專(zhuān)利名稱(chēng)：利用廢鉛蓄電池中鉛泥制備三鹽基硫酸鉛的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備三鹽基硫酸鉛的方法。
背景技術(shù)：
鉛作為主要的金屬原材料，被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面。中國(guó)是自上世紀(jì)90年代以來(lái)鉛生產(chǎn)和消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家，但增長(zhǎng)的部分幾乎都是原生鉛，而再生鉛產(chǎn)量增長(zhǎng)的速度卻較慢，鉛資源的安全保障問(wèn)題已成為一個(gè)急需考慮和解決的問(wèn)題。發(fā)展再生鉛工業(yè)可充分利用鉛廢料，減少原生鉛礦石的開(kāi)采量，并減少鉛廢料對(duì)環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，使鉛金屬進(jìn)入生產(chǎn)-消費(fèi)-再生的良性循環(huán)，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)鉛工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的不可缺少的重要組成部分。
廢鉛蓄電池中的鉛泥主要成分是PbSO4和少量PbO和PbO2，還有極少金屬鉛。目前國(guó)內(nèi)外廢鉛蓄電池中鉛泥的回收主要是提煉、加工生產(chǎn)鉛錠。從總體水平看，我國(guó)近300家廢鉛蓄電池再生鉛廠主要采用傳統(tǒng)的小反射爐、鼓風(fēng)爐和沖天爐等熔煉工藝；一些小企業(yè)、個(gè)體戶甚至采用原始的土窯土爐冶煉；存在著企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小、耗能高、污染嚴(yán)重、工業(yè)技術(shù)落后、金屬回收率和綜合利用率低等問(wèn)題。
三鹽基硫酸鉛(3PbO·PbSO4·H2O)為白色或稍帶微紅、微黃的粉末，比重7.10，熔點(diǎn)820℃，味甜，有毒，易吸濕，不可燃，不溶于H2O和CH3CH2OH，但溶于酸和熱的乙酸銨溶液，潮濕時(shí)遇光易變色且自行分解。三鹽基硫酸鉛是重要的化工原料，對(duì)聚氯乙烯有穩(wěn)定作用，且具有優(yōu)良的耐熱性和電絕緣性，耐光性能也好，特別適于高溫加工。主要用于不透明的聚氯乙烯硬質(zhì)管、板、注射成型制品，橡膠與人造革制品等的熱穩(wěn)定劑和著色劑；由于其優(yōu)良的絕緣性能，被廣泛用于聚氯乙烯電絕緣材料；因?yàn)樗哂袑?duì)光穩(wěn)定、不變色的優(yōu)點(diǎn)，還可用于涂料的著色。
由于三鹽基硫酸鉛是重要的化工原料，市場(chǎng)需求量極大。國(guó)內(nèi)外關(guān)于三鹽基硫酸鉛的生產(chǎn)方法主要有三種。
第一種，以金屬鉛錠為原料，采用氧化工藝生產(chǎn)。其生產(chǎn)流程為鉛錠→熔鉛→造粉→氧化→粉碎→加酸(醋酸、硫酸)反應(yīng)→壓濾→烘干→粉碎→成品主要化學(xué)反應(yīng)式為。
第二種，利用冶煉鉛煙灰渣，其工藝流程為鉛煙灰渣→碳銨轉(zhuǎn)化→氟硅酸浸出→硫酸沉淀→氫氧化鈉合成。
第三種，采用硝酸法，由電解鉛渣及鉛浮渣制取三鹽基硫酸鉛，將電解鉛渣及鉛浮渣與硝酸反應(yīng)生成硝酸鉛溶液，硝酸鉛溶液再與硫酸反應(yīng)得硫酸鉛沉淀，然后加氫氧化鈉堿化得三鹽基硫酸鉛。
這些三鹽基硫酸鉛的生產(chǎn)工藝，均是以鉛及鉛的氧化物為原料來(lái)加工生產(chǎn)。而由鉛泥生產(chǎn)鉛錠，再由鉛錠生產(chǎn)鉛的各類(lèi)化合物的過(guò)程中鉛的回收率低，工藝流程長(zhǎng)，還嚴(yán)重浪費(fèi)了資源、能源，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)由鉛泥或其它原料生產(chǎn)鉛錠，再由鉛錠生產(chǎn)三鹽基硫酸鉛，回收率低，工藝流程長(zhǎng)，浪費(fèi)資源、能源，污染環(huán)境的缺陷。提供一種直接利用廢鉛蓄電池中鉛泥制備三鹽基硫酸鉛的方法，縮短了工藝流程，不但可以實(shí)現(xiàn)鉛資源的充分利用，還可以節(jié)省能源、大大減少環(huán)境污染，為鉛資源的循環(huán)利用開(kāi)辟了新的途徑，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)的原則。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是廢鉛蓄電池中的鉛泥主要成分是PbSO4和少量PbO和PbO2，及極少的金屬鉛。利用廢鉛泥與碳酸鈉溶液反應(yīng)脫硫轉(zhuǎn)化得碳酸鉛，反應(yīng)充分后過(guò)濾得碳酸鉛沉淀，對(duì)濾液進(jìn)行脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶得到副產(chǎn)品硫酸鈉；其濾渣碳酸鉛用硝酸溶解得硝酸鉛溶液；將硝酸鉛溶液再與硫酸反應(yīng)得到純凈的硫酸鉛沉淀；最后與燒堿反應(yīng)合成三鹽基硫酸鉛；再經(jīng)過(guò)濾、干燥、粉碎、包裝，可得符合化工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG2340-92規(guī)定的優(yōu)等品產(chǎn)品。
本發(fā)明的具體工藝步驟為(1)碳酸鉛的制備與純化利用純堿在30～50℃的條件下升溫溶解，配成30％的Na2CO3溶液，按Na2CO3∶鉛泥＝1∶2.4(質(zhì)量比)加入鉛泥，攪拌反應(yīng)60min，攪拌速度為120r/min，維持反應(yīng)溫度在30℃左右，過(guò)濾，得固體PbCO3(含少量PbO和PbO2)(渣A)，用水對(duì)濾渣進(jìn)行清洗。其化學(xué)反應(yīng)式為
同時(shí)對(duì)所得濾液(液A)進(jìn)行脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶得到副產(chǎn)品硫酸鈉，并消除了SO2的污染。
(2)硝酸鉛溶液的制備在常溫、常壓條件下，按PbCO3∶HNO3＝1∶2.4(摩爾比)，將30％HNO3與第一步反應(yīng)得到PbCO3濾渣反應(yīng)，充分接觸并攪拌，攪拌速度為80r/min。其化學(xué)反應(yīng)式為
反應(yīng)90min后過(guò)濾，濾液為較純的Pb(NO3)2溶液(液B)。濾渣(渣B)可以作為鉛冶煉的原料。
(3)硫酸鉛的制備與純化將第二步反應(yīng)所得硝酸鉛溶液與50％硫酸按Pb(NO3)2∶H2SO4＝1∶1.05(摩爾比)進(jìn)行反應(yīng)，得硫酸鉛沉淀，反應(yīng)條件為常溫、常壓，在80r/min速度下攪拌30min。其化學(xué)反應(yīng)式為
清洗濾渣，得到純凈的PbSO4固體(渣C)。濾液為稀HNO3溶液(液C)，收集并補(bǔ)充適量濃HNO3后用于第(2)步反應(yīng)所需的硝酸鉛溶液的制備。
(4)三鹽基硫酸鉛(3PbO·PbSO4·H2O)的合成將純化的PbSO4固體與10～20％的NaOH溶液按PbSO4∶NaOH＝1∶1.06(摩爾比)在常溫常壓下反應(yīng)40～60min，攪拌速度為80r/min，靜置后得白色三鹽基硫酸鉛沉淀。其化學(xué)反應(yīng)式為
然后過(guò)濾，用水清洗濾渣至濾液為中性(pH為6.5～7.5)，濾渣在105～110℃下烘干90～120min，粉碎，包裝，得合格產(chǎn)品。
鉛蓄電池中的廢鉛泥通過(guò)本發(fā)明生產(chǎn)的三鹽基硫酸鉛達(dá)到化工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG2340-92規(guī)定的優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)，PbO含量大于89％，余渣經(jīng)1000℃熔煉，可得粗鉛。鉛的總回收率大于93％。廢鉛蓄電池的鉛泥完全可以取代目前最常采用的金屬鉛生產(chǎn)三鹽基硫酸鉛工藝，可以大大節(jié)約鉛資源，實(shí)現(xiàn)了鉛的高效回收和鉛資源的充分利用，本發(fā)明在常溫常壓條件下反應(yīng)，可以簡(jiǎn)化從鉛泥提煉生產(chǎn)鉛錠再生產(chǎn)三鹽基硫酸鉛的工藝過(guò)程，取代以金屬鉛生產(chǎn)三鹽基硫酸鉛的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝；生產(chǎn)過(guò)程中可以回收副產(chǎn)品硫酸鈉，并消除SO2的污染，工藝運(yùn)行過(guò)程中的HNO3可以循環(huán)利用，僅需補(bǔ)充少量濃HNO3即可。所以可以節(jié)省能源，大大減少環(huán)境污染，為鉛資源的循環(huán)利用開(kāi)辟了新的途徑，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)的原則。


圖1是本發(fā)明中利用廢鉛蓄電池中鉛泥制備三鹽基硫酸鉛新方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.參照?qǐng)D1第一步，碳酸鉛的制備與純化，將43g 96％的純堿在30～50℃的條件下升溫溶解，并配制成30％的Na2CO3溶液，在120r/min的攪拌下，緩慢加入鉛泥100g，攪拌反應(yīng)60min，反應(yīng)溫度維持在30℃左右，反應(yīng)完成后進(jìn)行過(guò)濾，用水清洗濾渣得到純凈PbCO3固體(渣A)約60g。同時(shí)得濾液(液A)。
第二步，硝酸鉛溶液的制備，在常溫、常壓條件下，將60g PbCO3固體與120g30％HNO3溶液反應(yīng)，攪拌速度為80r/min，經(jīng)過(guò)90min反應(yīng)后過(guò)濾，得到較純的Pb(NO3)2溶液(液B)。
第三步，硫酸鉛的制備與純化，將上述所得硝酸鉛溶液與44g 50％硫酸反應(yīng)30min，反應(yīng)條件為常溫、常壓，攪拌速度為80r/min，清洗濾渣，得到純化的PbSO4固體(渣C)約68g。濾液為稀HNO3溶液(液C)。
第四步，三鹽基硫酸鉛(3PbO·PbSO4·H2O)的合成，將純化的PbSO4固體與71.5g 20％的NaOH溶液在常溫常壓下反應(yīng)60min，攪拌速度為80r/min，靜置過(guò)濾，并用水清洗濾渣至濾液為中性(pH為6.5～7.5)，濾渣在105～110℃下烘干90min，粉碎，包裝，得三鹽基硫酸鉛合格產(chǎn)品約55g。產(chǎn)品符合國(guó)家HG2340-92標(biāo)準(zhǔn)中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，PbO含量為89.7％。
對(duì)過(guò)程中產(chǎn)生的硫酸鈉濾液(液A)進(jìn)行脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶得到副產(chǎn)品硫酸鈉，并消除了SO2的污染。
過(guò)程中產(chǎn)生的稀HNO3濾液(液C)，收集并補(bǔ)充適量濃HNO3后循環(huán)使用，用于第二步反應(yīng)所需的硝酸鉛溶液的制備。
實(shí)施例2.按實(shí)施例1所述方法和步驟，鉛泥量仍為100g，僅調(diào)整第四步NaOH溶液的濃度為15％，加入量為96g，反應(yīng)時(shí)間為40min，同樣得到三鹽基硫酸鉛合格產(chǎn)品約55g，產(chǎn)品PbO含量為89.5％。
實(shí)施例3.采用同實(shí)施例2相同的方法和步驟，進(jìn)行擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)，一次性利用2000g鉛泥，其它化學(xué)藥品按實(shí)施例2相同的濃度與相應(yīng)比例的量加入，生產(chǎn)出三鹽基硫酸鉛合格產(chǎn)品約1102g，產(chǎn)品PbO含量為89.9％。
權(quán)利要求
1.一種利用廢鉛蓄電池中鉛泥制備三鹽基硫酸鉛的方法，其特征在于利用廢鉛泥與碳酸鈉反應(yīng)脫硫轉(zhuǎn)化得碳酸鉛，反應(yīng)充分后過(guò)濾得碳酸鉛沉淀，對(duì)濾液進(jìn)行脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶得到副產(chǎn)品硫酸鈉；濾渣碳酸鉛用硝酸溶解得硝酸鉛溶液；將硝酸鉛溶液再與硫酸反應(yīng)得純凈的硫酸鉛沉淀；最后硫酸鉛與燒堿反應(yīng)合成三鹽基硫酸鉛；再經(jīng)過(guò)濾、干燥、粉碎、包裝，產(chǎn)品達(dá)到化工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG2340-92規(guī)定的優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢鉛蓄電池中鉛泥制備三鹽基硫酸鉛的方法，其特征在于其工藝步驟為(1)碳酸鉛的制備與純化利用純堿在30～50℃的條件下升溫溶解，配成30％的Na2CO3溶液，按質(zhì)量比Na2CO3∶鉛泥＝1∶2.4加入鉛泥，攪拌反應(yīng)60min，攪拌速度為120r/min，維持反應(yīng)溫度在30℃左右，過(guò)濾，得固體PbCO3和少量PbO及PbO2，用水對(duì)濾渣進(jìn)行清洗，同時(shí)對(duì)所得濾液進(jìn)行脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶得到副產(chǎn)品硫酸鈉，并消除了SO2的污染；(2)硝酸鉛溶液的制備在常溫、常壓條件下，按摩爾比PbCO3∶HNO3＝1∶2.4，將30％HNO3與第一步反應(yīng)得到PbCO3濾渣反應(yīng)，充分接觸并攪拌，攪拌速度為80r/min，反應(yīng)90min后過(guò)濾，濾液為較純的Pb(NO3)2溶液，濾渣可以作為鉛冶煉的原料；(3)硫酸鉛的制備與純化將第二步反應(yīng)所得硝酸鉛溶液與50％硫酸按摩爾比Pb(NO3)2∶H2SO4＝1∶1.05進(jìn)行反應(yīng)，得硫酸鉛沉淀，反應(yīng)條件為常溫、常壓，在80r/min速度下攪拌30min，清洗濾渣，得到純凈的PbSO4固體，濾液為稀HNO3溶液，收集并補(bǔ)充適量濃HNO3后用于硝酸鉛溶液的制備；(4)三鹽基硫酸鉛的合成將純化的PbSO4固體與10～20％的NaOH溶液按摩爾比PbSO4∶NaOH＝1∶1.06在常溫常壓下反應(yīng)40～60min，攪拌速度為80r/min，靜置后得白色三鹽基硫酸鉛沉淀，然后過(guò)濾，用水清洗濾渣至濾液為中性，pH為6.5～7.5，濾渣在105～110℃下烘干90～120min，粉碎，包裝，得合格產(chǎn)品。
全文摘要
一種利用廢鉛蓄電池中鉛泥制備三鹽基硫酸鉛的方法，利用廢鉛泥與碳酸鈉反應(yīng)脫硫轉(zhuǎn)化得碳酸鉛，反應(yīng)充分后過(guò)濾得碳酸鉛沉淀，對(duì)濾液進(jìn)行脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶得到副產(chǎn)品硫酸鈉；濾渣碳酸鉛用硝酸溶解得硝酸鉛溶液；將硝酸鉛溶液再與硫酸反應(yīng)得純凈的硫酸鉛沉淀；最后硫酸鉛與燒堿反應(yīng)合成三鹽基硫酸鉛；再經(jīng)過(guò)濾、干燥、粉碎、包裝，產(chǎn)品達(dá)到化工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG2340－92規(guī)定的優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明縮短了工藝流程，不但可以實(shí)現(xiàn)鉛資源的充分利用，還可以節(jié)省能源、大大減少環(huán)境污染，為鉛資源的循環(huán)利用開(kāi)辟了新的途徑，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)的原則。
文檔編號(hào)C01G21/20GK1830804SQ20061003138
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者張盼月, 曾光明, 蔣劍虹, 王東升 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)