ITBR20130002A1 - "PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF HOMOGENOUS BLENDS OF LEAD AND METALLIC LEAD MONOSSID, USED FOR THE PREPARATION OF PASTE FOR ACID LEAD BATTERY ELECTRODES, BEGIN FROM LEAD-FREE OXIDE WITH HIGH PURITY THROUGH A REDUCTION - Google Patents

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ITBR20130002A1
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IT
Italy
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lead
reactor
lead oxide
high purity
hydrogen
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IT000002A
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Renato Guerriero
Sala Giorgio La
Francesco Scura
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Stc S R L Science Technology & C Onsulting
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Description

“PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE Di MISCELE OMOGENEE DI MONOSSIDO DI PIOMBO E PIOMBO METALLICO, UTILIZZABILI PER LA PREPARAZIONE DI PASTE PER ELETTRODI DI BATTERIE AL PIOMBO ACIDO, PARTENDO DA OSSIDO DI PIOMBO AD ELEVATA PUREZZA ATTRAVERSO UNA RIDUZIONE CONTROLLATA CON GAS RIDUCENTI’’. "PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF HOMOGENEOUS MIXTURES OF LEAD MONOXIDE AND METALLIC LEAD, USED FOR THE PREPARATION OF PASTES FOR LEAD ACID BATTERY ELECTRODES, STARTING FROM LEAD OXIDE WITH HIGH PURITY THROUGH A REDUCED GAS REDUCTION.

Descrizione Description

La presente invenzione concerne un procedimento per la produzione dì miscele omogenee di monossido dì piombo e piombo metallico, utilizzabili per la preparazione di paste per elettrodi di batterie ai piombo acido, partendo da ossido di piombo ad elevata purezza attraverso una riduzione controllata con gas riducenti. The present invention relates to a process for the production of homogeneous mixtures of lead monoxide and metal lead, usable for the preparation of pastes for lead acid battery electrodes, starting from high purity lead oxide through a controlled reduction with reducing gases.

La riduzione di ossidi metallici con riducenti gassosi è una pratica industriale abbastanza diffusa. Attualmente vengono effettuate riduzioni di ossidi metallici soprattutto per composti come il Tungsteno, il Molibdeno, il Nickel, il Germanio, ecc,; spesso l'agente riducente non è rappresentato da Idrogeno ma da Metano, Monossido di Carbonio o, in studi più settoriali e limitali a indagini di laboratorio, da idrogeno molecolare. Per questi processi esiste un'abbondante letteratura che ne sostiene la fattibilità pratica. The reduction of metal oxides with gaseous reducing agents is a fairly common industrial practice. Currently, metal oxide reductions are carried out especially for compounds such as Tungsten, Molybdenum, Nickel, Germanium, etc. often the reducing agent is not represented by hydrogen but by methane, carbon monoxide or, in more sectoral studies and limited to laboratory investigations, by molecular hydrogen. For these processes there is an abundant literature supporting their practical feasibility.

Esistono diversi lavori scientifici risalenti ai primi anni del '900 e alla metà dello stesso secolo che trattano l’impiego di idrogeno per la riduzione dell'ossido di piombo. There are several scientific works dating back to the early 1900s and mid-century that deal with the use of hydrogen for the reduction of lead oxide.

In particolare Brislee et al., hanno riportato in diverse pubblicazioni studi relativi a quest’argomento. Hanno evidenziato la formazione di SubOssido di Piombo quando il monossido dello stesso metallo è trattato con idrogeno. Nello stesso lavoro hanno affermato che a temperature comprese fra 211°C e 235°C in presenza di idrogeno hanno luogo due reazioni simultanee: la prima partendo da ossido di piombo a formare subossido di piombo e acqua, l’altra a partire da subossido di piombo a formare piombo metallico e acqua. In queste situazioni la reazione con una resa maggiore, secondo gli autori, dovrebbe essere quella che porta alla formazione di subossido di piombo ( 1908. F.J. Brislee, J.Chem, Soc,, London) (1903, Gluser, Z. anorg. Chcm.). In particular, Brislee et al., Have reported studies relating to this topic in various publications. They highlighted the formation of Lead Suboxide when the monoxide of the same metal is treated with hydrogen. In the same work they stated that at temperatures between 211 ° C and 235 ° C in the presence of hydrogen, two simultaneous reactions take place: the first starting from lead oxide to form lead suboxide and water, the other starting from suboxide of lead to form metallic lead and water. In these situations the reaction with a higher yield, according to the authors, should be that which leads to the formation of lead suboxide (1908. F.J. Brislee, J.Chem, Soc ,, London) (1903, Gluser, Z. anorg. Chcm .).

Successivamente John et al., hanno dimostrato come già a 185°C si ha un’apprezzabile riduzione di ossido di piombo a piombo metallico in presenza di idrogeno (1 929, J, L. St. Jhon, J.Phys. Client). Subsequently John et al., Demonstrated that already at 185 ° C there is an appreciable reduction of lead oxide to metallic lead in the presence of hydrogen (1 929, J, L. St. Jhon, J.Phys. Client).

Ulteriori conferme si possono trovare in un lavoro pubblicato da Gallo et al., i quali riferiscono che la conversione di PbO a piombo metallico avviene a partire da 160°C ma che bisogna arrivare a 240°C per ottenere cinetiche apprezzabili ( 1951 , G, Gallo, M Del Guerra, Ann. Chini. Appi,, Roma). La presenza di subossido di piombo precedentemente ipotizzata da Brislee et al. e successivamente postulata da Dunnoyer et al. ( 1951, J. M, Dunnoyer, Ann, Chim.), è stata in seguito smentita da David et al., che in una loro pubblicazione hanno mostrato come il subossido di piombo sia in realtà una miscela di Pb c PbO non necessariamente in proporzioni equimolari ( 1955, R. David, Acad. Sci. Paris, Parigi). Further confirmation can be found in a paper published by Gallo et al., Who report that the conversion of PbO to metallic lead occurs starting from 160 ° C but that it is necessary to reach 240 ° C to obtain appreciable kinetics (1951, G, Gallo, M. Del Guerra, Ann. Chini. Appi ,, Rome). The presence of lead suboxide previously hypothesized by Brislee et al. and subsequently postulated by Dunnoyer et al. (1951, J. M, Dunnoyer, Ann, Chim.), Was later denied by David et al., Who showed in their publication that lead suboxide is actually a mixture of Pb and PbO not necessarily in equimolar proportions (1955, R. David, Acad. Sci. Paris, Paris).

In una pubblicazione del ’61 a opera di Culver et al., è riportato lo studio sulle cinetiche di reazioni implicate nella riduzione dell’ossido di piombo con idrogeno a temperature comprese fra 400°C e 800°C, al variare della dimensione dei pcllets di PbO e della composizione del gas riducente (1961, R.V. Culver, The kinetics of thè reduci fon of lead mouoxide hy hydrogen). In a publication of '61 by Culver et al., The study on the kinetics of reactions involved in the reduction of lead oxide with hydrogen at temperatures between 400 ° C and 800 ° C, as the size of the pcllets varies. of PbO and the composition of the reducing gas (1961, R.V. Culver, The kinetics of the veteran fon of lead mouoxide hy hydrogen).

Olire a pubblicazioni di carattere scientifico divulgativo, non sono attualmente presenti brevetti o esempi applicativi dei processi citati. In addition to popular scientific publications, there are currently no patents or application examples of the aforementioned processes.

Attualmente nella pratica industriale per la produzione di miscele di ossido di piombo e piombo metallico utilizzate per la preparazione di paste per la costruzione di elettrodi per batterìe al piombo acido sono impiegati due processi (Processo di Attrizione e processo Burton) che utilizzano come materia prima piombo metallico. Currently in the industrial practice for the production of mixtures of lead oxide and metallic lead used for the preparation of pastes for the construction of electrodes for lead acid bacteria, two processes are used (Attrition process and Burton process) which use lead as raw material metallic.

La richiedente ha trovato un procedimento molto flessibile, alternativo ai due processi industrialmente utilizzati, che, partendo da ossido di piombo ad elevata purezza, permette dì ottenere miscele dì piombo e piombo metallico con rapporto stechiometrico Pb/O variabile, fra cui in particolare quelle con composizione assimilabile a quella degli ossidi utilizzati per la costruzione di elettrodi per batterie al Piombo acido. The Applicant has found a very flexible process, alternative to the two industrially used processes, which, starting from high purity lead oxide, allows to obtain mixtures of lead and metallic lead with a variable stoichiometric Pb / O ratio, including in particular those with composition similar to that of the oxides used for the construction of lead acid battery electrodes.

Tale procedimento consente di raggiungere una uniformità di distribuzione del piombo metallico fra la polvere di PbO che garantisce luniformità del prodotto che avrà così migliori caratteristiche per il mercato di destinazione. This process makes it possible to achieve a uniformity of distribution of the metallic lead among the PbO powder which guarantees the uniformity of the product which will thus have better characteristics for the target market.

Il procedimento, oggetto della presente invenzione, comprende essenzialmente il far reagire l’ossido di piombo ad elevata purezza in un reattore con idrogeno o con una miscela di idrogeno ed altri gas riducenti, quali CO, CH4, ecc.. e/o gas inerti, quali N2Ar, ecc., ad una temperatura compresa fra 150 c 320°C, preferibilmente fra 250 e 300 °C. ottenendo dopo raffreddamento una miscela omogenea di monossido di piombo e piombo. The process, object of the present invention, essentially comprises making the high purity lead oxide react in a reactor with hydrogen or with a mixture of hydrogen and other reducing gases, such as CO, CH4, etc. and / or inert gases , such as N2Ar, etc., at a temperature comprised between 150 and 320 ° C, preferably between 250 and 300 ° C. obtaining after cooling a homogeneous mixture of lead monoxide and lead.

Con ossido di piombo ad elevata purezza si intende un ossido di piombo di purezza uguale o superiore al 99 % in peso. By high purity lead oxide we mean a lead oxide of purity equal to or greater than 99% by weight.

Il procedimento rivendicato, per riduzione parziale di ossido di piombo impiegando, come agente riducente, idrogeno molecolare o miscele di idrogeno e di altri gas riducenti, avviene secondo le reazioni ( 1 , 2 e 3); The claimed process, for partial reduction of lead oxide using, as reducing agent, molecular hydrogen or mixtures of hydrogen and other reducing gases, takes place according to the reactions (1, 2 and 3);

La reazione avviene a pressione preferibilmente atmosferica. The reaction takes place preferably at atmospheric pressure.

Il reattore può essere operato in modalità batch oppure in continuo. The reactor can be operated in batch or continuous mode.

A1 fine di ottenere un prodotto finale avente granulometria desiderata ed il più possibile uniforme, è consìgliabile che l’ossido di piombo puro utilizzato come materia prima sia opportunamente disgregato e setacciate prima di subire il trattamento di riduzione con idrogeno, preferibilmente ad una granulometria compresa fra 0,01 e 100 μ, preferibilmente fra 0,1 e 10 μ. In order to obtain a final product having a desired particle size and as uniform as possible, it is advisable that the pure lead oxide used as raw material is suitably broken down and sieved before undergoing the reduction treatment with hydrogen, preferably to a particle size between 0.01 and 100 μ, preferably between 0.1 and 10 μ.

La corrente gassosa in uscita dal reattore, contenente idrogeno non reagito e vapore acqueo prodotto dalla reazione oltre agli eventuali gas inerti utilizzati, può essere preferibilmente ricircolata al reattore, previo raffreddamento e separazione per condensazione del vapore acqueo formatosi a seguito della reazione, Prima di essere riammessa nel reattore la corrente contenente idrogeno viene preferibilmente scaldata fino alla temperatura di esercizio. The gaseous stream leaving the reactor, containing unreacted hydrogen and water vapor produced by the reaction in addition to any inert gases used, can preferably be recirculated to the reactor, after cooling and separation by condensation of the water vapor formed as a result of the reaction. when the stream containing hydrogen is readmitted back into the reactor, it is preferably heated up to the operating temperature.

II liquido separato per condensazione può essere raccolto in un recipiente. La misura della quantità di acqua raccolta, nel caso in cui si utilizzi idrogeno puro come gas riducente, consente dì valutare il grado di avanzamento delia reazione in quanto direttamente proporzionale alla quantità di ossido di piombo ridotto. The liquid separated by condensation can be collected in a container. The measurement of the quantity of water collected, in the case in which pure hydrogen is used as reducing gas, allows to evaluate the degree of progress of the reaction as it is directly proportional to the quantity of reduced lead oxide.

In modalità batch al raggiungimento del grado di conversione desiderato il reattore viene svuotato idrogeno residuo (eventualmente miscelato ad altri gas riducenti e/o gas inerti) e raffreddato mediante insufflaggio di gas inerte, per esempio azoto. In batch mode, upon reaching the desired degree of conversion, the reactor is emptied of residual hydrogen (possibly mixed with other reducing gases and / or inert gases) and cooled by blowing in inert gas, for example nitrogen.

Dopo il raffreddamento si ottiene una miscela di ossido e metallo avente composizione praticamente uniforme. Nel caso di preparazione di miscele aventi composizione finale pari a quella degli ossidi impiegali nella produzione di batterie, tale miscela può essere direttamente impiegata nella preparazione delle paste elettrodiche per la costruzione di batterie a! piombo acido. After cooling, a mixture of oxide and metal having a practically uniform composition is obtained. In the case of preparation of mixtures having a final composition equal to that of the oxides used in the production of batteries, this mixture can be directly used in the preparation of electrode pastes for the construction of batteries. lead acid.

Più in particolare il procedimento rivendicato può essere effettuato preferibilmente mediante i seguenti stadi: More particularly, the claimed process can be preferably carried out by means of the following steps:

• macinare e setacciare alla granulometria desiderata l'ossido di piombo ad elevata purezza; • grind and sift the high purity lead oxide to the desired particle size;

• alimentare detto ossido di piombo macinalo e setacciato ad un reattore, eventualmente precedentemente {lussato con gas inerte e scaldato alla temperatura di reazione; • feeding said lead oxide, ground and sieved to a reactor, possibly previously luxated with inert gas and heated to the reaction temperature;

• iniettare una corrente di idrogeno o di idrogeno miscelato con altri gas riducenti e/o gas inerti, precedentemente riscaldata fino alla temperatura di esercìzio, facendo reagire l’ossido di piombo macinato e setacciato; • inject a stream of hydrogen or hydrogen mixed with other reducing gases and / or inert gases, previously heated to operating temperature, causing the ground and sieved lead oxide to react;

• svuotare il reattore, al raggiungimento del grado di conversione desiderato, da una corrente gassosa contenente idrogeno non reagito. • empty the reactor, once the desired conversion degree is reached, from a gaseous stream containing unreacted hydrogen.

vapor acqueo prodotto e gli altri eventuali gas riducenti e/o gas inerti utilizzati; water vapor produced and any other reducing gases and / or inert gases used;

• raffreddare il reattore mediante insufflaggio di gas inerte, ottenendo una miscela di monossido di piombo e piombo metallico avente composizione praticamente uniforme. • cooling the reactor by blowing in inert gas, obtaining a mixture of lead monoxide and metallic lead having a practically uniform composition.

La flessibilità del procedimento in accordo invenzione consente anche la possibilità di: The flexibility of the process according to the invention also allows the possibility of:

• operare la reazione in modalità di letto impaccato ovvero di letto fluido variando la quantità di polveri caricate nella camera di reazione c aumentando la velocità di ricircolo della corrente gassosa, in modo di consentire alle polveri di PbO di espandersi sotto l’effetto della corrente di idrogeno al fine di ridurre le resistenze esterne al trasporto di materia c di migliorare la cinetica di reazione; • operate the reaction in packed bed or fluidized bed mode by varying the quantity of powders loaded into the reaction chamber and increasing the recirculation speed of the gaseous stream, so as to allow the PbO powders to expand under the effect of the hydrogen in order to reduce the external resistances to the transport of matter and to improve the reaction kinetics;

• produrre miscele di polveri di ossido di piombo e piombo metallico aventi composizione ovvero rapporto Pb/Q desiderato, variando in maniera opportuna la quantità di ossido caricato nella camera di reazione, la portata di ricircolo, la temperatura di esercizio od il tempo di reazione • produce mixtures of lead oxide and metal lead powders having the desired composition or Pb / Q ratio, suitably varying the quantity of oxide loaded into the reaction chamber, the recirculation flow rate, the operating temperature or the reaction time

Preferibilmente il reattore utilizzato nel procedimento in accordo invenzione può comprendere sostanzialmente un tubo verticale, all’interno del quale tra due supporti è ricavata una camera di reazione in cui viene alimentata l’ossido di piombo ad alla purezza macinato c setacciato, il quale reattore è eventualmente alloggiato all'interno di una camera/forno termostatizzata. Preferably, the reactor used in the process according to the invention can substantially comprise a vertical tube, inside which a reaction chamber is formed between two supports into which the pure ground and sieved lead oxide is fed, which reactor is possibly housed inside a thermostatic chamber / oven.

L’ossido di piombo ad elevata purezza può essere quello ottenuto dal trattamento del pastello delle batterie al piombo esauste, dopo desolforazione, The high purity lead oxide can be that obtained from the pastel treatment of spent lead batteries, after desulfurization,

In particolare detto ossido di piombo può essere ottenuto con i! processo STC di produzione di ossidi puri (descritto nella domanda EP-1728764 delta stessa richiedente), che consente di ottenere purezze elevatissime dei prodotti finali con granulometrie submicroniche, partendo da materiali e/o residui contenenti piombo sotto forma di solfali ed eventualmente di ossidi e/o dì altri composti, quali il pastello proveniente dalle batterie esauste acide, comprendente essenzialmente i seguenti stadi: In particular, said lead oxide can be obtained with i! STC process for the production of pure oxides (described in the application EP-1728764 of the same applicant), which allows to obtain very high purities of the final products with submicronic particle sizes, starting from materials and / or residues containing lead in the form of sulfals and possibly oxides and / or of other compounds, such as pastel coming from spent acid batteries, essentially comprising the following stages:

• desolforazione del materiale e/o residuo contenente solfato di piombo in sospensione acquosa con un adatto carbonato o idrato in modo da ottenere la conversione del solfato di piombo in carbonato o idrato; • calcinazione di detto materiale e/o residuo desolforato in modo da ottenere monossido di piombo impuro cui segue un raffeddamento e una macinazione; • desulphurization of the material and / or residue containing lead sulphate in aqueous suspension with a suitable carbonate or hydrate in order to obtain the conversion of the lead sulphate into carbonate or hydrate; • calcination of said material and / or desulphurized residue so as to obtain impure lead monoxide which is followed by cooling and grinding;

• lisciviazione del monossido di piombo impuro mediante una soluzione acquosa di acido acetico seguita da filtrazione separando un residuo solido, costituito essenzialmente da sol fato di piombo non convertito, da una soluzione di acetato di piombo; • leaching of the impure lead monoxide by means of an aqueous solution of acetic acid followed by filtration separating a solid residue, essentially consisting of unconverted lead sulfate, from a solution of lead acetate;

• precipitazione dalla soluzione di acetato di piombo mediante un idrossido alcalino o alcalino-terroso, che possa dare acetati solubili, in modo da ottenere effettuando detta precipitazione a temperature di ebollizione un precipitato sotto forma di ossido di piombo, cui segue una filtrazione del precipitato ottenuto, separandone una soluzione, almeno un lavaggio c successiva separazione del liquido di lavaggio; • essiccazione ed eventuale calcinazione del precipitato filtrato e lavato in modo da ottenere operando ad una temperatura di essiccazione preferibilmente compresa fra 130 e 150<°>C l’ossido di piombo a purezza elevata. • precipitation from the lead acetate solution by means of an alkaline or alkaline-earth hydroxide, which can give soluble acetates, so as to obtain, by carrying out said precipitation at boiling temperatures, a precipitate in the form of lead oxide, followed by filtration of the precipitate obtained by separating a solution thereof, at least one washing and subsequent separation of the washing liquid; • drying and possible calcination of the filtered and washed precipitate in order to obtain high purity lead oxide by operating at a drying temperature preferably between 130 and 150 <°> C.

Ulteriori caratteristiche del procedimento di ottenimento possono essere trovate nella stessa domanda di brevetto sopra citala. Further characteristics of the obtaining process can be found in the same patent application cited above.

Si fornisce ora una realizzazione in modalità batch della presente invenzione mediante la fig. 1 che non deve essere considerata una limitazione invenzione stessa. A batch mode embodiment of the present invention is now provided by FIG. 1 which should not be considered a limitation of the invention itself.

In un reattore {R). preferibilmente costituito da un tubo verticale in acciaio inossidabile all’interno del quale tra due supporti porosi è ricavata una camera di reazione, vengono caricate le polveri di PbO da trattare. Tale reattore può essere eventualmente alloggiato interno di una camera (o forno) termostatizzala. I supporti, realizzati per esempio in fritta ceramica, dovrebbero avere una porosità tale da consentire il passaggio del gas riducente senza eccessive perdite dì carico ed in grado di impedire l ’eventuale trascinamento di polveri. Il reattore può essere munito alle due estremità di un sistema di flange e contro-flange tra le quali, durante il serraggio, viene posizionato un o-ring di tenuta di materiale opportuno a resistere alle temperature di esercizio richieste; sulle contro-flange sono innestate le connessioni dì ingresso c di uscita per la corrente gassosa. Inoltre possono essere approntali opportuni accorgimenti al reattore, per esempio prevedendo due valvole stellale, una in alto per l'ingresso dell’ossido di Piombo, una in basso per lo scarico della miscela parzialmente convertita. In a reactor {R). preferably consisting of a vertical stainless steel tube inside which a reaction chamber is formed between two porous supports, the PbO powders to be treated are loaded. This reactor can optionally be housed inside a thermostatic chamber (or oven). The supports, made for example of ceramic frit, should have a porosity such as to allow the passage of the reducing gas without excessive pressure losses and able to prevent any dust entrainment. The reactor can be equipped at both ends with a system of flanges and counter-flanges between which, during tightening, a sealing o-ring made of a material suitable to withstand the required operating temperatures is positioned; the inlet and outlet connections for the gaseous stream are inserted on the counter-flanges. In addition, appropriate measures can be made to the reactor, for example by providing two rotary valves, one at the top for the lead oxide inlet, one at the bottom for the discharge of the partially converted mixture.

Una corrente (FI ) di idrogeno ovvero di Idrogeno miscelato ad altri gas riducenti e/o inerti, riscaldata fino alla temperatura di esercìzio, è iniettata airinterno della camera di reazione attraverso un setto poroso posto nella parte bassa della camera di reazione ricreando una situazione di letto impaccato, ovvero aumentando la portata di gas circolante, di letto fluido. Dal reattore (R) esce una corrente gassosa (F2), contenente l’idrogeno non reagito, il vapor acqueo formatosi e gli eventuali altri gas riducenti c/o gas inerti, che viene raffreddata in un condensatore (E), ad esempio una trappola a condensazione, costituita da uno scambiatore a serpentino in controcorrente in cui circola una soluzione refrigerante. All’uscita del condensatore (E) la corrente raffreddata (F3) confluisce in un recipiente (T), che funge da vaso di espansione per favorire la completa separazione tra i gas incondensabili (F4), da riciclare, e il condensato ottenuto per raffreddamento. A stream (FI) of hydrogen or hydrogen mixed with other reducing and / or inert gases, heated up to the operating temperature, is injected into the reaction chamber through a porous septum placed in the lower part of the reaction chamber, recreating a situation of packed bed, i.e. by increasing the flow rate of circulating gas, of fluidized bed. From the reactor (R) a gaseous stream (F2) comes out, containing unreacted hydrogen, the water vapor formed and any other reducing gases and / or inert gases, which is cooled in a condenser (E), for example a trap condensing, consisting of a counter-current coil exchanger in which a refrigerant solution circulates. At the outlet of the condenser (E) the cooled current (F3) flows into a container (T), which acts as an expansion vessel to favor the complete separation between the non-condensable gases (F4), to be recycled, and the condensate obtained by cooling .

La misura delia temperatura della corrente (F4), mediante un trasduttore di temperatura, consente di regolare l’entità del raffreddamento agendo sulla portata di refrigerante allo scambiatore. The measurement of the current temperature (F4), using a temperature transducer, allows you to adjust the amount of cooling by acting on the flow of refrigerant to the exchanger.

Un make-up del gas riducente (F7), idrogeno o miscela di idrogeno con altri gas riducenti e/o gas inerti, consumato dalla reazione, consente di mantenere all’interno del sistema la pressione di esercizio desiderala. A make-up of the reducing gas (F7), hydrogen or a mixture of hydrogen with other reducing gases and / or inert gases, consumed by the reaction, allows the desired operating pressure to be maintained within the system.

Attraverso nna valvola a tre vie (VI ), è possibile interrompere l’erogazione del gas riducente (F7), insufflare azoto e/o altri gas inerti (F8), all<'>interno del reattore durante le fasi di lavaggio, riscaldamento dell’ossido di piombo e di raffreddamento della miscela prodotta alla fine dell’esperimento. A seconda delle fasi del processo e del tipo di gas impiegato (per esempio se il gas riducente è idrogeno puro), una seconda valvola a tre vie (V2), consente di cortocircuitare ['alimentazione al reattore e lo scarico dopo raffreddamento e separazione della condensa oppure di espellere i gas (F6) in uscita dal recipiente di raccolta. Durante la reazione la corrente (F5) contenente il gas riducente deumidificato viene ricircolata in tcsLa al reattore (R) per mezzo della ventola (PI). Una valvola di regolazione (V3), a valle della ventola, consente di variare la portata alimentata al reattore e, quindi, la velocità di ricircolo, in modo da mantenere un'elevata pressione parziale del gas riducente in tutto il letto di polveri da ridurre. In particolare con alti rapporti di ricircolo, quando la velocità di gas nel letto supera la velocità di minima fluidizzazione, è possibile operare il sistema come letto espanso. In questa modalità operativa, per effetto della fluidizzazione, oltre a ridursi le resistenze al trasporto aH’interfaccia tra le fasi, con evidenti benefici per le cinetiche di reazione, si riducono i gradienti di temperatura radiali ed assiali nel reattore stesso Through a three-way valve (VI), it is possible to interrupt the supply of the reducing gas (F7), to insufflate nitrogen and / or other inert gases (F8), inside the reactor during the washing and heating phases. lead oxide and cooling the mixture produced at the end of the experiment. According to the phases of the process and the type of gas used (for example if the reducing gas is pure hydrogen), a second three-way valve (V2), allows to short-circuit the supply to the reactor and the discharge after cooling and separation of the condensation or expel the gases (F6) coming out of the collection container. During the reaction the stream (F5) containing the dehumidified reducing gas is recirculated in tcsLa to the reactor (R) by means of the fan (PI). A regulation valve (V3), downstream of the fan, allows to vary the flow rate fed to the reactor and, therefore, the recirculation speed, in order to maintain a high partial pressure of the reducing gas throughout the bed of powders to be reduced. . In particular with high recirculation ratios, when the gas velocity in the bed exceeds the minimum fluidization velocity, it is possible to operate the system as an expanded bed. In this operating mode, due to the effect of fluidization, in addition to reducing the resistance to transport at the interface between the phases, with obvious benefits for the reaction kinetics, the radial and axial temperature gradients in the reactor itself are reduced

Si forniscono ora degli esempi in accordo all’invenzione, allo scopo di meglio illustrare la presente invenzione, effettuati secondo lo schema di fì£- 1. Examples are now provided according to the invention, in order to better illustrate the present invention, carried out according to the scheme of Fig. - 1.

Esempio 1 Example 1

1000 grammi dì ossido di piombo, avente purezza dei 99,9 % in peso, preventivamente disgregalo e setacciato sono stati caricati all’interno della camera di reazione tra i due supporti porosi nel reattore tubolare. È stato effettuato un lavaggio con azoto di tutti i volumi dell’impianto, in modo da allontanare (valvola V2 in posizione “spurgo”(E6)) lutto l’ossigeno dell’aria inizialmente presente e le tracce di umidità residua. Dopo il lavaggio, è stato avviato il riscaldamento del reattore. 1000 grams of lead oxide, having a purity of 99.9% by weight, previously disintegrated and sieved, were loaded into the reaction chamber between the two porous supports in the tubular reactor. All the system volumes were washed with nitrogen, in order to remove (valve V2 in the "purge" position (E6)) all the oxygen in the air initially present and the traces of residual moisture. After washing, heating of the reactor was started.

Quando si è raggiunta la temperatura di 180°C, agendo sulla valvola V I si è interrotta alimentazione di azoto e si è iniziato ad alimentare idrogeno nell 'impianto. Dopo circa 15 minuti l'intero volume deirimpianto si è riempito di idrogeno (l'azoto è stato lavato vìa). Agendo sulla valvola a tre vie V2, lo scarico delta corrente fredda in uscita dalla trappola è stato cortocircuitato col lato di alimentazione in modo da creare un circuito chiuso. Contemporaneamente è stato avviato il ventilatore di ricircolo del gas. In queste condizioni rimpianto è pieno di idrogeno e la pressione di lavoro del sistema eguaglia la pressione di mandata de idrogeno (-1 alni), che fornisce in continuo l’alìquota di idrogeno consumala dalla reazione. Infatti, il vapor acqueo prodotto dalla reazione condensando, per raffreddamento nella trappola a freddo, tende a produrre una diminuzione della pressione totale compensata dal make-up di idrogeno. Dopo un’ora è stata interrotta la reazione agendo sulle due valvole a tre vie. commutando raìimentazione dalla bombola di idrogeno a quella di azoto e spurgando la corrente di lavaggio verso esterno. Contemporaneamente sono stati spenti il sistema di termostatazione e la ventola di riciclo. La misura della variazione di peso tra la carica iniziale e la miscela Pb-PbO recuperata dalla camera dì reazione a fine esperimento hanno consentito di determinare una conversione di circa il 35%. When the temperature of 180 ° C was reached, acting on the valve V I the nitrogen supply was interrupted and hydrogen was fed into the system. After about 15 minutes the entire volume of the system was filled with hydrogen (the nitrogen was washed away). By acting on the three-way valve V2, the cold current discharge exiting the trap was short-circuited with the supply side in order to create a closed circuit. At the same time, the gas recirculation fan was started. In these conditions, the regret is full of hydrogen and the working pressure of the system equals the delivery pressure of hydrogen (-1 alni), which continuously supplies the amount of hydrogen consumed by the reaction. In fact, the water vapor produced by the reaction condensing, by cooling in the cold trap, tends to produce a decrease in the total pressure compensated by the hydrogen make-up. After an hour, the reaction was interrupted by acting on the two three-way valves. switching the supply from the hydrogen cylinder to the nitrogen one and purging the washing stream to the outside. At the same time, the thermostating system and the recycling fan were turned off. The measurement of the weight variation between the initial charge and the Pb-PbO mixture recovered from the reaction chamber at the end of the experiment allowed to determine a conversion of about 35%.

Nelle stesse condizioni di cui all'Esempio 1 una massa di ossido di Piombo di 2000 grammi è stata riscaldata finoo a 240°C in corrente di azoto e, a questo punto, fatta reagire con idrogeno mantenendo la temperatura a 240<°>C per un’ora, ottenendo un conversione finale del 25%, Under the same conditions as in Example 1 a mass of lead oxide of 2000 grams was heated up to 240 ° C in a nitrogen stream and, at this point, reacted with hydrogen while maintaining the temperature at 240 <°> C for one hour, obtaining a final conversion of 25%,

Claims (9)

RIVENDICAZIONI 1 Procedimento per la produzione di miscele omogenee di monossido di piombo e piombo metallico, partendo da ossido dì piombo ad elevata purezza attraverso una riduzione controllata con gas riducenti, comprendente essenzialmente il far reagire detto ossido di piombo in un reattore con idrogeno o con una miscela dì idrogeno ed altri gas riducenti c/o gas inerti ad una temperatura compresa fra 150 e 320<D>C, ottenendo dopo raffreddamento una miscela omogenea di monossido di piombo e piombo. CLAIMS 1 Process for the production of homogeneous mixtures of lead monoxide and metallic lead, starting from high purity lead oxide through a controlled reduction with reducing gases, essentially comprising reacting said lead oxide in a reactor with hydrogen or with a mixture hydrogen and other reducing gases and / or inert gases at a temperature between 150 and 320 <D> C, obtaining after cooling a homogeneous mixture of lead monoxide and lead. 2. Procedimento come da rivendicazione 1 dove la temperatura è compresa fra 250 e 300°C. 2. Process according to claim 1 where the temperature is between 250 and 300 ° C. 3. Procedimento come da rivendicazione 1 dove l ’ossido di piombo ad elevata purezza c ad una granulometria compresa fra 0,01 e 100 μ, preferibilmente fra 0, 1 e 10 p. 3. Process according to claim 1 where the high purity lead oxide has a particle size between 0.01 and 100 μ, preferably between 0, 1 and 10 µ. 4. Procedimento come da rivendicazione 1 comprendente i seguenti stadi: *macinare c setacciare alla granulometria desiderata l'ossido dì piombo puro; *alimentare detto ossido di piombo macinato e setacciato ad un reattore, eventualmente precedentemente flussato con gas inerte c scaldato alla temperatura di reazione; *iniettare nel reattore una corrente di idrogeno o di idrogeno miscelato con altri gas riducenti e/o inerti, precedentemente riscaldata fino alla temperatura di esercizio facendo reagire l'ossido di piombo macinato e setacciato; *svuotare il reattore, al raggiungimento del grado di conversione desiderato, da una corrente gassosa contenente idrogeno non reagito, vapor acqueo prodotto e gli altri eventuali gas riducenti e/o gas inerii ulilizzati; *raffreddare il reattore mediante insufflaggio dì gas inerte, in modo da ottenere la miscela di monossido di piombo c piombo metallico avente composizione sostanzialmente uniforme. 4. Process according to claim 1 comprising the following steps: * grind and sift the pure lead oxide to the desired particle size; * feeding said ground and sieved lead oxide to a reactor, possibly previously fluxed with inert gas and heated to the reaction temperature; * injecting into the reactor a stream of hydrogen or hydrogen mixed with other reducing and / or inert gases, previously heated up to the operating temperature, causing the ground and sieved lead oxide to react; * emptying the reactor, upon reaching the desired degree of conversion, of a gaseous stream containing unreacted hydrogen, water vapor produced and any other reducing and / or inert gases used; * cooling the reactor by blowing inert gas, so as to obtain the mixture of lead monoxide and metal lead having a substantially uniform composition. 5. Procedimento come da rivendicazione 4 dove l a corrente gassosa svuotala dal reattore viene ricircolata al reattore stesso, previo raffreddamento c separazione per condensazione del vapore acqueo formatosi. 5. Process according to claim 4 wherein the gaseous stream emptied from the reactor is recirculated to the reactor itself, after cooling and separation by condensation of the water vapor formed. 6. Procedimento come da rivendicazione I dove il reattore comprende sostanzialmente un tubo verticale, all'interno del quale tra due supporti è ricavata una camera di reazione in cui viene alimentalo l'ossido di piombo ad alta purezza macinato e setacciato. 6. Process according to claim 1 wherein the reactor substantially comprises a vertical tube, inside which a reaction chamber is formed between two supports into which the ground and sieved high purity lead oxide is fed. 7. Procedimento come da rivendicazione 6 dove il reattore è alloggiato all'interno di una camera/forno termostatizzata. 7. Process according to claim 6 where the reactor is housed inside a thermostatic chamber / oven. 8. Procedimento come da una delle rivendicazioni precedenti dove l’ossido di piombo ad elevata purezza viene ottenuto dalle batterie esauste di piombo acido. 8. Process according to one of the previous claims where high purity lead oxide is obtained from exhausted lead acid batteries. 9. Procedimento come da rivendicazione 8 dove l’ossido di piombo ad elevata purezza viene ottenuto da .materiali e/o residui contenenti piombo sotto forma di solfati ed eventualmente di ossidi e/o dì altri composti, quali il pastello proveniente dalle batterie esauste acide, caratterizzato dal fatto di comprendere i seguenti stadi: • desolforazione del materiale e/o residuo contenente solfato di piombo in sospensione acquosa con un adatto carbonato o idrato in modo da ottenere la conversione del solfato di piombo in carbonato o idrato; • calcinazione dì detto materiale e/o residuo desoiforato in modo da ottenere monossido di piombo impuro cui segue un raffeddamento e una macinazione; • lisciviazione del monossido di piombo impuro mediante una soluzione acquosa dì acido acetico seguita da filtrazione separando un residuo solido, costituito essenzialmente da solfato di piombo non convertito, da una soluzione di acetato di piombo; • precipitazione dalla soluzione di acetato di piombo mediante un idrossido alcalino o alcalino-terroso, che possa dare acetati solubili, in modo da ottenere effettuando detta precipitazione a temperature di ebollizione un precipitato sotto forma di ossido di piombo, cui segue una filtrazione del precipitato ottenuto, separandone una soluzione, almeno un lavaggio e successiva separazione del lìquido di lavaggio; • essiccazione cd eventuale calcinazione del precipitalo filtralo e lavato in modo da ottenere operando ad una temperatura dì essiccazione preferibilmente compresa fra 130 e 1 50<°>C l’ossido di piombo a purezza elevata.9. Process according to claim 8, where the high purity lead oxide is obtained from materials and / or residues containing lead in the form of sulphates and possibly oxides and / or other compounds, such as pastel from exhausted acid batteries , characterized by the fact that it includes the following stages: • desulphurization of the material and / or residue containing lead sulphate in aqueous suspension with a suitable carbonate or hydrate in order to obtain the conversion of the lead sulphate into carbonate or hydrate; • calcination of said material and / or deoxidized residue so as to obtain impure lead monoxide which is followed by cooling and grinding; • leaching of the impure lead monoxide by means of an aqueous solution of acetic acid followed by filtration, separating a solid residue, essentially consisting of unconverted lead sulphate, from a solution of lead acetate; • precipitation from the lead acetate solution by means of an alkaline or alkaline-earth hydroxide, which can give soluble acetates, so as to obtain, by carrying out said precipitation at boiling temperatures, a precipitate in the form of lead oxide, followed by filtration of the precipitate obtained by separating a solution thereof, at least one washing and subsequent separation of the washing liquid; • drying and possible calcination of the precipitate, filter it and washed in order to obtain high purity lead oxide by operating at a drying temperature preferably between 130 and 1 50 <°> C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Title
HAERTLING AND COOL: "Kinetics of the Reduction of Lead Compounds and Glasses", JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY, vol. 48, no. 01, 1965, pages 35 - 40, XP002717272 *

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