蓄電池廢渣鉛回收的鐵置換處理法

王偉洲

（泉州幼兒師范高等專科學校，福建 泉州362000）

0 引言

隨著科學技術的提高，社會經濟的發展以及人民生活水平的不斷提高，蓄電池的使用已經越來越多地融入到人們的日常生活之中。目前，世界精鉛消費中約70%的鉛用于蓄電池的生產，且全球蓄電池在鉛的應用結構中占有的份額持續增加。廢鉛蓄電池，尤其是鉛膏和硫酸，若不加以回收，都將成為環境的污染源。另外，人類對鉛不斷增長的需求，已使鉛的礦產資源瀕臨枯竭的邊緣，回收再生鉛已成為實現鉛工業可持續發展戰略不可缺少的重要組成部分 。

回收鉛的生產能耗比原生鉛的生產能耗約低1/3左右；同時還可以減輕采、選、冶鉛礦對環境和人體的危害，消除了廢電池到處棄置對環境的影響。因此，發展高效、清潔的廢鉛蓄電池綜合回收技術具有非常重要的意義。目前國內外采用的處理工藝主要為火法、濕法及濕法火法聯合工藝。

火法處理時熔煉溫度較高，常產生大量鉛蒸汽和二氧化硫，嚴重污染環境，能源消耗大，鉛回收率不高，爐渣、煙塵需專門處理。

濕法處理回收率高，但其流程長，設備投入大，技術要求高，操作復雜，同時電耗高達 500～800kWh／(t鉛)，難以取得經濟效益，排出的廢水含硫酸量較高，容易產生硫二次污染。

濕法—火法聯合工藝需要增加脫硫系統的投資，且轉化率不足90%，脫硫不徹底，硫得不到充分利用，也會造成下一步熔煉的環境污染和鉛回收率的降低。

本文提出在100℃（近似溫度）、一定PH值下，用Fe還原鉛膏里的鉛化合物得到鉛固體。探討最佳反應條件：PH值、反應時間，希望能高效置換鉛并盡量降低鐵的消耗量，減少二次污染。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

電熱恒溫鼓風干燥箱、數顯酸度計、管式電阻爐、電子天平、臺式離心機。

1.2 試劑

鹽酸（AR）、鐵粉（AR）、鉛膏（廢蓄電池）、蒸餾水

1.3 反應原理

反應產生的氫氣可以把反應產生的鉛從鐵的表面剝落下來，有利于下一步分離。把得到的固體混合物碾碎后磁選可實現鐵跟鉛的分離。

1.4 實驗方法

1.4.1 含鉛廢渣的清洗

從廢蓄電池取得鉛膏，經多次水洗、沉淀，用分液法去掉固體顆粒，把每次水洗得到的懸濁液混合搖勻，即得含鉛的混合液體樣本。

1.4.2 含鉛量的測定

用量筒量取17ml的樣品溶液與100ml的燒杯中，稱得重量76.1124g。100ml干燥燒杯重是55.3520g。在100℃電熱爐上加熱沸騰，直到基本沒有液體時拿到干燥箱里80℃慢慢烘干。烘干取出后稱量58.2881g，減去燒杯重量得干燥固體重量為2.9357g。即得17ml樣品中含有2.9357g含鉛固體。

由反應式：

得：反應2.9357gPbSO4理論上需要消耗0.57g鐵。計算可得反應100ml的樣品溶液需要3.352g的鐵，又由于反應中存在鐵跟酸的副反應等會消耗部分鐵，所以用2倍于理論量的鐵，即 7.704g 左右。

1.4.3 鐵濃度—時間關系曲線、鉛濃度—時間關系曲線的繪制

某一PH值，量取145ml的樣品于500ml的燒杯中，稱取9.6010g的鐵粉。把燒杯放在電熱爐上，當加熱到沸騰時調節PH值使之不變，加入稱好的鐵粉，并開始計時。取樣時間分別是 0min，2min，4min，6 min，8min，10min，15min。 此過程中還必須時時觀察酸度計，注意溶液PH的變化，要及時滴加鹽酸，保持PH不變。

將得到的7個樣品的上層清液轉移到離心管，在5000轉的情況下離心十分鐘，結束后用移用管吸取1ml移到干燥的試管，再稀釋到5ml。用火焰原子吸收分光光度計測吸光度，比對鐵標準、鉛標準曲線測定鐵含量、鉛含量，畫出對應濃度—時間曲線圖。

2 實驗結果與討論

2.1 實驗結果

PH為1～6的鐵濃度、鉛濃度—時間關系曲線如圖1、圖2所示。

圖1 PH：1～6的鐵濃度—時間關系曲線

圖2 PH：1～6的鉛濃度—時間關系曲線

2.2 反應條件的分析

2.2.1 當 PH=1 的時候

溫度是100℃，反應進行到2min的時候，溶液呈強酸性，鐵還原性強，反應速度非常快，鐵離子濃度一下子達到了77.692mg/L。但由于鐵過量，這個過程中它還會跟鉛劇烈反應，把鉛離子還原為鉛固體，使鉛含量在2min內從45.876mg/L降到了2.077mg/L。這2min內鐵離子的量變化是最大的，整個實驗在這個過程基本已經完成。接下來的時間由于反應產生的鉛會包裹在未反應的鐵粉上，使一部分的鐵未能參加反應，但是這個時候會有很多氫氣產生，使包裹的混合體很疏松，易剝落。這也是為什么反應過程中不斷有黑色疏松固體產生的原因，這也為后續的鉛的分離過程起到了很大的作用，在2—15min內鐵由于被鉛包裹導致反應速度很慢。最后的出水含鉛量降到了0.573mg/L，達到了國家污水排放標準（國家污水排放標準：＜1.0mg/L）。

2.2.2 當 PH=2 的時候

這個過程鐵，鉛的反應情況基本和PH=1的時候一樣，前兩分鐘反應劇烈，后段時間反應趨于平穩。這段時間鉛含量降到了0.665mg/L，沒有PH=1的時候效果好。不過都達到了國家污水排放標準。

2.2.3 當 PH=3 的時候

反應過程還是在前兩分鐘反應劇烈，由于酸性沒有前兩次強，鐵的消耗量減小，15min的時候含量也只有25.398mg/L。在這個條件下，鉛反應效果較前兩次都是最好的，最后可以達到0.195mg/L。反應在2min后還有比較大的變化量，反應在第10min的時候鉛含量降到了0.676mg/L，綜合實際經濟效益考慮，反應時間在10min的時候就可以了。

2.2.4 當 PH=4 的時候

這個條件下鐵消耗也不多，基本也是在前兩分鐘內反應最劇烈。到實驗結束時含量達到25.398mg/L。不過這個條件下鉛反應不完全，開始在前兩分鐘的時候反應也是劇烈，后面 2-15min的時候也只是從 4.736mg/L到1.086min/L， 沒有達到國家污水排放標準。

2.2.5 當 PH=5，PH=6 的時候

這兩個情況跟PH=4的情況基本一樣，隨著酸性的降低，鉛還原效果越不理想，到15min的時候到尚未達到國家標準。

3 結論

考慮實際生產效益，確定反應時間在10分鐘，PH=3，反應溫度為100℃。在這個條件下，反應后溶液鉛含量可以降到0.676mg/L，符合國家污水排放標準。反應后的固體混合物通過粉碎磁選的方法分離得到鉛單質，產生的廢水可以通過加入石灰來中和。

本次探討了利用鐵粉在酸性條件下的還原，設備、工藝簡單，操作簡便，金屬回收率高，生產費用低，規模大小皆宜，效果較為理想，具有一定工業應用價值。

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