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1、废铅酸蓄电池工业上再生利用技术及集成设备 马成 薛辛 朱龙冠 高倩 株洲鼎端装备股份有限公司 摘 要： 以无污染废铅酸蓄电池再生利用技术为目标, 对再生利用工艺进行技术改造, 以及设计了符合我国工业要求的废铅酸蓄电池再生利用集成设备, 研制出了全自动两级破碎分选系统与全氧侧吹还原熔炼转炉, 解决了传统废铅酸蓄电池回收再利用技术和装备的耗能大, 成本高, 回收效率低, 以及设备维护复杂等问题。关键词： 废铅酸蓄电池; 破碎分选; 还原冶炼; 再生利用; 集成设备; The recycling technology of used lead-acid battery and integrated
2、equipment in the industryMA Cheng XUE Xin ZHU Longguan GAO Qian Zhuzhou Dingduan Equipment Co., Ltd.; Abstract： In this paper, aiming at the pollution-free recycling technology of used lead-acid batteries, the recycling process is upgraded, the integrated equipment used to recycle used lead-acid bat
3、teries is designed which meets the industrial requirements of our country, and the automatic two-stage crushing separation system and full oxygen side blow reduction smelting converter are developed. Therefore the problems of conventional recycling technologies and equipments of used lead-acid batte
4、ries are solved, such as high energy consumption, high cost, low recovery efficiency and the complexities of equipment maintenanceKeyword： used lead-acid battery; crushing and separation; reduction smelting; recycle; integrated equipment; 0 引言长期以来, 对于废旧铅酸蓄电池的破碎、分选, 铅膏脱硫、铅冶炼等过程, 绝大部分厂家沿用原始的工艺, 其结果是生产
5、现场各个环节污染严重, 能耗过高, 资源大量浪费1-4。2007 年国家环保部发文明确要求:再生铅冶炼行业从物流转运、电池破碎拆解分选、还原铅熔炼至精炼加工各个工序必须淘汰原有的设备和生产工艺, 并制定相应环保指标和能耗指标。规定中特别强调, 在拆解破碎环节强制淘汰人工拆解, 应采用机械化自动破碎拆解分选设备, 这一要求亦被纳入了国家十二五规划之中。为了减少环境污染, 提高再生资源综合利用水平, 笔者研制了全自动废铅酸蓄电池两级破碎分选系统, 以及废铅膏的后置全氧燃烧再生铅还原冶炼转炉, 并且构建了一个高回收率、低能耗、无污染的废铅酸蓄电池综合回收再利用体系和综合回收新工艺。1 工业上再生利用
6、技术的研制目前, 实验室研究的热点是湿法浸取铅膏, 如剑桥大学开发的柠檬酸法浸取铅膏工艺, 将配位化学与铅湿法冶金相结合, 从铅膏中回收 Pb/Pb O 粉体直接用于铅酸蓄电池生产。虽然这是一种绿色的回收途径, 但是过程中耗水量大, 废水产生量多。另外, 有学者采用脱硫转化还原转化电积法的三段式湿法电积工艺, 但是在电解沉积的过程中一直存在高能耗的问题。因此, 目前工业上依然采用火法冶金再生铅工艺。但是, 传统的火法冶金再生铅工艺不仅能耗高, 而且会产生 SO2酸性气体、CO 2温室气体和挥发性铅尘等大气污染物, 因此需要对其进行升级改造。1.1 废铅酸蓄电池两级破碎分选工艺在对现有国内外技术
7、总结、分析和研究的基础上, 研制出一套适合中国工业化的废铅酸蓄电池两级破碎分选工艺, 可以实现高效破碎、有效分选。具体工艺流程如图 1 所示:中小型废铅酸蓄电池物料进入进料仓后, 经过除铁器, 通过输送带到达一级高速旋转厚刀片破碎机;同时大型废铅酸蓄电池物料经过切割器和除铁器后, 通过输送带到达一级高速旋转厚刀片破碎机。物料经过一级高速旋转厚刀片破碎机后面的一级输送器, 到达二级高速旋转薄刀片破碎机。物料被二级高速旋转薄刀片破碎机继续破碎后, 经过二级输送器, 进入铅板栅、铅零件、铅膏分选机;随后产品铅板栅从铅板栅输出器输出, 产品铅零件从铅零件输出器输出, 铅膏则进入压滤脱硫系统的铅膏储存槽
8、, 余下的各类碎片进入塑料、隔板、橡胶、树脂、纤维、细铅泥颗粒等轻重碎料分离器。经过轻质碎料分选器后的碎片被分离出 PE、PP 隔板等一般固体废物, 还有 PE、PP、PPE塑料。经过重质碎料分选器后的碎片被分离出环氧树脂、橡胶、纤维、PVC隔板等一般固体废物, 还有 ABS、AS 塑料。重质碎料上的细铅泥颗粒经过细铅泥储存池后, 被送回压滤脱硫系统的二级脱硫循环池中。铅膏储存槽中的铅膏以铅泥浆形式进入二级脱硫循环池, 进行脱硫化学反应后, 经过压滤机压滤, 以含水量小于 20%的铅饼形成中间产品。压滤后的硫酸铵溶液经过后继的硫酸铵储存罐, 再经过滤器后, 以液态硫酸铵形成产品或中间产品。图
9、1 工业上废铅酸蓄电池两级破碎分选工艺流程图 下载原图1.2 铅膏冶炼工艺现阶段, 国外的铅膏冶炼技术一般采用从低温到高温分段连续还原冶炼工艺, 解决了无法连续搅拌、能耗高等问题。但该工艺属于反射熔炼, 对炉体尤其是出铅口的损害很大, 同时铅沉淀性能弱化, 渣铅分离不干净。因为前半段熔炼渣未能及时放出, 导致后半段高温冶炼持续时间长, 所以大大增加了烟气的含铅量。笔者设计了一套全氧侧吹还原熔炼工艺 (见图 2) 。这种熔炼工艺能够实现自动加料、出铅, 大大提高了铅的回收率, 减少环境污染。图 2 工业上破碎分选后铅膏的冶炼工艺图 下载原图全氧侧吹还原冶炼转炉有效地结合了传统沉淀熔炼和反射熔炼,
10、 主要冶炼废铅酸蓄电池破碎分选后得到的铅膏。由于采用后置燃烧方式和集束射流集束, 把燃气热能利用率提高了 20%以上, 有效降低了尾气和二氧化硫的排放量, 使熔炼渣的含铅量1.4%。在熔炼室将铅膏熔炼, 得到粗铅包。同时, 熔炼室的废气余热也可用于分选出板栅、铅零件的熔化, 配制铅锑合金, 得到铅锑合金锭直接销给蓄电池厂, 用于生产普通蓄电池铅锑多元合金板栅。2 集成设备的研制无论国外还是国内的废铅酸蓄电池回收设备, 经再生铅行业生产实践证明, 普遍存在以下缺点:1) 耗能大, 生产成本高, 设备维护复杂;2) 只能分选 PP 塑料, 国内外设备都无法分选废铅酸蓄电池破碎后碎料中的 PP 塑料
11、和 ABS 塑料;3) 对废旧铅酸蓄电池中分选出的铅膏、板栅和隔板进行混合冶炼, 无法充分搅拌物料, 耗能高;4) 燃料热能利用率低, 冶炼时间长, 高温废烟气被直接排放或仅用于物料预热;5) 出铅加料时需要关闭加热装置, 热能利用率不高, 连续生产能力差;6) 渣、铅分离不干净, 冶炼后半段采用高温冶炼, 而且因前段冶炼渣未能及时放出, 导致后段冶炼连续时间长, 大大增加了烟气含铅量;7) 铅物料冶炼的过程中, 工作环境有大量铅烟、铅尘进入, 缺乏有效的收集处理装置, 导致现场操作人员长期处于含铅环境, 对身体危害极大。目前, 国内从事冶炼行业的企业已经处于一个急需转型升级的时候, 因此笔者
12、开发研制了铅酸蓄电池全自动破碎分选和冶炼装备。2.1 废旧铅酸蓄电池全自动两级破碎分选系统图 3 为废旧铅酸蓄电池全自动两级破碎分选系统图。在切割加料子系统中设置的切割器可以装在破碎前的输送带前端。它可以自动切割大型尺寸 (长度大于80 cm) 的废铅酸蓄电池, 实现在破碎分选设备上自动切割大型电池, 无需人工处理步骤, 提高了生产效率与自动化程度。高强磁铁装置作为除铁器, 可以将内有铁块的假冒伪劣电池牢固地吸在除铁器内, 阻止含铁块的废铅酸蓄电池进入破碎机, 既保护了破碎机, 又消除了铁杂质对再生铅合金的危害。高速旋转刀片式破碎既不同于国外的锤击式破碎, 也不同于国内的鳄式破碎, 可使破碎率
13、达到 100%, 破碎生产效率达到 2040 t/h。在破碎子系统中装有一级高速旋转 (6002600 r/min) 厚刀片和二级高速旋转 (8003000 r/min) 薄刀片, 因此一级破碎后物料碎片颗粒直径可以控制在 4555 mm 范围内, 二级破碎后物料碎片颗粒直径可以控制在 3045 mm 范围内。由于颗粒直径 3045 m m是最佳分选范围, 大大提高了分选效率, 既可以有效地实现铅板栅与铅零件的分选, 又可以使铅板栅上的铅膏彻底脱离, 还可以使轻重碎料 (塑料、隔板、橡胶、树脂、纤维等) 中不会夹有铅板栅或铅零件, 同时还有利于塑料、隔板、橡胶、树脂、纤维等分离效率的提高。二级
14、高速旋转薄刀片由锋利的特种钢制成, 既可以将管式电池中的涤纶排管切断和粉碎, 也可以将玻璃纤维隔板 (AGM) 粉碎, 有效地消除了涤纶纤维和玻璃纤维等物料引起的过滤网堵塞现象, 解决了管式电池和胶体电池等引起的堵塞分选器的问题。有 7 个物料分选出口, 分别是粗铅泥颗粒出口、细铅泥颗粒出口、铅板栅出口、重质塑料出口、轻质塑料出口、隔板出口、杂质出口。并在铅板栅出口、重质塑料出口、轻质塑料出口安装有特制的铅板栅、塑料二次分选装置, 保证分选效果, 使废铅酸蓄电池中每种组成部分都物尽其用。图 3 废铅酸蓄电池全自动两级破碎分选系统 下载原图2.2 全氧侧吹还原熔炼转炉系统图 4 为废铅蓄电池还原
15、冶炼转炉。一种再生铅冶炼用转炉的加热装置, 通过固定调节架被固定在连接于再生铅冶炼用转炉后侧的废烟气通道上, 而且加热装置中的氧枪置于废烟气通道中, 并向转炉的内部延伸。废烟气通道中设有引风机。该装置能够提高热能利用率, 缩短冶炼时间, 使转炉具有连续生产能力, 同时延长了加热装置的使用寿命。由一种再生铅转炉用的加料装置, 远距离控制连续自动加料的加料系统, 同时采用振动加料的方法, 解决了需要人工加料、机还原剂与物料混合不均匀的问题, 减少工人接触含铅环境的时间, 提高生产效率的同时也保证了产品的质量。一种再生铅冶炼转炉用除尘装置, 包括铅烟铅尘烟道、主烟道、放铅锅吸尘罩和转炉吸尘罩, 能够
16、有效地吸收进料和放铅时的铅烟, 从而保证现场操作人员的工作环境。图 5 为铅膏冶炼后精炼合金和浇铸系统。一种精炼与合金浇铸设备主要用于铅膏冶炼后得到的粗铅的精炼和浇铸。整套设备由精炼锅、合金锅、岗位收尘罩、双层操作平台、直线型浇铸机、铅烟净化器和控制系统构成。按精炼锅容量的80%投入还原熔炼粗铅或铅板栅, 加热搅拌熔炼铅, 加入各类除杂剂并搅拌, 捞去杂质。检测熔融精铅中各元素含量, 依次加入适量的合金元素 (钙、锡等) 配制合金铅。再一次打开直线型铸锭机中的链条输送机、循环冷却水系统、打码机、铅锭输送机开关, 放铅, 开始铸锭。图 4 废铅酸蓄电池还原冶炼转炉 下载原图图 5 铅膏冶炼后精炼合金和浇铸系统 下载原图3 结束语环保型全自动废铅酸蓄电池两级破碎分选装备的破碎效率高, 分选效果好, 能源消耗少且污染排放量低, 同时其可实现生产过程全自动化作业, 减少人和铅、脱硫剂的接触, 解决工人的职业卫生问题。全自动绿色全氧侧吹还原熔炼转炉能实现脱硫后铅膏冶炼过程的能源基础数据管理
