用废旧电池铅膏制造高性能铅酸电池活性物质
发布时间：2021-04-06 17:56
铅酸电池的历史已有一百五十多年,因性价比高、稳定可靠等优点,被广泛应用于汽车启动电源、电动自行车动力电源和不间断电源等中。随着汽车工业和电动自行车工业的高速发展,铅酸电池迎来了大规模的使用,同时也产生了大量的废旧铅酸电池。这个问题若处理不当,会造成环境污染,威胁着人类的健康。因此,研发绿色、经济、对环境无害的新工艺,对铅酸电池工业的健康永续发展具有重要意义。本文研究“四分离”得到的铅膏的化学处理方法,以制备硫酸铅和四碱基硫酸铅;把后者分别用作铅酸电池负极和正极活性材料,并研究其电化学性能的优劣。主要内容如下:（1）研究废旧铅酸电池的铅膏成分,确定各组分的含量。XRD图谱表明铅膏主要含PbO、Pb、PbSO4、PbO2以及3BS。化学分析方法测定结果表明,本论文使用的铅膏中PbO、Pb、PbSO4、PbO2的含量分别为15.40%、2.76%、35.98%、40.60%,含铅总量为76.79%。随后进行的四因素三水平的正交实验确定了甲酸还原铅膏的最佳条件为:n（HCOOH）:n（Pb）为6:1、反应温...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阀控密封铅酸电池的结构示意图
东南大学硕士学位论文8硫剂，随后将PbSO4浸出，利用PbO在NaOH溶液中可逆、可控的溶解-结晶过程可以直接得到PbO粉末[54,60]。为了解决原方法工艺中消耗原料多、流程长的问题，WYu[61]等研究了利用CH3COOH和H2O2将脱硫铅膏转化为Pb(CH3COO)2,再与NaOH溶液反应制得高纯度的PbO,在CH3COOH/Pb为2.00,H2O2/PbO2为3.5时可以除去Fe元素、BaSO4等杂质，加入NaOH溶液，在NaOH/Pb为2.5时除去Ba、Sb等杂质，可以获得高纯度的α-PbO。反应流程为：图1-2废旧电池中制高纯度PbO的流程图Figure1-2Flowchartofmakinghigh-purityPbOfromspentbatteriesSmith和Kinsbursky[62-64]研究了将废旧铅膏在60°C~70°C的NaOH和KOH混合溶液中加热得到Pb3O4固体，随后将Pb3O4在CH3COOH与CH3CHO混合溶液反应得到Pb(CH3COO)2溶液，加入NaOH后可以得到PbO沉淀。1.4.3分别处理正负极铅膏制备氧化铅将废旧铅酸电池正负极铅膏分别处理制备氧化铅是另一种思路，通常会在正负极中加入不同种类的添加剂来提高铅酸电池的性能。如果将正负极铅膏一起处理，那么得到的PbO当做铅酸电池材料时会影响新电池的性能与寿命，因此需要采取适当方法祛除。例如，负极添加剂BaSO4如果混入正极铅粉中，则会使正极性能降低[56]，如果将正负极铅膏分开处理，既可以减少化学试剂的损耗，减少反应步骤，也可以提高转化效率、减小能耗，提高经济效益。本课题组提出了将废旧铅酸电池一分为七、正负极铅膏分开处理的工艺[65-70]，本课题组的高鹏
东南大学硕士学位论文202.2.6表征方法本章中电极样品的结构表征采用BrukerD8DiscoverX射线衍射仪（XRD）进行，工作电压为40kV，用Cu靶Kα线（波长为1.54056）为辐射源。样品的表面形貌采用FEIInspectF50场发射扫描电镜（FESEM）进行分析。2.3结果与讨论2.3.1废旧铅膏的脱硫图2-1废旧铅膏和脱硫铅膏样品的XRD谱图Figure2-1XRDspectrumofwasteleadpasteanddesulfurizationleadpastesamples图2-1为废旧铅膏和铅膏使用(NH4)2CO3脱硫后样品的XRD谱图。与标准图谱对比可知，废旧铅膏中含有α-PbO2(JCPDScardNo.76-0564)、PbSO4(JCPDScardNo.89-7356)、3PbO·PbSO4·H2O(3BS,JCPDScardNo.88-552)、Pb(JCPDScardNo.65-2873)，PbO(JCPDScardNo.05-0570)，经过脱硫处理后PbSO4全部转化为PbCO3(JCPDScardNo.70-2052)。脱硫反应的过程如下反应式：PbSO4(s)+(NH4)2CO3(aq)→PbCO3(s)+(NH4)2SO4(aq)(2.1)图2-2(a)是脱硫前废旧铅膏的SEM图，可以看出废旧铅膏中存在着纳米级别
【参考文献】：
期刊论文
[1]废铅膏湿法浸出强化结晶的影响规律研究[J]. 张伟,彭露,李富元,杨家宽. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(09)
[2]从废铅膏中制备3BS及其电化学性能的研究[J]. 马成,舒月红,方宇,张慧,陈红雨. 蓄电池. 2016(02)
[3]废铅酸蓄电池回收技术现状及发展趋势[J]. 王学健,沈海泉. 资源再生. 2016(02)
[4]废铅酸蓄电池铅膏回收利用技术的现状与发展[J]. 詹光,黄草明. 有色矿冶. 2016(01)
[5]铅酸蓄电池回收铅技术的发展现状[J]. 潘军青,边亚茹. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(03)
[6]锌杂质对铅酸蓄电池性能的影响——基于柠檬酸/柠檬酸钠体系回收废铅膏[J]. 高林霞,朱新锋,刘建文,杨丹妮,杨家宽. 蓄电池. 2014(02)
[7]锌杂质在柠檬酸/柠檬酸钠体系回收废铅膏中的迁移[J]. 高林霞,刘建文,朱新锋,李磊,杨家宽. 蓄电池. 2014(01)
[8]化学法处理硫酸铅制备铅酸电池正极材料[J]. 高鹏然,刘义,卜贤福,雷立旭. 科技导报. 2013(Z1)
[9]废铅酸蓄电池铅膏脱硫工艺的研究进展[J]. 汪振忠,柯昌美,王茜. 无机盐工业. 2013(01)
[10]铅炭电池研发中存在的问题[J]. 王富茜,朱振华,陈红雨,石光,熊正林,王辉. 蓄电池. 2011(02)
博士论文
[1]废旧铅酸电池电极活性物质的资源化[D]. 刘巍.东南大学 2017
[2]柠檬酸湿法回收废铅膏过程中的杂质转化及其对电池性能影响[D]. 高林霞.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]硫酸铅作为铅酸电池电极活性材料的合成与性能的研究[D]. 周言庆.东南大学 2018
[2]三碱基硫酸铅的合成及其电化学性能[D]. 邰建.东南大学 2018
[3]电极上原位制备的4BS及其作为铅酸电池正极活性物质的性能[D]. 范珍珍.东南大学 2018
[4]基于铅氧燃料电池法合成电池级氧化铅及其电化学性能的研究[D]. 贡书敏.北京化工大学 2016
[5]硫酸铅作为铅酸电池正极材料的研究[D]. 张科.东南大学 2016
本文编号：3121870
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阀控密封铅酸电池的结构示意图
东南大学硕士学位论文8硫剂，随后将PbSO4浸出，利用PbO在NaOH溶液中可逆、可控的溶解-结晶过程可以直接得到PbO粉末[54,60]。为了解决原方法工艺中消耗原料多、流程长的问题，WYu[61]等研究了利用CH3COOH和H2O2将脱硫铅膏转化为Pb(CH3COO)2,再与NaOH溶液反应制得高纯度的PbO,在CH3COOH/Pb为2.00,H2O2/PbO2为3.5时可以除去Fe元素、BaSO4等杂质，加入NaOH溶液，在NaOH/Pb为2.5时除去Ba、Sb等杂质，可以获得高纯度的α-PbO。反应流程为：图1-2废旧电池中制高纯度PbO的流程图Figure1-2Flowchartofmakinghigh-purityPbOfromspentbatteriesSmith和Kinsbursky[62-64]研究了将废旧铅膏在60°C~70°C的NaOH和KOH混合溶液中加热得到Pb3O4固体，随后将Pb3O4在CH3COOH与CH3CHO混合溶液反应得到Pb(CH3COO)2溶液，加入NaOH后可以得到PbO沉淀。1.4.3分别处理正负极铅膏制备氧化铅将废旧铅酸电池正负极铅膏分别处理制备氧化铅是另一种思路，通常会在正负极中加入不同种类的添加剂来提高铅酸电池的性能。如果将正负极铅膏一起处理，那么得到的PbO当做铅酸电池材料时会影响新电池的性能与寿命，因此需要采取适当方法祛除。例如，负极添加剂BaSO4如果混入正极铅粉中，则会使正极性能降低[56]，如果将正负极铅膏分开处理，既可以减少化学试剂的损耗，减少反应步骤，也可以提高转化效率、减小能耗，提高经济效益。本课题组提出了将废旧铅酸电池一分为七、正负极铅膏分开处理的工艺[65-70]，本课题组的高鹏
东南大学硕士学位论文202.2.6表征方法本章中电极样品的结构表征采用BrukerD8DiscoverX射线衍射仪（XRD）进行，工作电压为40kV，用Cu靶Kα线（波长为1.54056）为辐射源。样品的表面形貌采用FEIInspectF50场发射扫描电镜（FESEM）进行分析。2.3结果与讨论2.3.1废旧铅膏的脱硫图2-1废旧铅膏和脱硫铅膏样品的XRD谱图Figure2-1XRDspectrumofwasteleadpasteanddesulfurizationleadpastesamples图2-1为废旧铅膏和铅膏使用(NH4)2CO3脱硫后样品的XRD谱图。与标准图谱对比可知，废旧铅膏中含有α-PbO2(JCPDScardNo.76-0564)、PbSO4(JCPDScardNo.89-7356)、3PbO·PbSO4·H2O(3BS,JCPDScardNo.88-552)、Pb(JCPDScardNo.65-2873)，PbO(JCPDScardNo.05-0570)，经过脱硫处理后PbSO4全部转化为PbCO3(JCPDScardNo.70-2052)。脱硫反应的过程如下反应式：PbSO4(s)+(NH4)2CO3(aq)→PbCO3(s)+(NH4)2SO4(aq)(2.1)图2-2(a)是脱硫前废旧铅膏的SEM图，可以看出废旧铅膏中存在着纳米级别
【参考文献】：
期刊论文
[1]废铅膏湿法浸出强化结晶的影响规律研究[J]. 张伟,彭露,李富元,杨家宽. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(09)
[2]从废铅膏中制备3BS及其电化学性能的研究[J]. 马成,舒月红,方宇,张慧,陈红雨. 蓄电池. 2016(02)
[3]废铅酸蓄电池回收技术现状及发展趋势[J]. 王学健,沈海泉. 资源再生. 2016(02)
[4]废铅酸蓄电池铅膏回收利用技术的现状与发展[J]. 詹光,黄草明. 有色矿冶. 2016(01)
[5]铅酸蓄电池回收铅技术的发展现状[J]. 潘军青,边亚茹. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(03)
[6]锌杂质对铅酸蓄电池性能的影响——基于柠檬酸/柠檬酸钠体系回收废铅膏[J]. 高林霞,朱新锋,刘建文,杨丹妮,杨家宽. 蓄电池. 2014(02)
[7]锌杂质在柠檬酸/柠檬酸钠体系回收废铅膏中的迁移[J]. 高林霞,刘建文,朱新锋,李磊,杨家宽. 蓄电池. 2014(01)
[8]化学法处理硫酸铅制备铅酸电池正极材料[J]. 高鹏然,刘义,卜贤福,雷立旭. 科技导报. 2013(Z1)
[9]废铅酸蓄电池铅膏脱硫工艺的研究进展[J]. 汪振忠,柯昌美,王茜. 无机盐工业. 2013(01)
[10]铅炭电池研发中存在的问题[J]. 王富茜,朱振华,陈红雨,石光,熊正林,王辉. 蓄电池. 2011(02)
博士论文
[1]废旧铅酸电池电极活性物质的资源化[D]. 刘巍.东南大学 2017
[2]柠檬酸湿法回收废铅膏过程中的杂质转化及其对电池性能影响[D]. 高林霞.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]硫酸铅作为铅酸电池电极活性材料的合成与性能的研究[D]. 周言庆.东南大学 2018
[2]三碱基硫酸铅的合成及其电化学性能[D]. 邰建.东南大学 2018
[3]电极上原位制备的4BS及其作为铅酸电池正极活性物质的性能[D]. 范珍珍.东南大学 2018
[4]基于铅氧燃料电池法合成电池级氧化铅及其电化学性能的研究[D]. 贡书敏.北京化工大学 2016
[5]硫酸铅作为铅酸电池正极材料的研究[D]. 张科.东南大学 2016
本文编号：3121870
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3121870.html
