JP2018517848A - 鉛酸電池からの鉛の回収のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
Claims (84)
- 硫酸鉛を含む鉛酸電池の鉛ペーストから鉛を回収する方法であって、
前記鉛ペーストを塩基に接触させることにより、可溶性の硫酸塩を含む上澄みと、不溶性の鉛塩を含む沈殿物とを生成する工程と、
前記沈殿物から前記上澄みを分離する工程と、
前記沈殿物をアルカンスルホン酸に接触させることにより、鉛イオン溶液と、不溶性の二酸化鉛とを含む混合物を生成する工程と、
前記不溶性の二酸化鉛を還元剤に接触させることにより、二酸化鉛を酸化鉛に還元する工程と、
前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液と化合させ、化合鉛イオン溶液を形成する工程と、
前記化合鉛イオン溶液と接触しているカソードに電位を付与することにより、前記カソードの第1の部分上に付着性の鉛を連続的に形成し、さらに、再生アルカンスルホン酸を生成する工程と、
前記カソードの前記第1の部分上に付着性の鉛を連続的に形成すると同時に、前記カソードの第2の部分から付着性の鉛を除去する工程と、を含むことを特徴とする方法。 - 前記塩基は、鉛酸塩が実質的に生成されず、前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みと、前記不溶性の鉛塩を含む前記沈殿物とを生成するのに十分な量で添加される請求項1に記載の方法。
- 前記塩基は、アルカリまたはアルカリ土類金属水酸化物、および炭酸塩の少なくとも1つを含み、前記不溶性の鉛塩は、酸化鉛、水酸化鉛、および炭酸鉛の少なくとも1つを含む請求項1に記載の方法。
- 前記可溶性の硫酸塩は、硫酸ナトリウムを含み、前記塩基は、水酸化ナトリウムを含み、前記不溶性の鉛塩は、水酸化鉛を含む請求項1に記載の方法。
- 前記沈殿物から前記上澄みを分離する工程は、沈降、遠心分離、およびろ過の少なくとも1つによって実行される請求項1に記載の方法。
- 前記沈殿物は、実質的に硫酸塩を含まない請求項1に記載の方法。
- 前記アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項1に記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項1に記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、前記化合鉛イオン溶液に対して動く請求項1に記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、回転運動を行い、それにより、前記カソード上に付着している前記鉛が、前記化合鉛イオン溶液から除去される請求項1に記載の方法。
- 前記付着性の鉛を除去する工程は、鉛を除去するために、前記カソードの前記第2の部分またはその周辺において、スクレーパーを位置合わせする工程を含む請求項1に記載の方法。
- 前記カソードは、アルミニウム、アルミニウム合金、またはプラスチックに埋め込まれたアルミニウム粉末を含む請求項1に記載の方法。
- 前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みを電解し、再生塩基および硫酸を生成する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記鉛ペーストを接触させる工程において、前記塩基の少なくともいくつかは、前記再生塩基を含む請求項13に記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液に供給することにより、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛をアルカンスルホン酸の第2の部分に接触させることにより、第2の鉛イオン溶液を生成する工程と、前記鉛イオン溶液と、前記第2の鉛イオン溶液とを化合させ、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程と、をさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記塩基は、鉛酸塩を実質的に生成せず、前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みと、前記不溶性の鉛塩を含む前記沈殿物とを生成するのに十分な量で添加される請求項3ないし16のいずれかに記載の方法。
- 前記塩基は、アルカリまたはアルカリ土類金属水酸化物、および炭酸塩の少なくとも1つを含み、前記不溶性の鉛塩は、酸化鉛、水酸化鉛、および炭酸鉛の少なくとも1つを含む請求項2および4ないし17のいずれかに記載の方法。
- 前記アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項2ないし6および8ないし18のいずれかに記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項2ないし7および9ないし19のいずれかに記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、前記化合鉛イオン溶液に対して動く請求項2ないし8および10ないし20のいずれかに記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、回転運動を行い、それにより、前記カソード上に付着している前記鉛が、前記化合鉛イオン溶液から除去される請求項21に記載の方法。
- 前記カソードは、アルミニウム、アルミニウム合金、またはプラスチックに埋め込まれたアルミニウム粉末を含む請求項2ないし11および13ないし22のいずれかに記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液に供給することにより、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程をさらに含む請求項2ないし14および17なしい23のいずれかに記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛をアルカンスルホン酸の第2の部分に接触させることにより、第2の鉛イオン溶液を生成する工程と、前記鉛イオン溶液と、前記第2の鉛イオン溶液とを化合させ、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程と、をさらに含む請求項2ないし14および17ないし23のいずれかに記載の方法。
- 鉛酸電池の鉛ペーストから鉛をリサイクルする方法であって、
前記鉛ペーストを塩基に接触させることにより、可溶性の硫酸塩を含む上澄みと、不溶性の鉛塩を含む沈殿物とを生成する工程と、
前記沈殿物から前記上澄みを分離する工程と、
第1の電気化学セルを用いて、前記上澄みから、前記塩基の少なくともいくつかを再生成する工程と、
前記沈殿物を再生アルカンスルホン酸に接触させて、鉛イオン溶液と、不溶性の二酸化鉛とを含む混合物を生成する工程と、
前記不溶性の二酸化鉛を還元剤に接触させることにより、二酸化鉛を酸化鉛に変換する工程と、
前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液と化合させ、化合鉛イオン溶液を形成する工程と、
第2の電気化学セル内において、前記化合鉛イオン溶液に電位を付与することにより、移動しているカソードの第1の部分上に鉛を連続的に形成し、さらに、前記再生アルカンスルホン酸を生成する工程と、
新しい鉛酸電池を製造するために、前記カソードの前記第1の部分上に鉛を連続的に形成すると同時に、前記カソードの第2の部分から鉛を回収する工程と、を含むことを特徴とする方法。 - 前記塩基は、アルカリまたはアルカリ土類金属水酸化物、および炭酸塩の少なくとも1つを含み、前記不溶性の鉛塩は、酸化鉛、水酸化鉛、および炭酸鉛の少なくとも1つを含む請求項26に記載の方法。
- 前記塩基は、鉛酸塩が実質的に生成されず、前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みと、前記不溶性の鉛塩を含む前記沈殿物とを生成するのに十分な量で添加される請求項26に記載の方法。
- 前記沈殿物から前記上澄みを分離する工程は、沈降、遠心分離、およびろ過の少なくとも1つによって実行される請求項26に記載の方法。
- 前記再生アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項26に記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項26に記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、回転運動を行い、それにより、前記カソード上に付着している前記鉛が、前記化合鉛イオン溶液から除去される請求項26に記載の方法。
- 前記鉛の回収は、前記鉛を除去するために前記カソードの前記第2の部分またはその周辺に、スクレーパーを位置合わせする工程を含む請求項26に記載の方法。
- 前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みを電解し、再生塩基および硫酸を生成する工程をさらに含む請求項26に記載の方法。
- 前記鉛ペーストを接触させる工程において、前記塩基の少なくともいくつかは、前記再生塩基を含む請求項34に記載の方法。
- 新しい鉛酸電池を製造するために前記硫酸を回収する工程をさらに含む請求項34に記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液に供給することにより、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程をさらに含む請求項26に記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛をアルカンスルホン酸の第2の部分に接触させることにより、第2の鉛イオン溶液を生成する工程と、前記鉛イオン溶液と、前記第2の鉛イオン溶液とを化合させ、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程と、をさらに含む請求項26に記載の方法。
- 前記塩基は、アルカリまたはアルカリ土類金属水酸化物、および炭酸塩の少なくとも1つを含み、前記不溶性の鉛塩は、酸化鉛、水酸化鉛、および炭酸鉛の少なくとも1つを含む請求項27ないし38のいずれかに記載の方法。
- 前記再生アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項27ないし29および31ないし39のいずれかに記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項27ないし30および32ないし40のいずれかに記載の方法。
- 前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みを電解し、再生塩基および硫酸を生成する工程をさらに含む請求項27ないし33および37ないし41のいずれかに記載の方法。
- 前記鉛ペーストを接触させる工程において、前記塩基の少なくともいくつかは、前記再生塩基を含む請求項42に記載の方法。
- 新しい鉛酸電池を製造するために前記硫酸を回収する工程をさらに含む請求項42に記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液に供給することにより、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程をさらに含む請求項27ないし36および39ないし44のいずれかに記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛をアルカンスルホン酸の第2の部分に接触させることにより、第2の鉛イオン溶液を生成する工程と、前記鉛イオン溶液と、前記第2の鉛イオン溶液とを化合させ、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程と、をさらに含む請求項27ないし36および39ないし44のいずれかに記載の方法。
- 連続的なプロセスで、鉛酸電池の脱硫済みの鉛ペーストから、鉛をリサイクルする方法であって、
前記脱硫済みの鉛ペーストをアルカンスルホン酸に接触させることにより、鉛イオン溶液と、不溶性の二酸化鉛を含む混合物を生成する工程と、
前記鉛イオン溶液から前記不溶性の二酸化鉛を分離し、さらに、前記不溶性の二酸化鉛を酸化鉛に変換する工程と、
前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液と化合させ、化合鉛イオン溶液を形成する工程と、
前記化合鉛イオン溶液と接触しているカソードに電位を付与することにより、前記カソードの第1の部分上に付着性の鉛を連続的に形成し、さらに、再生アルカンスルホン酸を生成する工程と、
前記カソードの前記第1の部分上に鉛を連続的に形成するのと同時に、前記カソードの第2の部分から鉛を除去する工程と、を含み、
前記可溶性の二酸化鉛は、前記連続的なプロセスにおいて、前記不溶性の二酸化鉛の蓄積を防ぐのに十分な量で、前記酸化鉛に変換されることを特徴とする方法。 - 前記アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項47に記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項47に記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、前記化合鉛イオン溶液に対して動く請求項47に記載の方法。
- 前記鉛の除去は、前記鉛を除去するために、前記カソードの前記第2の部分またはその周辺において、スクレーパーを位置合わせする工程を含む請求項47に記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液に供給することにより、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程をさらに含む請求項47に記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛をアルカンスルホン酸の第2の部分に接触させることにより、第2の鉛イオン溶液を生成する工程と、前記鉛イオン溶液と、前記第2の鉛イオン溶液とを化合させ、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程と、をさらに含む請求項47に記載の方法。
- 前記アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項49ないし53のいずれかに記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項48および50ないし54のいずれかに記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、前記化合鉛イオン溶液に対して動く請求項48ないし49および51ないし55のいずれかに記載の方法。
- 前記鉛の除去は、前記鉛を除去するために、前記カソードの前記第2の部分またはその周辺において、スクレーパーを位置合わせする工程を含む請求項48ないし50および52ないし56のいずれかに記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛を前記鉛イオン溶液に供給することにより、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程をさらに含む請求項48ないし51および54ないし56のいずれかに記載の方法。
- 前記酸化鉛を化合させる工程は、前記酸化鉛をアルカンスルホン酸の第2の部分に接触させることにより、第2の鉛イオン溶液を生成する工程と、前記鉛イオン溶液と、前記第2の鉛イオン溶液とを化合させ、前記化合鉛イオン溶液を形成する工程と、をさらに含む請求項48ないし51および54ないし56のいずれかに記載の方法。
- 硫酸鉛と、二酸化鉛とを含む鉛酸電池の鉛ペーストから鉛を回収する方法であって、
前記鉛ペーストを還元剤に接触させ、前記二酸化鉛を酸化鉛還元することにより、前処理済み鉛ペーストを形成する工程と、
前記前処理済みペーストを塩基に接触させることにより、可溶性の硫酸鉛を含む上澄みと、不溶性の鉛塩を含む沈殿物とを生成する工程と、
前記沈殿物から前記上澄みを分離する工程と、
前記沈殿物にアルカンスルホン酸を接触させ、鉛イオン溶液を生成する工程と、
前記化合鉛イオン溶液と接触しているカソードに電位を付与することにより、前記カソードの第1の部分上に付着性の鉛を連続的に形成し、さらに、再生アルカンスルホン酸を生成する工程と、
前記カソードの前記第1の部分上に付着性の鉛を連続的に形成するのと同時に、前記カソードの第2の部分から付着性の鉛を除去する工程と、を含むことを特徴とする方法。 - 前記塩基は、鉛酸塩が実質的に生成されず、前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みと、前記不溶性の鉛塩を含む前記沈殿物とを生成するのに十分な量で添加される請求項60に記載の方法。
- 前記塩基は、アルカリまたはアルカリ土類金属水酸化物、および炭酸塩の少なくとも1つを含み、前記不溶性の鉛塩は、酸化鉛、水酸化鉛、および炭酸鉛の少なくとも1つを含む請求項60に記載の方法。
- 前記可溶性の硫酸塩は、硫酸ナトリウムを含み、前記塩基は、水酸化ナトリウムを含み、前記不溶性の鉛塩は、水酸化鉛を含む請求項60に記載の方法。
- 前記沈殿物から前記上澄みを分離する工程は、沈降、遠心分離、およびろ過の少なくとも1つによって実行される請求項60に記載の方法。
- 前記沈殿物は、実質的に硫酸塩を含まない請求項60に記載の方法。
- 前記アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項60に記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項60に記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、前記化合鉛イオン溶液に対して動く請求項60に記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、回転運動を行い、それにより、前記カソード上に付着している前記鉛が、前記化合鉛イオン溶液から除去される請求項60に記載の方法。
- 前記付着性の鉛を除去する工程は、前記鉛を除去するために、前記カソードの第2の部分またはその周辺において、スクレーパーを位置合わせする工程を含む請求項60に記載の方法。
- 前記カソードは、アルミニウム、アルミニウム合金、またはプラスチックに埋め込まれたアルミニウム粉末を含む請求項60に記載の方法。
- 前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みを電解し、再生塩基および硫酸を生成する工程をさらに含む請求項60に記載の方法。
- 前記鉛ペーストを接触させる工程において、前記塩基の少なくともいくつかは、前記再生塩基を含む請求項72に記載の方法。
- 前記塩基は、鉛酸塩が実質的に生成されず、前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みと、前記不溶性の鉛塩を含む前記沈殿物とを生成するのに十分な量で添加される請求項62ないし73のいずれかに記載の方法。
- 前記塩基は、アルカリまたはアルカリ土類金属水酸化物、および炭酸塩の少なくとも1つを含み、前記不溶性の鉛塩は、酸化鉛、水酸化鉛、および炭酸鉛の少なくとも1つを含む請求項61および63ないし74のいずれかに記載の方法。
- 前記アルカンスルホン酸は、メタンスルホン酸を含む請求項61ないし65および67ないし75のいずれかに記載の方法。
- 前記還元剤は、過酸化水素、ジカルボン酸、金属鉛、亜硫酸塩、硫酸ヒドラジン、またはジチオン酸ナトリウムを含む請求項61ないし66および68ないし76に記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、前記化合鉛イオン溶液に対して動く請求項61ないし67および69ないし77のいずれかに記載の方法。
- 前記カソードは、前記電位が付与されている間、回転運動を行い、それにより、前記カソード上に付着している前記鉛が、前記化合鉛イオン溶液から除去される請求項78に記載の方法。
- 前記カソードは、アルミニウム、アルミニウム合金、またはプラスチックに埋め込まれたアルミニウム粉末を含む請求項61ないし70および72ないし79に記載の方法。
- 前記可溶性の硫酸塩を含む前記上澄みを電解し、再生塩基および硫酸を生成する工程をさらに含む請求項61ないし71および74ないし80のいずれかに記載の方法。
- 前記鉛ペーストを接触させる工程において、前記塩基の少なくともいくつかは、前記再生塩基を含む請求項81に記載の方法。
- 前記電位を付与する前に、前記鉛イオン溶液から、溶解していない物質を分離する工程をさらに含み、
前記溶解していない物質は、金属鉛とプラスチックの少なくとも1つを含む請求項60に記載の方法。 - 前記電位を付与する前に、前記鉛イオン溶液から、溶解していない物質を分離する工程をさらに含み、
前記溶解していない物質は、金属鉛とプラスチックの少なくとも1つを含む請求項61ないし82のいずれかに記載の方法。
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