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废铅酸电池主要由四部分构成,11~30%电解质、20~30%铅和铅合金、30~40%铅膏、22~30%塑料和隔板。在这其中,铅膏的成分是尤其复杂,主要包含60%的PbSO4,28%PbO2,9%PbO、一小部分铅合金(约为3%)。铅膏的复杂性导致了其脱硫过程的困难。传统的冶炼过年程中分解硫酸铅需要相当高的温度,至少要大于1180℃的高温,而且在冶炼过程中使用煤或焦炭作为燃料容易引起SO2气体和铅烟的排放。 本文主要研究不同碳酸盐对铅膏脱硫转化效率的影响,采用多种分析表征方法如比表面积(BET)测试法、TG-DTA热重分析法、X射线衍射分析(XRD)法、扫描电镜分析(SEM)法等对铅膏的成分进行详细成分分析,了解得知铅膏的形态及基本组成成分,对铅膏的物理、化学分析表征。 铅膏在颗粒度为最小54~100μm时,比表面积为1.2909m2· g-1;采用热重分析法分析铅膏得知,铅膏在脱硫前的主要成分是PbSO4;采用X射线衍射分析(XRD)法分析铅膏得知,其主要成分组成是:PbSO4, PbO、PbO2、Pb;采用扫描电镜分析(SEM)法对铅膏的形貌,发现铅膏磨碎后呈混合物状态,内含有多种固体杂质,如玻璃纤维、塑料碎屑等等,它们会对后续的铅膏脱硫转化造成不利影响。故最好能在脱硫前除掉这些杂质。 首先采用单标法实验确定了碳酸钠对硫酸铅的最佳反应条件:反应时间60min、反应温度70℃、反应摩尔比1.1∶1、反应液固比10∶1。在此条件下得到碳酸钠的残留率为11.91%,脱硫率为96.20%。缩短了脱硫反应时间。热重分析图及XRD分析图显示硫酸铅已基本转化成碳酸铅,碳酸钠对硫酸铅具有优良的脱硫转化影响。 其次进一步采用正交实验研究脱硫剂碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵的最优反应条件。实验结果表明:碳酸钠对铅膏脱硫的最佳反应条件是:反应时间50min、反应温度70℃、反应摩尔比1.2∶1、反应液固比4∶1、铅膏颗粒度200~300μm。在此条件下得到碳酸钠的残留率为33.55%,脱硫率达到为97.08%。与单标实验法对比,反应时间更短,液固比更低。 碳酸氢铵对铅膏脱硫的最佳反应条件可以确定为:反应时间50min、反应温度70℃、反应摩尔比1∶1、反应液固比4∶1、铅膏颗粒度54~100μm。在此条件下得到碳酸氢铵的残留率为30.58%,脱硫率为93.96%。 碳酸铵对铅膏脱硫的最佳反应条件可以确定为:反应时间40min、反应温度40℃、反应摩尔比1.1∶1、反应液固比2∶1、铅膏颗粒度50~100μm。在此条件下得到碳酸铵的残留率为36.18%,脱硫率为92.90%。实验结果表明要获得较高的铅膏脱硫效率不一定需要反应很长的时间,短时间内也能办到,这点在工业上至关重要。 故正交试验结果表明碳酸钠对铅膏脱硫转化效率高,70℃下反应50min就能有较高的脱硫率,达到了97.08%。而碳酸铵却在高温下易分解,故设置脱硫温度低,导致了脱硫效率不如碳酸氢钠高。