抑制铅阳极副反应的方法、铅膏固相电解方法及电解液与流程

1.本发明涉及废铅酸蓄电池回收，具体涉及抑制铅阳极副反应的方法、铅膏固相电解方法及电解液。


背景技术：

2.固相电解在废铅蓄电池回收行业广泛发展，常使用铅膏固相电解铅的方法进行铅回收，固相电解中阳极常常会产生副反应，反应式如下所示：
3.pb
2+
+h2o+2e＝pbo2+2h
+
4.阳极副反应会降低电解的电流效率，而固相电解铅中抑制阳极副反应发生的方法鲜有报道。公开号为cn113046787a中公开了通过调整电解液成分或配比对副反应进行抑制，该方法增加化学药剂的消耗，产生更多化学废品，增加环境污染；同时，多种化学试剂的相互关系难以确定，难以找到适合的配比，增加铅回收难度。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有技术中存在的化学药剂消耗量较高，产生较多化学废品导致增加环境污染，同时，多种化学试剂的相互关系难以确定，从而难以找到适合的配比增加铅回收难度的不足之处，而提供一种抑制铅阳极副反应的方法、铅膏固相电解方法及电解液。
6.为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：
7.一种抑制铅阳极副反应的方法，其特殊之处在于：在铅膏固相电解液中加入芦荟素；所述电解液为硫酸和硫酸铵的混合溶液或硫酸和硫酸钠的混合溶液或碳酸钠溶液。
8.进一步地，所述电解液中芦荟素的含量为0.5-5g/l。
9.进一步地，所述硫酸和硫酸铵的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸铵的浓度为1-2mol/l。
10.进一步地，所述硫酸和硫酸钠的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸钠的浓度为1-2mol/l。
11.进一步地，所述电解液中碳酸钠的浓度为1-2mol/l。
12.同时，还提供一种铅膏固相电解方法，使用上述抑制铅阳极副反应的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
13.s1.将铅膏涂于阴极框内，作为固相电解的阴极，配置纯铅阳极板作为阳极；
14.s2.配置电解液并将其加入电解槽内，并在电解槽中加入芦荟素；所述电解液为硫酸和硫酸铵的混合溶液或硫酸和硫酸钠的混合溶液或碳酸钠溶液；
15.s3.将步骤s1所述阴极和阳极置于步骤s2所述电解槽中，连接电解线路，接通电源，给阴、阳极加直流电；
16.s4.进行电解反应，使铅膏还原得到电解铅。
17.进一步地，步骤s1中，所述阳极共有2片；
18.步骤s3中，2片阳极的间距为100mm；
19.步骤s4中，采用恒流模式进行电解反应，所述电解反应中电流密度为73.5-134a/m2，电解时间为40-72小时。
20.同时，本发明还提供一种用于抑制铅阳极副反应的电解液，其特殊之处在于：包括硫酸、硫酸铵和芦荟素的混合溶液，或硫酸、硫酸钠和芦荟素的混合溶液，或碳酸钠和芦荟素的混合溶液。
21.进一步地，所述硫酸、硫酸铵和芦荟素的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸铵的浓度为1-2mol/l，芦荟素的浓度为0.5-5g/l；
22.所述硫酸、硫酸钠和芦荟素的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸钠的浓度为1-2mol/l，芦荟素的浓度为0.5-5g/l；
23.所述碳酸钠和芦荟素的混合溶液中碳酸钠的浓度为1-2mol/l，芦荟素的浓度为0.5-5g/l。
24.芦荟素用于与铅离子在阳极表面进行反应，形成络合物附着在阳极表面，抑制铅离子在阳极发生副反应，当芦荟素浓度较低时，阳极副反应大，电流效率低，而芦荟素浓度较高时，电解液粘度增加，电流效率低。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.1.本发明通过在铅膏固相电解铅的电解液中添加芦荟素，使得铅阳极的副反应基本得到抑制，铅阳极的副反应产物pbo2产量基本为0，固相电解铅的电流效率可以达到86％以上；同时通过使用特定浓度的芦荟素，对阳极副反应具有较好的抑制效果。
27.2.本发明中的芦荟素属于植物类产品，对环境没有污染，减少了电解液中的化学组分及用量。
具体实施方式
28.以下结合具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
29.本发明的铅膏固相电解铅中抑制铅阳极副反应的方法，具体应用在铅膏固相电解铅的过程中，通过将芦荟素加入电解液中，对阳极副反应进行抑制，提高电解铅中的电流效率，减少副反应产物且提高铅的回收率。
30.下述铅膏固相电解铅的试验获得相关数据对芦荟素抑制阳极副反应的效果进行证明。
31.试验一
32.s1.将1556g铅膏(铅膏含水率为10％)涂于1片不锈钢阴极框内，阴极框尺寸为宽度*高度*厚度为200*200*10mm(带横梁)，阴极有效面积0.07m2。以上述涂板的阴极框为固相电解的阴极。配置2片纯铅阳极板，阳极板的宽度*高度*厚度尺寸为200*200*3mm(带横梁)，两片阳极板重量共2916.8g。
33.铅膏铅物相组成为：
34.pb
总
pbso4pbopbo2pb
金属
77.35％31.58％10.32％21.77％13.68％
35.s2.按硫酸浓度14g/l，硫酸铵浓度1mol/l配置6l电解液置于电解槽内；
36.s3.在电解槽中加入芦荟素6g，芦荟素浓度1g/l。
37.s4.将上述1片阴极和2片阳极置于上述电解槽中，保持电解阳极同极间距100mm；连接电解线路，接通电源，给阴、阳极加直流电。
38.s5.采用恒流模式，控制电流密度105a/m2，电解时间48小时，使涂板铅膏还原成电解铅。称取电解铅重量1322.08g，含水率为16.36％。称取两片阳极重量共2917.3g。分析得到电解铅的物相成分如下表所示：
39.pb
总
pbso4pbopbo2pb
金属
96.25％0.35％2.13％093.77％
40.s6.计算试验技术指标
41.电流效率＝309.894/352.8＝87.84％；
42.阳极增重率＝(2917.3-2916.8)/2916.8＝0.017％。
43.试验二
44.s1.将1487g铅膏(铅膏含水率为9％)涂于1片不锈钢阴极框内，阴极框尺寸为宽度*高度*厚度为200*200*10mm(带横梁)，阴极有效面积0.07m2。以上述涂板的阴极框为固相电解的阴极。配置2片纯铅阳极板，阳极板的宽度*高度*厚度尺寸为200*200*3mm(带横梁)，两片阳极板重量共2917.2g。
45.铅膏铅物相组成为：
46.pb
总
pbso4pbopbo2pb
金属
76.71％29.29％11.42％25.33％10.67％
47.s2.按硫酸浓度3g/l，硫酸钠浓度1.8mol/l配置6l电解液置于电解槽内；
48.s3.在电解槽中加入芦荟素12g，芦荟素浓度2g/l。
49.s4.将上述1片阴极和2片阳极置于上述电解槽中，保持电解阳极同极距100mm；连接电解线路，接通电源，给阴、阳极加直流电。
50.s5.采用恒流模式，控制电流密度73.5a/m2，电解时间72小时，使涂板铅膏还原成电解铅。称取电解铅重量1257.41g，含水率为14.59％。称取两片阳极重量2917.4g。分析得到电解铅的物相成分如下表所示：
51.pb
总
pbso4pbopbo2pb
金属
95.71％0.52％1.64％093.55％
52.s6.计算试验技术指标
53.电流效率＝320.225/370.44＝86.45％；
54.阳极增重率＝(2917.4-2917.2)/2917.2＝0.007％。
55.试验三
56.s1.将1507g铅膏(铅膏含水率为8％)涂于1片不锈钢阴极框内，阴极框尺寸为宽度*高度*厚度为200*200*10mm(带横梁)，阴极有效面积0.07m2。以上述涂板的阴极框为固相电解的阴极。配置2片纯铅阳极板，阳极板的宽度*高度*厚度尺寸为200*200*3mm(带横梁)，两片阳极板重量共2917.5g。
57.铅膏铅物相组成为：
58.pb
总
pbso4pbopbo2pb
金属
74.82％35.73％11.94％19.61％7.54％
59.s2.按碳酸钠浓度1.5mol/l配置6l电解液置于电解槽内；
60.s3.在电解槽中加入芦荟素18g，芦荟素浓度3g/l。
61.s4.将上述1片阴极和2片阳极置于上述电解槽中，保持电解阳极同极距100mm；连接电解线路，接通电源，给阴、阳极加直流电。
62.5、采用恒流模式，控制电流密度134a/m2，电解时间40小时，使涂板铅膏还原成电解铅。称取电解铅重量1276.33g，含水率为17.45％。称取两片阳极重量共2917.9g。分析得到电解铅的物相成分如下表所示：
63.pb
总
pbso4pbopbo2pb
金属
95.85％0.42％1.87％093.56％
64.s6.计算试验技术指标
65.电流效率＝324.258/375.2＝86.42％；
66.阳极增重率＝(2917.9-2917.5)/2917.5＝0.014％。
67.根据上述三个试验结果计算得到对应的技术指标，可以得到使用芦荟素后，阳极副反应得到了抑制，三个试验中的阳极增重率分别为0.017％、0.007％、0.014％，增重率非常小，符合预期效果，对阳极副反应有较好抑制的作用，在铅膏固相电解铅时，铅离子含量约5-200mg/l，电解过程中芦荟素与铅离子在阳极表面首先进行反应，形成络合物，络合物附着在阳极表面，从而抑制了铅离子在阳极发生副反应。
68.其中，铅膏固相电解的电解液为硫酸和硫酸铵的混合溶液或硫酸和硫酸钠的混合溶液或碳酸钠溶液，硫酸和硫酸铵的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸铵的浓度为1-2mol/l，硫酸和硫酸钠的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸钠的浓度为1-2mol/l，碳酸钠溶液中碳酸钠的浓度为1-2mol/l。用于抑制铅阳极副反应的电解液则在上述铅膏固相电解的电解液中加入了芦荟素，芦荟素的浓度优选0.5-5g/l，芦荟素在该浓度范围内时，反应速度较快，对阳极副反应的抑制效果较好；当芦荟素浓度较低时，阳极副反应大，电流效率低，而芦荟素浓度较高时，电解液粘度增加，电流效率低。

技术特征：
1.一种抑制铅阳极副反应的方法，其特征在于：在铅膏固相电解液中加入芦荟素；所述电解液为硫酸和硫酸铵的混合溶液或硫酸和硫酸钠的混合溶液或碳酸钠溶液。2.根据权利要求1所述的抑制铅阳极副反应的方法，其特征在于：所述电解液中芦荟素的含量为0.5-5g/l。3.根据权利要求1或2所述的抑制铅阳极副反应的方法，其特征在于：所述硫酸和硫酸铵的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸铵的浓度为1-2mol/l。4.根据权利要求1或2所述的抑制铅阳极副反应的方法，其特征在于：所述硫酸和硫酸钠的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸钠的浓度为1-2mol/l。5.根据权利要求1或2所述的抑制铅阳极副反应的方法，其特征在于：所述电解液中碳酸钠的浓度为1-2mol/l。6.一种铅膏固相电解方法，使用权利要求1-5任一所述抑制铅阳极副反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.将铅膏涂于阴极框内，作为固相电解的阴极，配置纯铅阳极板作为阳极；s2.配置电解液并将其加入电解槽内，并在电解槽中加入芦荟素；所述电解液为硫酸和硫酸铵的混合溶液或硫酸和硫酸钠的混合溶液或碳酸钠溶液；s3.将步骤s1所述阴极和阳极置于步骤s2所述电解槽中，连接电解线路，接通电源，给阴、阳极加直流电；s4.进行电解反应，使铅膏还原得到电解铅。7.根据权利要求6所述的铅膏固相电解方法，其特征在于：步骤s1中，所述阳极共有2片；步骤s3中，2片阳极的间距为100mm；步骤s4中，采用恒流模式进行电解反应，所述电解反应中电流密度为73.5-134a/m2，电解时间为40-72小时。8.一种用于抑制铅阳极副反应的电解液，其特征在于：包括硫酸、硫酸铵和芦荟素的混合溶液，或硫酸、硫酸钠和芦荟素的混合溶液，或碳酸钠和芦荟素的混合溶液。9.根据权利要求8所述的用于抑制铅阳极副反应的电解液，其特征在于：所述硫酸、硫酸铵和芦荟素的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸铵的浓度为1-2mol/l，芦荟素的浓度为0.5-5g/l；所述硫酸、硫酸钠和芦荟素的混合溶液中硫酸的浓度为0.5-15g/l，硫酸钠的浓度为1-2mol/l，芦荟素的浓度为0.5-5g/l；所述碳酸钠和芦荟素的混合溶液中碳酸钠的浓度为1-2mol/l，芦荟素的浓度为0.5-5g/l。

技术总结
本发明涉及废铅酸蓄电池回收，具体涉及抑制铅阳极副反应的方法、铅膏固相电解方法及电解液，为解决现有技术中存在的化学药剂消耗量较高，产生较多化学废品导致增加环境污染，同时，多种化学试剂的相互关系难以确定，从而难以找到适合的配比增加铅回收难度的不足之处。本发明抑制铅阳极副反应的方法在铅膏固相电解的电解液中加入芦荟素，所述电解液为硫酸和硫酸铵的混合溶液或硫酸和硫酸钠的混合溶液或碳酸钠溶液，芦荟素与铅离子在阳极表面首先进行反应形成络合物，附着在阳极表面，使得铅阳极的副反应基本得到抑制，固相电解铅的电流效率可以达到86％以上。效率可以达到86％以上。


技术研发人员：赵坤
受保护的技术使用者：赵坤
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/31