[发明专利]改进的用于铅酸电池无熔炼回收的装置和方法

说明书

本发明涉及改进的用于铅酸电池无熔炼回收的装置和方法。公开了从铅酸电池的铅膏回收金属铅的方法，包括使铅膏与碱接触，生成上清液和不溶于碱的铅物种，铅膏包括铅氧化物和硫酸铅；将铅物种与上清液分离；将铅物种与再生的酸性溶剂结合以溶解至少一些铅物种，形成富含铅离子的溶剂；在阴极的一部分上将富含铅离子的溶剂中的铅离子还原成金属铅，同时从阴极的另一部分去除金属铅，形成再生的酸性溶剂；还原铅离子的步骤生成微米或纳米孔混合基体，其中金属铅形成含有再生溶剂和分子氢的微米或纳米尺寸的结构；阴极包括选自由铝、包含至少一种聚合物和一种形式的碳的基体和具有式TixO_(2x‑1)的钛的Magneli相亚氧化物构成的组的阴极材料，x是4至11之间的整数。

本申请是申请日为2015年05月13日、申请号为201580062811.7、发明名称为“改进的用于铅酸电池无熔炼回收的装置和方法”的中国专利申请的分案申请。

本申请要求2014年11月18日提交的PCT申请No.PCT/US14/66142的优先权。

技术领域

本发明的领域是铅酸电池的回收，特别是涉及利用水溶液、不需要熔炼并且可以以连续方式实施的装置和方法。

背景技术

背景技术描述包括可用于理解本发明的信息。它不是承认本文提供的任何信息是现有技术或与当前要求保护的发明相关，或者任何具体或隐含参考的出版物是现有技术。

铅酸电池(LAB)是目前使用的最大的单一类别的电池。它们对于从起动汽车发动机、为数据中心提供紧急备用电源以及为诸如叉式起重车和高尔夫球车等工业车辆和休闲车辆供电的应用是必要的。与任何其他电池类型不同，LAB几乎100％回收，并且这个特点使铅作为最能回收的单个商品。尽管全球LAB生产以每年约5％的平均速度增长，但由于铅丰富的矿床枯竭，由矿石生产新铅变得越来越困难。毫不奇怪，迫切需要新的和更有效的铅回收方法。

遗憾的是，目前所有的或几乎所有的由LAB回收铅仍然是基于铅熔炼技术，铅熔炼技术最初是在2000多年前开发的，用于从矿体中生产铅。铅熔炼是将铅、铅氧化物和其他铅化合物加热至约1600°F，然后与各种还原剂混合以去除氧化物、硫酸盐和其他非铅材料的火法冶金工艺。现有技术图1A描绘了从起始LAB材料开始的典型的熔炼操作。

遗憾的是，铅熔炼是高度污染的工艺，产生大量空气传播的废物(例如铅尘、CO₂、砷、SO₂)、固体废物(含铅熔渣)和液体废物(例如硫酸、砷盐)，并且污染问题已迫使美国和其他西方国家的许多冶炼厂关闭。在管制较少的国家的冶炼厂的迁移和扩张导致大规模的污染和高度的人类铅污染。

使事情复杂化的是，获得铅冶炼厂的许可证变得越来越困难，并且建造和运行冶炼厂通常是昂贵的。因此，冶炼厂的盈利运作是规模的函数。因此，有朝向更大和更集中的冶炼厂的驱动力，这与LAB行业的物流(其支持分散式回收和位于接近LAB使用集中地的生产)不相符。因此，只有最大的LAB生产公司能够调整和操作冶炼厂，而其他公司依靠二次铅生产商回收其电池并为其提供铅。这会使LAB生产商难以满足对其产品“由始至终”控制的日益严格的要求，诸如国际标准ISO 14000。

在更技术化的层面上，应当理解，铅熔炼被开发以从铅矿石(主要是方铅矿或硫化铅)生产铅。然而，回收铅酸电池的化学过程与矿石铅熔炼的化学过程大不相同。因为这样的铅熔炼对于铅回收是基本上无效的过程。

已经做出各种的努力来远离熔炼操作并且使用更环境友好的解决方案。例如，第4,927,510号美国专利(Olper和Fracchia)教导了在脱硫过程之后从电池污泥中回收纯金属形式的基本上所有的铅。本文指出的所有申请和出版物通过引用并入本文，就像每个单独的出版物或专利申请被具体地和单独地指明通过引用并入的一样程度。当并入的参考文献中术语的定义或使用与本文中提供的术语的定义不一致或相反时，本文中提供的该术语的定义适用，参考文献中的该术语的定义不适用。遗憾的是，该第4,927,510号专利仍然需要使用含氟电解质，这同样是有问题的。