[发明专利]一种将废铅酸电池的铅膏转化为纳米硫化铅的方法

说明书

本发明公开了一种通过真空焙烧联合机械化学法转化废铅酸电池铅膏为纳米硫化铅的方法，该方法可通过真空焙烧和机械化学法的联合工艺将废铅酸电池铅膏转化为纳米硫化铅，以实现将废铅酸电池铅膏高值化利用的目的。根据本发明的方法焙烧温度低，时间短，防止了硫化物和铅尘的排放；一次和二次的机械化学反应均是在室温条件下通过机械力的驱动作用进行，能耗非常低，相比传统废铅膏火法还原的1000度高温，机械化学工艺在实际生产中具备显著的经济效益。所得硫化铅产品纯度高、经济利润高、产品经济价值高。

技术领域

本发明属于电子废弃物处理与资源化技术领域，更具体地，涉及一种通过真空焙烧联合机械化学法转化废铅酸电池铅膏为纳米硫化铅的方法，该方法可通过真空焙烧和机械化学法的联合工艺将废铅酸电池铅膏转化为纳米硫化铅，以实现将废铅酸电池铅膏高值化利用的目的。

背景技术

铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势，这得益于其性价比高、低温性能优越、运行安全可靠等优点。据统计，目前全世界消费的铅中，大约有80～85％用途是制造铅酸蓄电池。近年来随着汽车产生量加大，车用铅酸蓄电池用量也急剧上升。由于相对较短的使用生命周期(2～3年)，不断增加的铅酸蓄电池生产量造成了废铅酸电池数量的不断攀升。

废铅酸电池铅膏中的多元铅组份是铅资源的重要富集体，如不妥善处置和科学回收，将会对生态环境造成严重的重金属污染和资源浪费。实现废铅酸电池中可再生铅的循环利用是应对原生铅矿枯竭的有效措施。

废铅酸电池通常由以下四部分组成：硫酸电解液、铅合金板栅、铅膏和有机物隔膜。作为废铅酸蓄电池中最宝贵的资源，铅膏是极板上活性物质经过充放电使用后形成的浆状物质，其主要组成为硫酸铅(PbSO₄，约为总重量的60％)、二氧化铅(PbO₂，约为总重量的30％)、氧化铅(PbO，约为总重量的9％)和金属铅(Pb，约为总重量的1％)等。在以往研究中，废铅膏曾先后被转化为各类铅产品，如铅、氧化铅、柠檬酸铅、氯化铅和硫酸铅等。传统的废铅膏处理工艺一般采用焦炭作为还原剂在1000度高温将废铅膏中的铅化合物还原为单质铅回收，不仅反应能耗高，且容易造成了硫氧化物的释放和铅尘挥发等环境问题。特别是将四种性质各异、品质不同的铅化合物转化为均一的铅产品也一直是废铅酸电池资源化过程中的难题。综上所述，废铅膏一直是废铅酸电池回收过程中最难被处理和处置的组分。

硫化铅作为一种重要的铅高值产品，同时也是半导体材料，如果能够将废铅膏转化为硫化铅，则极大地提升废弃物的回收和再利用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种将废铅酸电池铅膏转化为纳米硫化铅的方法，采用真空焙烧联合机械化学法相结合的方式，相比传统的高温还原工艺，真空焙烧和机械化学法的联合工艺可以显著消除有毒害的硫氧化物的释放和烟尘的挥发。室温的机械化学法不依赖溶剂的使用，具备能耗低、生产成本低和废水产生量少的优势。

为实现上述目的，根据本发明的一个目的，提供了一种将废铅酸电池铅膏转化为纳米硫化铅的方法，该方法包括以下步骤：

(1)以废铅酸电池分离的铅膏在真空环境下高温直接焙烧；

(2)将步骤1)中真空焙烧后得到的铅膏与一定质量比率的包含质子氢的固相共磨剂均匀混合，并放入球磨机的球磨罐内，密闭后在不同转速进行第一次球磨反应，反应一定时间后，停止球磨反应；

(3)将步骤2)中球磨反应后的固相产物用去离子水冲洗，干燥后，将产物再次与固体硫化试剂按照一定质量比率均匀混合，并放入球磨机的球磨罐内，密闭后在一定转速进行二次球磨反应，反应一定时间后，停止球磨反应；

(4)将步骤3)中二次球磨反应所得的固体产物采用去离子水冲洗，将所得黑色光泽粉末真空抽滤后烘干即为纳米硫化铅产品。

优选地，步骤(1)中的真空环境为0.1～1Pa，焙烧温度为500～700度，焙烧时间为10～30min。