碱性木糖醇体系回收废铅蓄电池铅膏的研究

摘要

人类社会对铅需求不断增长，但铅精矿产资源日益减少，因此回收再生铅成为铅工业可持续发展的一条重要途径。同时废铅蓄电池若不加以合理回收，将会对环境造成很大威胁。铅膏作为废铅蓄电池的重要组成部分，因其成分复杂而成为回收的重点和难点。传统火法回收能耗大，铅回收率低，产生的铅尘和 SO2，对环境威胁较严重。而湿法处理工艺由于金属直收率高、低污染等优点而日益引起了人们的关注。这其中有机物处理体系以其低污染的优势成为一个重要的研究方向。
　　论文首先分别采用两种还原剂 FeSO4和 Na2SO3对 PbO2进行还原转化，采用两种脱硫剂NaOH和Na2CO3对PbSO4进行脱硫；其次考察了铅膏的主要组分PbO2和 PbSO4在碱性木糖醇体系的浸出行为，并对铅膏在碱性木糖醇体系的浸出行为进行了研究；最后对碱性木糖醇铅溶液的电积工艺进行初步探索。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱（EDAX）等手段分析了反应过程中不溶物的物相、元素组成和形貌的演变，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了浸出液中有机基团的变化。本论文的主要研究成果如下：
　　PbO2的还原实验结果表明，Na2SO3的还原效果明显优于 FeSO4。FeSO4还原最佳条件为：FeSO4过量系数为1~1.1，反应时间90~120min，反应温度90℃， H2SO4与 PbO2的摩尔比为3:1，但 PbO2还原率最高仅为52.4％。Na2SO3还原最佳条件：Na2SO3过量系数为6.0，反应时间为90~120min，反应温度为90℃时， PbO2的还原率可达到100%。
　　PbSO4的脱硫转化实验结果表明，NaOH脱硫的最佳条件：时间60~120min，温度90℃，过量系数1.4，脱硫率仅为88.88%。Na2CO3脱硫的最佳条件：时间60~90min，温度90℃，过量系数1.3，脱硫率仅为80.61%。
　　红外光谱分析结果表明，在碱性木糖醇溶液中 PbO2可以将木糖醇中的-OH氧化成-COO-，在溶液中与 Pb以金属有机化合物的形式存在。木糖醇浓度、NaOH浓度对 PbO2浸出率影响很大。PbO2浸出率会随着木糖醇浓度的增加呈现先增大后减小再增大的趋势。木糖醇浓度的变化会导致 PbO2不同的溶解机制。碱性木糖醇体系 PbO2浸出的最佳条件：NaOH浓度1.5~2mol/L，木糖醇浓度为0.53~0.79mol/L，浸出温度70℃，浸出时间30～60min， PbO2浸出率可达99.18%。
　　PbSO4在碱性木糖醇体系中的浸出研究表明，木糖醇、NaOH浓度对 PbSO4的溶解量影响最大，时间和温度影响较小。溶液中仅存在木糖醇组分时，PbSO4不会与其发生反应。PbSO4在碱性木糖醇体系中的溶解是在木糖醇和NaOH共同作用下完成的。PbSO4在碱性木糖醇体系浸出的最佳条件：反应时间60~90min，反应温度90℃，木糖醇浓度50~80g/L，NaOH浓度60~80g/L，PbSO4的浸出率可达100%。
　　对铅膏在碱性木糖醇体系中进行了直接浸出研究，得出铅膏浸出的最佳条件：反应时间30~60min，反应温度90℃，木糖醇浓度80~120g/L， NaOH浓度60~80g/L。铅膏在碱性木糖醇体系的浸出率可达96.24%，在该体系下可实现铅膏的短流程浸出。
　　对碱性木糖醇体系含铅溶液进行电沉积的初步研究发现：当电流密度为140A/m2，温度40℃，NaOH浓度100g/L，木糖醇浓度120g/L，溶液铅浓度100g/L，极距4cm，电解液循环速度15mL/min条件下时，电流效率可达99.68%，阴极能耗为381.71kWh/t，生成的阴极铅表面相对平整，枝晶较少。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 铅蓄电池介绍

1.2 废铅蓄电池的危害及组成

1.3 废铅蓄电池的回收现状

1.4 木糖醇的应用

1.5 本课题研究的主要内容和意义

第2章 实验材料与工艺流程

2.1 实验试剂、设备及原料分析

2.2 实验检测方法

2.3 实验工艺流程

第3章 PbO2还原转化研究

3.1 实验过程与分析

3.2 FeSO4对PbO2还原转化的影响

3.3 Na2SO3对PbO2还原转化的影响

3.4 小结

第4章 PbSO4脱硫转化研究

4.1 实验过程与原理分析

4.2 NaOH对PbSO4脱硫转化的研究

4.3 Na2CO3对PbSO4脱硫转化的研究

4.4 小结

5.1 PbO2在碱性木糖醇体系的浸出研究

5.2 PbSO4在碱性木糖醇体系中的浸出研究

5.3 铅膏在碱性木糖醇溶液的浸出研究

5.4 小结

第6章 碱性木糖醇铅溶液的电积工艺初步研究

6.1 实验过程与分析

6.2 实验结果及讨论

6.3 小结

第7章 结论

7.1 结论

7.2 存在问题

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果