水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法及装置

摘要

一种水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法，以废铅酸蓄电池及铅酸蓄电池生产过程中产生的含铅膏泥为原料进行电解再生。电解过程中，采用碱性电解液，阴阳极均以水平方式布置，待处理的含铅膏泥填涂于阴极盘中连续水平移动，同时被电解还原成铅，实现铅的连续化电解再生。同时提供了一种水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法的装置。本发明能够实现连续化生产的工作方式，能够避免或大幅度减轻气阻效应、改善阴阳极电流分布和降低槽电压，并能够有效提高生产效率。

权利要求

1.一种水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的装置，其特征在于：所述装置包括移动式阴极、阳极、电解槽体和电解液循环系统，所述移动式阴极包括双排同轴履带、阴极导电铜排和阴极盘组成，所述双排同轴履带水平布置在电解槽下部，通过外置电机和变速系统带动转轴传动，连续前行；所述阴极导电铜排布置在双排履带中间下方，铜排上部设有放置液态导电剂的水平槽；所述阴极盘水平置于双排履带上，阴极盘底部设有导电杆；所述导电杆穿过所述同轴双排履带的中间间隙与所述铜排上部水平槽中的液态导电剂电连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述阳极通过机架水平布置在阴极上方，所述机架设有高度调节杆调节阳极与阴极之间的距离；所述阳极包括阳极外框、内结构件和导电条，所述内结构件与外框电连接，所述导电条位于阳极外框的两侧，所述导电条与主铜排导电连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述电解槽体采用耐碱材料，所述电解槽两端设有阴极盘进、出的机械装置。

4.如权利要求1～3之一所述的装置，其特征在于：所述电解液循环系统包括低位贮槽和设有加热冷却设备的高位贮槽，所述的高位贮槽和低位贮槽分别与电解槽的电解液进口和电解液出口连接，所述的高位贮槽通过循环泵与低位贮槽连接；所述的电解液在高位贮槽、电解槽、低位贮槽间实现循环。

说明书

水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及铅资源湿法再生技术领域，特别是涉及一种连续电解再生含铅物料中铅的方法和装置。

背景技术

[0002] 目前，铅酸蓄电池得到了广泛使用，但随之也带来了该电池在失效报废后的处理问题。由于铅材料的特殊性，若对该废电池不很好地处理和利用，既会对生态环境造成危害，同时也是铅资源的一大损失。因此废铅酸蓄电池及其它含铅物料(如铅蓄电池生产过程中产生的含铅的膏泥料)必须得到合理的处理和利用。对于废铅酸蓄电池和含铅物料的资源化处理，已经开发了规模化生产的火法工艺，湿法技术也有所研发。火法技术得到了较广泛的应用，但其处理温度高，铅资源回收率较低，同时铅蒸汽与二氧化硫释放所产生的环境污染严重，已经产生了严重的后果。湿法电解再生铅的方法和技术因处理温度低(室温和常温)，对环境污染小，铅回收率高等特点已经受到了较大的重视。目前该技术主要集中在酸法和碱法两大工艺。采用碱性介质的电解技术的原理是利用铅的硫酸盐、氧化铅等物料的阴极还原反应。目前该工艺实施中采用了常规的箱式电解槽和间歇电解方式，其不足之处为：(1)由于电解槽中的阴、阳极采用竖直放置，导致阳极产生的氧气及不同电解阶段阴极产生的部分氢气自下而上析出，使阴阳极之间的电解液充有大量气泡、形成气阻层，增大槽电压和能耗，干扰电流均匀分布；(2)电解时，电极竖直放置，为了避免阴极框架中物料脱壳而引起阴、阳极间短路，一般选择较大阴阳极间距(如8cm)，导致槽电压高，电解能耗大；(3)由于电极竖直放置，当电流较大或电解后期，阴极析氢产生大量气泡会使阴极表面的铅粉料层冲刷、疏松，导致向外界溶液中分散海绵状铅漂浮物，易引起极间短路，同时铅产物也会落入电解槽底部，造成收集困难，增加清淤频率并构成隐患；(4)生产采用了间歇式操作模式，电解结束后需切断电源，从电槽中吊出质量很大的阴极板并取出铅泥，劳动作业量过大，同时影响生产效率。

发明内容

[0003] 为了克服已有电解再生含铅物料中铅资源方法存在的间歇式的生产方式、阳极气阻效应、槽电压较高等不足，本发明提出一种能够实现连续化电解生产的工作方式，能够避免或大幅度减轻气阻效应、降低槽电压及有效提高生产效率的水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法及装置。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0005] 一种水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法，以废铅酸蓄电池和铅酸蓄电池生产过程中的含铅膏泥为原料进行电解再生，电解过程中，采用碱性电解液，阴阳极均以水平方式布置，待处理的含铅膏泥填涂于阴极盘上连续水平移动，同时被电解还原成铅，实现铅的连续化电解再生；

[0006] 电解运行时，先将含铅膏泥均匀填涂于阴极盘中，然后通过进料机械装置把阴极盘从入料口逐个放入电解液，置于传输履带上面，通过驱动装置带动履带传动，使阴极盘连续向前传输；当阴极盘被传输履带传送至电解槽出料口时，通过出料机械装置把阴极盘取出；电解产物经后处理制成铅锭。

[0007] 进一步，以温度在20℃～70℃、质量分数为4～40％的氢氧化钠溶液为电解液，控2
制阳极与阴极的极间距为1～5cm，控制阴极表观电流密度为100～600A/m。

[0008] 再进一步，所述含铅膏泥为经脱除硫酸根后的含铅膏泥。

[0009] 或者是，所述含铅膏泥为未经脱除硫酸根处理的含铅膏泥。对于含铅膏泥不经脱除硫酸根处理的情况，需对电解液定期采用结晶法脱除其中的硫酸钠。

[0010] 所述的含铅膏泥在填涂至阴极盘中前，先用质量分数为10～30％的氢氧化钠溶3
液把物料调成膏状，并使含铅膏泥的密度达到2～5g/cm。

[0011] 更进一步，所述的电解产物后处理的方法是将电解结束后取出的阴极盘上的物料取下，转入产物贮槽，在氮气氛中进行压块脱水，然后进入熔铅炉，熔化成铅液，最后浇铸成铅锭。

[0012] 一种水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的装置，所述装置包括水平移动式阴极、阳极、电解槽体和电解液循环系统，所述水平移动式阴极包括双排同轴履带、阴极导电铜排和阴极盘组成，所述双排同轴履带水平布置在电解槽下部，通过外置电机和变速系统带动转轴传动，连续前行；所述阴极导电铜排布置在双排履带中间下方，铜排上部设有放置液态导电剂的水平槽；所述阴极盘水平置于双排履带上，阴极盘底部设有导电杆；所述导电杆穿过所述同轴双排履带的中间间隙与所述铜排上部水平槽中的液态导电剂电连接。

[0013] 进一步，所述阳极通过机架水平布置在阴极上方，所述机架设有高度调节杆调节阳极与阴极之间的间距；所述阳极包括阳极外框、内结构件和导电条，所述内结构件与外框电连接，所述导电条位于阳极外框的两侧，所述导电条与主铜排导电连接。

[0014] 更进一步，所述电解槽体采用耐碱材料，所述电解槽两端设有阴极盘进、出的机械装置。

[0015] 再进一步，所述电解液循环系统包括设有加热冷却设备的高位贮槽和低位贮槽，所述的高位贮槽和低位贮槽分别与电解槽的电解液进口和电解液出口连接，所述的高位贮槽通过循环泵与低位贮槽连接；所述的电解液在高位贮槽、电解槽、低位贮槽间实现循环。

[0016] 本发明的技术构思为：采用阴极水平移动式连续电解方式，电解槽中阴、阳极均水平放置，其中阴极设置在电解槽下部，通过履带带动阴极物料盘前行，采用液态导电剂电联接，实现阴极物料连续电解再生；阳极水平布置于阴极上方，采用便于气体逸出的电极结构，使气泡直接导出，避免或大幅减轻气阻效应；阴极物料的水平放置以及阳极气泡的快速逸出，能尽可能地减小阴阳极间距，有利于降低槽电压和改善阴阳极电流的均匀分布。

[0017] 本发明的有益效果主要表现在：

[0018] (1)阴阳极采用水平布置方式，阳极上析出的氧气泡可直接逸出，不易造成阴、阳极间电解液的气阻效应，能较显著地降低槽电压，有利于阴阳极电流均匀分布；

[0019] (2)阴阳极采用水平布置方式，待处理铅膏泥水平填涂于阴极盘中，不会出现铅膏泥与阴极导电框(板)之间的电接触不良以及铅泥从阴极框上脱离或掉下的现象；

[0020] (3)阴阳极间距可减小到较低的程度，如1～2cm，有利于进一步降低槽电压；

[0021] (4)采用履带传动带动阴极物料盘连续移动，生产过程连续稳定，操作简单，能大幅提高生产效率。

[0022] 相对于传统的含铅膏泥阴极还原平均槽电压在2.5V左右，采用本发明技术的槽电压能减小到2.0V以下(有情况可降低到1.7V以下)，具体直流电耗根据铅膏原料组成不同数值有差异，以普通废铅酸蓄电池铅膏计量，直流电耗节省约50kWh/t Pb以上。

附图说明

[0023] 图1是水平移动式电解槽的结构示意图。

[0024] 图2是阴极导电铜排的截面示意图。

[0025] 图3是阳极结构示意图。

[0026] 图4是电解液循环示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图对本发明作进一步描述。

[0028] 实施例1

[0029] 参照图1～图4，一种水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法，以废铅酸蓄电池及铅酸蓄电池生产过程中产生的含铅膏泥为原料进行电解再生，电解过程中，采用碱性电解液，阴阳极均以水平方式布置，待处理的含铅膏泥填涂于阴极盘上连续水平移动，同时被电解还原成铅，实现铅的连续化电解再生；

[0030] 电解运行时，先将含铅膏泥均匀填涂于阴极盘中，然后通过进料机械装置把阴极盘从入料口逐个放入电解液，置于传输履带上面，通过驱动装置带动履带传动，使阴极盘向前连续传输；当阴极盘被传输履带传送至电解槽出料口时，通过出料机械装置把阴极盘取出；电解产物经后处理制成铅锭。

[0031] 以温度为20℃～70℃、质量分数为4～40％的氢氧化钠溶液为电解液，控制阳极2
框与阴极盘间的极间距1～5cm，控制阴极表观电流密度为100～600A/m。

[0032] 所述含铅膏泥为经脱除硫酸根后的含铅膏泥。或者是，所述含铅膏泥为未经脱除硫酸根处理的含铅膏泥。对于含铅膏泥不经脱除硫酸根处理的情况，需对电解液定期采用结晶法脱除其中的硫酸钠。

[0033] 所述的含铅膏泥在填涂至阴极盘中前，先用质量分数为10～30％的氢氧化钠溶3
液进行预处理，使含铅膏泥的密度达到2～5g/cm。

[0034] 所述的电解产物后处理的方法是将电解结束后取出的阴极盘上的物料取下，转入产物贮槽，在氮气氛中进行压块脱水，然后进入熔铅炉，熔化成铅液，最后浇铸成铅锭。

[0035] 实施例2

[0036] 参照图1～图4，一种水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的装置，包括用以放置碱性电解液的电解槽1和用以放置待电解的含铅物料的阴极盘7，所述电解槽1的下部设有传输履带3，所述传输履带3两端套装在转轴2上，所述转轴2与驱动装置传动连接；

[0037] 所述双排同轴履带3水平布置在电解槽下部，通过外置电机和变速系统带动转轴传动，连续前行；所述阴极导电铜排4布置在双排履带中间下方，铜排上部设有放置液态导电剂的水平槽口；所述阴极盘7水平置于双排履带上，阴极盘7底部设有导电杆；所述导电杆穿过所述同轴双排履带的中间间隙与所述铜排槽口中的液态导电剂10电连接。

[0038] 所述双排同轴传输履带3的一端为入料口，另一端为出料口，所述入料口的上方设有用以将阴极盘从上到下放入入料口的进料机械装置9，所述出料口的上方设有用以将阴极盘从下到上送出出料口的出料机械装置5；

[0039] 所述双排同轴传输履带3的中间下方设有阴极导电铜排4，所述阴极导电铜排4的上部设有放置液态导电剂10的水平槽，所述阴极盘7的底部设有导电杆，所述导电杆穿过所述同轴双排履带的中间间隙与所述液态导电剂10电连接。

[0040] 所述传输履带3的上方设有水平布置的阳极框6，所述阳极框6包括阳极外框11、内筋条12和导电条13，导电条13位于阳极外框11的两侧，其与主铜排导电连接。所述阳极外框11的中间等间距分布倾斜布置的内筋条12。

[0041] 所述转轴2上安装传动齿轮，所述传动齿轮和主动齿轮啮合，所述主动齿轮安装在电机8的输出轴上。

[0042] 所述阳极框6连接高度调节杆，所述高度调节杆可上下滑动地安装在机架上。例如可以通过丝杆螺母机构实现上下高度调节，能够实现阴极和阳极之间的极间距的调节。

[0043] 以废铅蓄电池预脱硫后铅膏作原料，采用如图1所示的电解槽实现铅膏中铅的再生。其中，电解槽体、阳极框、阴极盘均采用不锈钢材料。阴极盘规格：长1000mm×宽300mm×高15mm，阴极盘底部中心焊接有直径 导电棒；电解槽规格：
16m×1.4m×0.9m；

[0044] 电解试验：将预脱硫后的废电池铅膏，取适量10％质量浓度的烧碱溶液，在搅拌3
机中将铅膏视密度调为2.5g/cm。经分析，其中的物料组成为：PbO2含量为34.1％，PbO含量为51.2％，氢氧化钠0.9％，水13.8％，然后把该铅膏泥料涂装于阴极盘并称量铅膏的质量，使每个阴极盘中填装的铅膏量为10kg。

[0045] 通过电解槽入料口升降装置，将阴极盘逐个放到履带上，设定电机转速，使履带以0.68m/h速度向前连续传输，当阴极盘被履带传送至电解槽出料口时，阴极盘通过升降装置脱离电源，单盘电解结束。然后将该阴极盘上的物料取下，并将该产物在氮气氛中进行压块脱水，再进入熔铅炉，在400℃下熔化成铅液，最后浇铸成电解铅锭。在电解过程中，电解液为15％质量浓度的氢氧化钠溶液，电解液温度为50℃；电解液循环流量为0.5L/s，阴阳极
2
间距为2cm，阴极平均表观电流密度为500A/m。

[0046] 利用上述电解装置，对该水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法的槽电压、电流效率和直流能耗进行了考察。当电解运行稳定后，连续进料45个阴极盘，同时也有45个阴极盘连续出料。所考察的45个阴极盘中的铅膏泥的总质量为450kg，电解的时间为
20小时。槽电压1.92V～1.95V。电解出料后，经后处理得到铅锭339kg，据分析铅的纯度
99.99％，达到1#铅标准。据计算，上述电解过程的电流效率为92.0％，铅膏泥中铅的收率为97.75％，电耗为768.45kWh/吨铅(平均槽电压以1.93V计)。

[0047] 实施例3

[0048] 本实施例中，电解试验：将预脱硫后的废电池铅膏，取适量10％质量浓度的烧碱3
溶液，在搅拌机中将铅膏视密度调为2.5g/cm。经分析，其中的物料组成为PbO2含量为
34.1％，PbO含量为51.2％，氢氧化钠0.9％，水13.8％，然后把该铅膏泥料填涂于阴极盘并称量铅膏的质量，使每个阴极盘中填装的铅膏量为10kg。

[0049] 通过电解槽入料口升降装置，将阴极盘逐个放到履带上，设定电机转速，使履带以0.55m/h速度向前连续传输，当阴极盘被履带传送至电解槽出料口时，阴极盘通过升降装置脱离电源，单盘电解结束。然后将该阴极盘上的物料取下，并将该产物在氮气氛中进行压块脱水，再进入熔铅炉，在400℃熔化成铅液，最后浇铸成电解铅锭。在电解过程中，电解液为
20％质量浓度的氢氧化钠溶液，电解液温度为50℃；电解液循环流量为0.5L/s，阴阳极间距
2
为3cm，阴极平均表观电流密度为400A/m。

[0050] 利用上述电解装置，对该水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法的槽电压、电流效率和直流能耗进行了考察。当电解运行稳定后，连续进料45个阴极盘，同时也有45个阴极盘连续出料。所考察的45个阴极盘中的铅膏泥的总质量为450kg，电解的时间为
24.9小时。槽电压1.96V～1.98V。电解出料后，经后处理得到铅锭340kg，据分析铅的纯度99.99％，达到1#铅标准。据计算，上述电解过程的电流效率为92.3％，铅膏泥中铅的收率为98.04％，电耗为779.08kWh/吨铅(平均槽电压以1.97V计)。

[0051] 本实施例的其他方案均与实施例2相同。

[0052] 实施例4

[0053] 参照图1～图4，本实施例中，电解试验：将预脱硫后的铅蓄电池生产中的铅膏，取3
适量10％质量浓度的烧碱溶液，在搅拌机中将铅膏视密度调为2.8g/cm。经分析，其中的物料组成为PbO2含量为1.9％，PbO含量为84.5％，氢氧化钠0.8％，水12.8％，然后把该铅膏泥涂装于阴极盘并称量铅膏的质量，使每个阴极盘中填装的铅膏量为10kg。

[0054] 通过电解槽入料口升降装置，将阴极盘逐个放到履带上，设定电机转速，使履带以0.90m/h速度向前连续传输，当阴极盘被履带传送至电解槽出料口时，阴极盘通过升降装置脱离电源，单盘电解结束。然后将该阴极盘上的物料取下，并将该产物在氮气氛中进行压块脱水，再进入熔铅炉，在400℃熔化成铅液，最后浇铸成电解铅锭。在电解过程中，电解液为
10％质量浓度的氢氧化钠溶液，电解液温度为50℃；电解液循环流量0.5L/s，极间距2cm，
2
阴极平均表观电流密度500A/m。

[0055] 利用上述电解装置，对该水平移动式连续电解再生含铅物料中铅的方法的槽电压、电流效率和直流能耗进行了考察。当电解运行稳定后，连续进料45个阴极盘，同时也有45个阴极盘连续出料。所考察的45个阴极盘中的铅膏泥的总质量为450kg，电解的时间为
15小时。槽电压为1.86V～1.90V。电解出料后，经后处理得到铅锭354kg，据分析铅的纯度99.99％，达到1#铅标准。据计算，上述电解过程的电流效率为93.97％，铅膏泥中铅的收率为98.22％，电耗为534.85kWh/吨铅(平均槽电压以1.87V计)。

[0056] 本实施例的其他方案均与实施例2相同。