废旧电池回收处理处置技术

王洋张涛

（阳煤集团山西吉天利科技有限公司山西阳泉045100）

摘要：近年来，废旧电池对环境的影响成为日益凸显的重大民生问题。废旧电池的合理处置及再生利用越来越受到人们的极大关注。我国目前尚缺乏废旧电池的高效回收途径，需加快将可研成果转化为规模化生产的速度，加强废旧电池回收技术的工业研究。同时指出废旧锂离子电池的回收处理处置将是未来一段时间内科研及市场化运作的重点方向。

关键词：废旧电池；回收处理处置；研究进展

1、废旧铅酸蓄电池的回收处理处置技术

废旧电池包括一次性普通干电池（锌锰电池）、镉镍/氢镍电池、铅电池、锂电池等。不同种类废电池对于环境的污染差别大，相对应的处置及再生利用技术也不同。一般来讲，废电池需要经过破碎预处理以及分选处理，分选出各部件。主要包括：电池活性物质、集流体/板栅、隔膜、外壳及附属件、电解液等。其中重点对电极活性物质中的有价金属进行回收利用。

以下就国内外废旧铅酸蓄电池回收处理处置技术进行综述及探讨。

目前，废旧铅酸蓄电池回收以火法熔炼为主，其处理工艺流程有以下几种：

1、废铅蓄电池经去壳倒酸等简单处理后，进行火法冶炼，得到铅合金；此工艺已经不符合环保要求被淘汰。

2、废铅蓄电池经破碎分选后分出金属部分和铅膏部分，二者分别进行火法冶炼，得到铅合金和精铅。

3、废铅蓄电池经破碎分选后分出金属部分和铅膏部分，铅膏部分脱硫转化，然后再分别进行火法冶炼，得到铅合金和纯铅。

4、废铅蓄电池经破碎分选后分出金属部分和铅膏部分，铅膏部分脱硫转化为PbCO3或PbO，经酸溶，通以直流电，Pb2+在阴极沉积得金属铅，一般可产1号铅。金属部分可熔铸阳极精炼或调整成分铸成铅基合金。

所采用的熔炼设备有如下几种：

1、反射炉：反射炉熔炼技术是以煤或天然气为燃料，以碳酸钠、生石灰和铁屑为辅助原料，采用反射炉作为熔炼设备对PbSO4、PbO2、PbO进行高温还原的熔炼技术。该技术操作简单、投资少、适应性强。其缺点是环境污染重、能耗高，生产率和热效率较低，且是间断作业，不易实现自动化控制。

2、鼓风炉：鼓风炉熔炼技术是将铅泥等含铅物料烧结后，破碎成100毫米左右的烧结块配以10%左右的焦炭装入鼓风炉，从炉的下部鼓入空气或预热空气（250～450℃）或富氧空气，使焦炭燃烧，保持风口区的温度在1300℃左右，含有CO的高温烟气在炉内向上运动，在此过程中，使炉料中的硫酸铅、氧化铅等还原成铅，氧化铁等形成炉渣。液体铅和炉渣流入炉缸，进行分离。该方法的缺点是炉渣含铅量较高，烟灰无法处理，达不到环保要求。

3、富氧侧吹炉：富氧侧吹熔炼技术是利用熔池熔炼原理，通过浸没侧吹氧气和天然气高速射流的强烈搅动，使铅泥、含铅二次物料与熔剂等原料在熔炼炉的熔池中充分搅动，迅速熔化、氧化、交互反应和还原，生成粗铅和炉渣。该技术能实现铅泥、含铅烟尘、铅精矿等一起直接配料，熔炼产生的烟气可制酸，省去了铅膏脱硫工序。具有工艺流程短、建设和运行成本低、氧利用率高、脱硫率高等优点，可实现生产过程自动化控制。

4、转炉：转炉熔炼技术是以天然气或煤气为燃料，以石灰石、无烟煤块和铁屑为辅助原料，采用短炉身、耐火材料为内衬的回转窑作为熔炼设备进行熔炼的技术。该技术按批次熔炼，原料的适应性广。回转窑的应用有利于传热、传质，使炉料各组分很好地接触，提高炉子的生产效率。短窑不仅能够熔炼铅泥转化料，也能够熔炼其他一些铅废料。

湿法回收工艺主要有直接电积法与间接电积法两种。直接电积法是将破碎分选后的废铅膏直接置于电解槽中进行电解回收铅。现阶段已研制出的直接电积法为固相电解还原法。间接电积法无法直接电积回收铅膏，需对铅膏进行转化、浸出后再进行电积处理，原则流程是铅膏转化-浸出-电积。代表性工艺有RSR工艺、USBM工艺、CX-EW工艺、NaOH-KnaC4H4O6工艺、CX-EWS工艺、Placid工艺等，这些工艺都是先将PbSO4和PbO2进行转化，再对铅膏进行浸出处理，最后采用电积法获得高纯度铅。

以下介绍一种湿法处理废旧铅酸蓄电池的新工艺（CLEP工艺），此工艺特点是在较低的温度下处理废旧铅酸蓄电池中铅膏或铅泥，铅膏和铅泥全部处于液体阶段。通过此工艺处理将会得到纯度较高的产品：金属铅、PbCO3、PbO、Pb2O3、PbO2以及制作电池用的活性铅膏。

此工艺处理共分为两个阶段，第一阶段处理工艺如下：

第一步：目的是将铅泥进行硫酸盐化及溶液化。将铅泥置于纯硫酸、双氧水、醋酸钠和水中，使铅泥中不含有硫酸铅的成分全部转化为硫酸铅，同时被醋酸钠溶液溶解。

第二步：在醋酸钠溶液中处理硫酸铅。加入碳酸钠及氢氧化钠使其生成碳酸铅、PbO沉淀以及硫酸钠，此反应必须控制温度在85℃以上。

第三步：对溶液进行电解，生成金属铅及硫酸。

第四步：通过碳酸钠和氢氧化钠中和办法去除硫酸，并通过冷凝去除NaSO4*10H2O。

第五步：通过干燥获得无水硫酸钠。

第二阶段处理工艺如下：

第一步：将铅泥氧化物加入到醋酸和双氧水中，通过氧化处理将铅泥中的氧化物转化为醋酸铅。

第二步：通过过滤，分离溶液中的硫酸铅及铅泥杂质。

第三步：分离后的溶液进行第一阶段处理步骤后将会得到碳酸铅或PbO或金属铅。醋酸以及恢复后的铅进行集中收集，醋酸返回到循环工艺中。

第四步：向醋酸铅中添加纯硫酸，通过反应进而获得纯硫酸铅。此硫酸铅可被用于制作新电池的活性物质载体。

综上所述，火法处理废旧铅酸蓄电池熔炼温度高，产生大量铅蒸汽和二氧化硫，严重污染环境，能源消耗大，炉渣、烟尘需专门处理。湿法回收废旧铅酸蓄电池的工艺具有不污染或基本上不污染环境，设备、工艺简单，操作方便，金属回收率相对较高，生产费用低，规模大小皆宜等优点。

2、废旧锂离子电池的回收处理处置技术

废旧锂离子电池回收利用的研究开始于20世纪90年代中后期，由于钴是一种稀有的贵重金属，在锂离子电池中的含量相对较高，因此对于废旧锂离子电池主要是回收其中的钴、锂等金属。各种回收处理处置技术的基本步骤包括：先采用机械剥离方式分解废弃锂电池，分离钢质外壳，预处理步骤分离集流体和活性物质，通过浸出方式使活性物质中的钴及其它金属进入溶液，然后再从浸出液中提取金属制备化工产品，差异主要在于多种金属回收技术的路线和方法之间。

AEA工艺具有简单、二次污染小和资源回收率高等优势，不仅有效分离了电极材料中的各组分，回收了锂、钴、镍、铜、铝、铁和塑料、碳粉等，而且对电解液进行了回收。该工艺在欧洲已进入工业示范工程阶段，但经济可行性还需进一步研究。美国Toxco公司把在液氮中粉碎的废旧锂离子电池直接与水混合，产生的氢气在溶液上方燃烧掉，回收氢氧化锂。

Sony公司采用先进工艺，先在较高温度下焚烧废旧锂离子电池，再用湿法回收钴，燃烧产物随烟气排放。

3、结论

总而言之，我国目前尚缺乏废旧电池的高效回收途径。为能有效利用废旧电池资源，在工艺技术方面，既要结合国情应用和改进国外的成熟技术，并进一步创新，又要加快将科研成果转化为规模化生产的速度，加强废旧电池回收技术的工业化研究。

参考文献：

[1]废旧电池管理与回收【M】北京：化学工业出版社，2005；

[2]废旧电池的回收处理【J】能源环境保护，2004；

[3]从废锂离子电池中回收钴【J】.有色金属，2005；

[4]一种废旧锂离子电池成分分离的方法【J】.电池，2007；