发明涉及再生铅技术领域，尤其涉及一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置及方法。
背景技术
现阶段的铅酸电池废铅膏的回收工艺主要有火法熔炼工艺和湿法回收工艺。其中湿法回收工艺最常用的是废铅膏脱硫法，其以Na2CO3或NaHCO3为脱硫剂，搅拌反应使其脱硫，将PbSO4转化为PbCO3，再对其焙烧或电解得到铅粉。现有技术中公开了申请号为201610725550.9，名称为一种利用高锡再生铅生产铅锡合金的工艺的专利文献，该文献中记载到对废铅膏进行脱硫时，废铅膏加水配置成矿浆，在矿浆中加入NaCO3并在反应釜中进行搅拌，而且搅拌后还需要将矿浆放入一带有强力撞击、挤压、摩擦作用的设备中进行反应。但是如果直接将废铅膏固体放入至NaCO3溶液中进行脱硫，采用现有技术中的搅拌釜进行搅拌则效果并不理想，废铅膏与NaCO3溶液并没有充分的接触进行反应。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置及方法，溶液在驱动机构的作用下在四个腔体内形成循环连通反应，使溶液与缸体内的反应物充分接触。
本发明提出一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置，包括有反应器，反应器的顶部两侧连接有进液管，反应器的底部外侧连接有排液管，反应器的顶部还可拆卸式连接有盖板，反应器的内部通过四个呈十字型分布的隔板分隔形成四个腔体，进液管的一端与其相邻的两个腔体相连通，盖板的底部连接有与四个腔体相对应的缸体，并且缸体呈镂空结构；
每个隔板上均开设有呈上下分布的两个通孔，每个通孔内部均安装有驱动液体流动的动力机构，并且每一个隔板上的两个动力机构驱动流体运动的方向相反，任一个隔板中位于上方的动力机构与相邻隔板中位于下方的动力机构驱动方向相同；
四个隔板组合形成的构件内部开设有活动槽，活动槽的内部设置有可沿竖直方向升降的连接杆，连接杆的圆周面上分布有呈十字型分布的挡板，连接杆和挡板均与活动槽滑动连接，任一相对设置的两个挡板上均对称开设有两个呈上下分布的第一孔，其余的两个挡板上对称的开设两个第二孔，上方的两个第一孔位置高于上方的两个第二孔，下方的两个第一孔位置低于下方的两个第二孔，并且任一个上方的第一孔与任一个下方的第二孔之间的垂直高度与隔板上两个通孔之间的距离相同。
优选的，动力机构包括有叶轮，叶轮的外侧固定连接有环形齿轮，环形齿轮的两侧固定连接有滑块，环形齿轮通过滑块嵌入至隔板内部并与之转动连接，环形齿轮的外侧啮合连接有齿轮，齿轮的一侧设有电机，电机固定安装于隔板内部，电机的电机轴与齿轮固定连接。
优选的，四个腔体的内壁上均固定连接有附着膜，每个通孔的外侧均可拆卸安装有用于对流入通孔时的液体进行过滤的结晶滤网。
优选的，缸体的一侧安装有活动门，缸体的顶端固定连接有固定杆，固定杆的顶端固定连接于盖板底部，盖板的底部还安装有密封塞。
本发明还提出一种采用上述装置生产氧化铅的方法，方法如下：
步骤一、将废铅膏放入至缸体中，向反应器中注入Na2CO3溶液与废铅膏反应进行脱硫处理，反应后将溶液通过排液管排出，收集缸体、附着膜以及结晶滤网上的沉淀物，对沉淀物进行洗涤干燥后得到脱硫后的铅膏；
步骤二、清洗附着膜与结晶滤网后重新安装就位，将步骤一中得到的铅膏重新置于缸体，将缸体装入反应器，向反应器中通入硝酸溶液和H2O2溶液充分进行反应；
步骤三、保留步骤二中反应器内部的溶液，取出缸体并对其进行更换，在更换后的缸体中填充阴离子交换树脂包裹的Na2C2O4固体后放入反应器中进行充分反应，反应完全后，分离并收集缸体、结晶滤网以及附着膜中的沉淀物，然后对其过滤、洗涤、100℃干燥得到草酸铅固体，将草酸铅固体在550℃下煅烧得到超细氧化铅粉末状固体。
优选的，步骤一中，Na2CO3溶液与废铅膏进行反应的同时，控制挡板沿活动槽中进行升降，使其中四个驱动方向相同的动力机构所对应的通孔导通，动力机构中的电机驱动叶轮旋转，促使Na2CO3溶液在四个腔体内流动，Na2CO3溶液在力的作用下在四个腔体内形成循环连通反应，使Na2CO3溶液与缸体内的废铅膏充分接触，反应一段时间后，关闭电机，再次控制挡板沿活动槽中进行升降，使另外四个驱动方向相同的动力机构所对应的通孔导通，启动电机驱动叶轮旋转，促使Na2CO3溶液在四个腔体内沿相反的轨迹流动，如此往复循环直至Na2CO3溶液与废铅膏彻底反应。
优选的，步骤一中采用离子水和无水乙醇对沉淀物反复洗涤，沉淀物与洗涤液的配比为1:5，干燥温度为100℃。
优选的，步骤二和步骤三中均采用与步骤一中相同的操作方式使硝酸溶液和H2O2溶液在四个腔体内循环流动。
本发明中的有益效果为：本发明的反应器内部通过呈十字型分布的四个隔板分隔形成四个腔体，每个隔板上均开设有两个通孔，每一个隔板上的两个动力机构驱动流体运动的方向相反，而任一个隔板中位于上方的动力机构与相邻隔板中位于下方的动力机构驱动方向相同，八个动力机构通过上述分布方式安装在隔板中，每个动力机构均能提供足够的涡力促使溶液在四个腔体内流动。溶液在力的作用下在四个腔体内形成循环连通反应，进而使溶液与缸体内的反应物充分接触。并且通过电动伸缩杆驱动挡板升降与隔板上的通孔配合，可使溶液在反应器中形成两种方向相反的流动方向和轨迹，进一步的使缸体内的反应物更加充分的与溶液接触。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明整个装置的三维结构示意图；
图2为本发明整个装置的盖板打开状态时的结构示意图；
图3为本发明中反应器的俯视结构示意图；
图4为本发明中反应器的局部爆炸结构示意图；
图5为本发明中反应器的三维剖面示意图；
图6为本发明中动力机构沿竖直方向上的剖面示意图；
图7为本发明中动力机构的沿水平方向上的剖面示意图；
图8为本发明反应器中挡板处于第一种状态时的结构示意图；
图9为本发明反应器中挡板处于第一种状态时的结构示意图。
图中：1、反应器；2、隔板；3、通孔；4、动力机构；5、叶轮；6、环形齿轮；7、滑块；8、齿轮；9、电机；10、结晶滤网；11、活动槽；12、连接杆；13、挡板；14、第一孔；15、第二孔；16、电动伸缩杆；17、进液管；18、排液管；19、缸体；20、固定杆；21、密封塞；22、盖板。
具体实施方式
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。
实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例中公开了一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置，如图1所示，包括有反应器1，反应器1的顶部两侧连接有进液管17，反应器1的底部外侧连接有排液管18，进液管17和排液管18上均装有阀门，反应器1的顶部还可拆卸式连接有盖板22，如图2、图3所示，反应器1的内部通过四个呈十字型分布的隔板2分隔形成四个腔体，进液管17的一端与其相邻的两个腔体相连通，盖板22的底部连接有与四个腔体相对应的缸体19，并且缸体19呈镂空结构，缸体19的一侧安装有活动门，通过打开活动门，将废铅膏放入至缸体19中，缸体19的顶端固定连接有固定杆20，固定杆20的顶端固定连接于盖板22底部，固定杆20的长度则与进液管17相配合，使装有废铅膏的缸体19置于反应器1内部时能够与反应溶液相接触，盖板22的底部还安装有密封塞21，密封塞21能够保障盖板22与反应器1之间的密封性。
作为本发明的核心技术方案，每个隔板2上均开设有呈上下分布的两个通孔3，每个通孔3内部均安装有驱动液体流动的动力机构4，并且每一个隔板2上的两个动力机构4驱动流体运动的方向相反，任一个隔板2中位于上方的动力机构4与相邻隔板2中位于下方的动力机构4驱动方向相同，如此四个隔板2上八个通孔3被分成两组，第一组中所有的动力机构4的驱动方向相同，第二组中所有的驱动机构4驱动方向相同并且与第一组中的动力机构4驱动方向相反。
进一步的，如图4所示，四个隔板2组合形成的构件内部开设有活动槽11，活动槽11的内部设置有可沿竖直方向升降的连接杆12，连接杆12的底部连接有电动伸缩杆16，通过电动伸缩杆16来控制连接杆12的升降运动，连接杆12的圆周面上分布有呈十字型分布的挡板13，连接杆12和挡板13均与活动槽11滑动连接，任一相对设置的两个挡板13上均对称开设有两个呈上下分布的第一孔14，其余的两个挡板13上对称的开设两个第二孔15，上方的两个第一孔14位置高于上方的两个第二孔15，下方的两个第一孔14位置低于下方的两个第二孔15，并且任一个上方的第一孔14与任一个下方的第二孔15之间的垂直高度与隔板2上两个通孔3之间的距离相同，电动伸缩杆16驱动挡板13沿活动槽11内滑动，使挡板13的位置如附图8所示，此时启动处于导通状态的四个通孔3内部的驱动机构4，溶液在驱动机构4的作用下在四个连通的腔体内流动，电动伸缩杆16驱动挡板13向上滑动至附图9所示的状态时，此时图9中的通孔3的开启状态正好与图8相反，即另外四个通孔3处于导通状态，其内部的驱动机构4驱动溶液在四个连通的腔体内沿相反的方向进行流动，电动伸缩杆16往复的驱动挡板13进行升降运动，从而实现溶液在四个腔体内往复循环流动。
进一步的，如图6、图7所示，本实施例中的动力机构4包括有叶轮5，叶轮5的外侧固定连接有环形齿轮6，环形齿轮6的两侧固定连接有滑块7，环形齿轮6通过滑块7嵌入至隔板2内部并与之转动连接，环形齿轮6的外侧啮合连接有齿轮8，齿轮8的一侧设有电机9，电机9固定安装于隔板2内部，电机9的电机轴与齿轮8固定连接，通过电机9驱动齿轮8进行旋转，而齿轮8与环形齿轮6相啮合因此带动叶轮5进行旋转，叶轮5与溶液相接触驱动溶液经过通孔3。
作为优选的实施例，四个腔体的内壁上均固定连接有附着膜，每个通孔3的外侧均可拆卸安装有用于对流入通孔3时的液体进行过滤的结晶滤网10，废铅膏脱硫时，附着膜和结晶滤网10可收集一部分的沉淀物，该沉淀物经过洗涤干燥后形成铅膏，而在铅离子的沉淀反应中，附着膜和结晶滤网10可收集附着一小部分的草酸钠。
采用上述装置生产氧化铅的具体步骤为：
步骤一、打开缸体19一侧的活动门，分别向四个缸体19的内部放入等量的废铅膏，关闭活动门。从进液管17内通入Na2CO3溶液，平均分配在四个腔体中，腔体内的液面高度要高于顶部的通孔3。启动图8中没有被堵塞的通孔3内的动力机构4的电机9供叶轮5工作，提供足够的涡力促使Na2CO3溶液在四个腔体内流动。Na2CO3溶液在力的作用下在四个腔体内形成循环连通反应，使Na2CO3溶液与缸体19内的废铅膏充分接触。反应一段时间后，关闭电机9，启动电动伸缩杆16，电动伸缩杆16带动挡板13向上移动，变为图9的状态。启动电机9供叶轮5工作，此时Na2CO3溶液流动的方向和轨迹跟图8中的相反，进而使Na2CO3溶液穿过缸体19的方向正好跟图8中的相反，通过两种方向相反的流动方向和轨迹，可使缸体19内的废铅膏更加充分的与Na2CO3溶液接触。反应后将溶液通过排液管18排出，收集缸体19、附着膜以及结晶滤网10上的沉淀物，清洗附着膜与结晶滤网10后重新安装就位，将沉淀物经去离子水和无水乙醇反复洗涤，保证液固比为5:1，100℃干燥，得到脱硫后的铅膏，废铅膏的脱硫(去除硫酸铅)时发生的主要反应方程式为：PbSO4+Na2CO3＝PbCO3+Na2SO4。
步骤二、将上述步骤一中处理得到的脱硫后的铅膏重新置于缸体19，将缸体19装入反应器1，从进液管17内通入硝酸溶液和H2O2溶液，重复上述操作使其充分反应。脱硫后的铅膏主要含有PbCO3、PbO2和PbO，与HNO3溶液充分反应转化为Pb2+溶解在溶液中，Pb2+溶解时发生的主要反应方程式为：PbO+2HNO3＝Pb(NO3)2+H2O；PbO2+2HNO3＝Pb(NO3)2+H2O+02；PbCO3+2HNO3＝Pb(NO3)2+H2O+CO2。
步骤三、保留步骤二反应后反应器1中的溶液，取出缸体19并更换新的缸体19，在新更换的缸体19中填充阴离子交换树脂包裹的Na2C2O4固体后放入反应器1，重复上述操作使其充分反应，反应温度为常温，反应时间为2h。溶液中的Pb2+与阴离子交换树脂包裹的Na2C2O4固体接触时，C2O42-离子透过阴离子交换树脂，在其表面与Pb2+发生反应生成PbC2O4固体，其中大部分PbC2O4在缸体19中生成，小部分会随溶液进入反应器1与溶液发生反应生成PbC2O4沉淀，在循环连通系统工作状态下，小部分PbC2O4固体附着在附着膜上或结晶滤网10上。反应完全后，分离并收集缸体19、结晶滤网10以及附着膜中的PbC2O4，过滤、洗涤、100℃干燥得到草酸铅固体，将PbC2O4固体在550℃下煅烧得到超细氧化铅粉末状固体，Pb2+沉淀时发生的主要反应方程式为：Pb(NO3)2+Na2C2O4＝PbC2O4+2NaNO3。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置，包括有反应器(1)，反应器(1)的顶部两侧连接有进液管(17)，反应器(1)的底部外侧连接有排液管(18)，反应器(1)的顶部还可拆卸式连接有盖板(22)，其特征在于，反应器(1)的内部通过四个呈十字型分布的隔板(2)分隔形成四个腔体，进液管(17)的一端与其相邻的两个腔体相连通，盖板(22)的底部连接有与四个腔体相对应的缸体(19)，并且缸体(19)呈镂空结构；
每个隔板(2)上均开设有呈上下分布的两个通孔(3)，每个通孔(3)内部均安装有驱动液体流动的动力机构(4)，并且每一个隔板(2)上的两个动力机构(4)驱动流体运动的方向相反，任一个隔板(2)中位于上方的动力机构(4)与相邻隔板(2)中位于下方的动力机构(4)驱动方向相同；
四个隔板(2)组合形成的构件内部开设有活动槽(11)，活动槽(11)的内部设置有可沿竖直方向升降的连接杆(12)，连接杆(12)的圆周面上分布有呈十字型分布的挡板(13)，连接杆(12)和挡板(13)均与活动槽(11)滑动连接，任一相对设置的两个挡板(13)上均对称开设有两个呈上下分布的第一孔(14)，其余的两个挡板(13)上对称的开设两个第二孔(15)，上方的两个第一孔(14)位置高于上方的两个第二孔(15)，下方的两个第一孔(14)位置低于下方的两个第二孔(15)，并且任一个上方的第一孔(14)与任一个下方的第二孔(15)之间的垂直高度与隔板(2)上两个通孔(3)之间的距离相同；
四个腔体的内壁上均固定连接有附着膜，每个通孔(3)的外侧均可拆卸安装有用于对流入通孔(3)时的液体进行过滤的结晶滤网(10)。
2.根据权利要求1所述的一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置，其特征在于，动力机构(4)包括有叶轮(5)，叶轮(5)的外侧固定连接有环形齿轮(6)，环形齿轮(6)的两侧固定连接有滑块(7)，环形齿轮(6)通过滑块(7)嵌入至隔板(2)内部并与之转动连接，环形齿轮(6)的外侧啮合连接有齿轮(8)，齿轮(8)的一侧设有电机(9)，电机(9)固定安装于隔板(2)内部，电机(9)的电机轴与齿轮(8)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置，其特征在于，缸体(19)的一侧安装有活动门，缸体(19)的顶端固定连接有固定杆(20)，固定杆(20)的顶端固定连接于盖板(22)底部，盖板(22)的底部还安装有密封塞(21)。
4.一种采用权利要求1-3任一所述的一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置生产氧化铅的方法，其特征在于，方法如下：步骤一、将废铅膏放入至缸体(19)中，向反应器(1)中注入Na2CO3溶液与废铅膏反应进行脱硫处理，反应后将溶液通过排液管(18)排出，收集缸体(19)、附着膜以及结晶滤网(10)上的沉淀物，对沉淀物进行洗涤干燥后得到脱硫后的铅膏；
步骤二、清洗附着膜与结晶滤网(10)后重新安装就位，将步骤一中得到的铅膏重新置于缸体(19)，将缸体(19)装入反应器(1)，向反应器(1)中通入硝酸溶液和H2O2溶液充分进行反应；
步骤三、保留步骤二中反应器(1)内部的溶液，取出缸体(19)并对其进行更换，在更换后的缸体(19)中填充阴离子交换树脂包裹的Na2C2O4固体后放入反应器(1)中进行充分反应，反应完全后，分离并收集缸体(19)、结晶滤网(10)以及附着膜中的沉淀物，然后对其过滤、洗涤、100℃干燥得到草酸铅固体，将草酸铅固体在550℃下煅烧得到超细氧化铅粉末状固体。
5.根据权利要求4所述的一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置生产氧化铅的方法，其特征在于，步骤一中，Na2CO3溶液与废铅膏进行反应的同时，控制挡板(13)沿活动槽(11)中进行升降，使其中四个驱动方向相同的动力机构(4)所对应的通孔(3)导通，动力机构(4)中的电机(9)驱动叶轮(5)旋转，促使Na2CO3溶液在四个腔体内流动，Na2CO3溶液在力的作用下在四个腔体内形成循环连通反应，使Na2CO3溶液与缸体(19)内的废铅膏充分接触，反应一段时间后，关闭电机(9)，再次控制挡板(13)沿活动槽(11)中进行升降，使另外四个驱动方向相同的动力机构(4)所对应的通孔(3)导通，启动电机(9)驱动叶轮(5)旋转，促使Na2CO3溶液在四个腔体内沿相反的轨迹流动，如此往复循环直至Na2CO3溶液与废铅膏彻底反应。
6.根据权利要求5所述的一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置生产氧化铅的方法，其特征在于，步骤一中采用离子水和无水乙醇对沉淀物反复洗涤，沉淀物与洗涤液的配比为1:5，干燥温度为100℃。
7.根据权利要求5所述的一种利用废旧铅酸蓄电池生产氧化铅的装置生产氧化铅的方法，其特征在于，步骤二和步骤三中均采用与步骤一中相同的操作方式使硝酸溶液和H2O2溶液在四个腔体内循环流动。
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