中国再生铅国产化技术与装备应用新进展

杨 乔，张正洁（.中国环境科学学会，北京 00082；2. 沈阳环境科学研究院，辽宁 沈阳 006）

中国再生铅国产化技术与装备应用新进展

杨 乔1，张正洁2*
（1.中国环境科学学会，北京 100082；2. 沈阳环境科学研究院，辽宁 沈阳 110016）

摘要：本文介绍了近年来中国再生铅行业在技术与装备国产化方面所取得的长足发展，尤其废铅蓄电池破碎分选技术、预脱硫技术、铅膏熔炼技术、废酸综合利用技术等成功实现了工程化应用，彻底改变了再生铅技术装备落后的局面。

关键词：再生铅；国产化；破碎分选；全氧侧吹炉；预脱硫；废酸；铅膏

资助项目：环保部公益项目（2011467061）

*通讯联系人

0　前言

国家近几年非常重视铅污染的防治工作，相继出台了多项政策措施，2009 年，环保部会同发改委等八部门制定的《重金属污染综合整治实施方案》，并在此背景下编制完成了《重金属污染防治综合规划（2011-1015）》已于 2011 年 2 月获得国务院批复并进入了实施阶段，将铅、汞、镉、砷和铬等重金属作为防控重点，统筹规划重金属污染治理[1]。环保部颁布的《清洁生产标准 废铅酸蓄电池铅回收业》（HJ510-2009）对铅酸蓄电池再生行业进行了规范和引导[2]。《电池行业清洁生产实施方案》（工信部，2011 年 12 月）明确规定：需要加大力度研发机械破碎、分选、铅膏脱硫、铅再生等环节拥有自主知识产权的核心技术工艺与装备，开发废水、废气和废渣污染综合防治与利用技术装备，实现废铅蓄电池规模化无害化再生利用。另外《国家产业结构调整指导目录》（2008 年本、2011 年本）对于再生铅技术明确了鼓励类、限制类和淘汰类，促使再生铅行业有序发展。2012 年8 月工信部会同环保部出台了《再生铅行业准入条件》，该准入条件也明确规定：需采用机械化破碎分选处置废铅蓄电池的工艺、技术和设备等[3]。经国务院同意，2013 年 3 月，工业和信息化部会同环境保护部等部门联合印发了《关于促进铅酸蓄电池和再生铅产业规范发展的意见》(工信部联节〔2013〕92 号)，对铅蓄电池及再生行业进行了规范引导，并实行环保核查及行业准入公示制度[4]。即将实施《铅蓄电池及再生污染防治技术政策》[5]及《再生铅行业污染防治技术指南》[6]进一步明确了再生铅技术发展方向。趁此结构调整、技术升级之际，国内再生铅企业及科研院所加大了研发及成果转化力度，再生铅技术装备实现了历史性跨越，尤其再生铅国产化装备实现了历史性突破，得到了有效地应用[2]。

1　再生铅国产化技术与装备应用情况

中国再生铅技术装备具有中国特色，性价比高，经济实用。其国产化技术及装备进步主要体现在破碎分选装备、预脱硫装备、铅膏熔炼装备、废酸循环利用技术装备等。

1.1破碎分选装备

针对我国电池的种类繁多、电池使用过程不规范，电池劣化程度不均等，国内破碎分选装备大致有两种新技术装备，一种是在意大利破碎分选系统的基础上，研发成功适合国情的破碎分选技术系统，即高效免维护电池破碎系统，另一种是全自动废铅蓄电池两级破碎分选系统。

1.1.1高效免维护电池破碎系统

高效免维护电池破碎系统的工作原理是通过破碎机将蓄电池破碎，破碎后的碎片经振动筛清洗，洗去铅泥，经过清洗后的碎片进入水力分离器，利用物料密度不同因而在水中浮力不同的特点进行分离，分离后的电池碎片从水力分离器的不同出口经螺旋输送机送出系统（图 1）。该系统采用全屏监控，自动控制，自动化程度高，主体设备采用316L 不锈钢材料，耐腐蚀性能好；整套设备内部的酸液形成一个整体内部循环系统，从而达到零排放、无污染。

图1　高效免维护电池破碎系统

该系统的最大特点：① 集成度高、效率高、分选彻底、维护工作量小，彻底解决进口设备破碎时常堵塞致使停机频繁的问题。② 同等处理规模的系统设备投资仅是国外设备售价的 1/4～1/5，而运行成本远低于进口设备运行成本的 1/5。

1.1.2全自动废铅蓄电池两级破碎分选系统

全自动废铅蓄电池两级破碎分选系统如图 2 所示，是由控制系统，加料系统及除铁装置,金属识别报警系统，两级破碎系统，分选系统，闭路水循环系统组成的。该系统设备具有的特点在于：①设备启动及关停采用 PLC 编程控制；② 设备运行过程中如某一单元出现故障，有报警显示并且通过程序控制保证输送单元停止工作；③ 遇到突发事故时，各关键部位有手动急停开关控制；④ 废旧电池里有含铁物料时在输送带上可自动识别并通过除铁器装置清除；⑤ 料仓内物料通过振动给料机均匀有序进入输送装置,最大电池尺寸为电池对角线 800 mm；⑥ 未被除铁器装置清除的电池在金属识别报警系统中会报警并停止，待处理；⑦ 巡视平台及防护栏采用嵌入式链接；⑧ 为了保证各种物料分选效果彻底干净，采用二级分选程序，有七个物料出口，实现重介质塑料、轻质塑料、隔板及杂物的有效分离；⑨ 每道分选程序有独立清洗系统。该系统与进口设备相比，最大的优点在于物料分离效果干净、资源综合利用率高，废水零排放。

图2　全自动废铅酸蓄电池两级破碎分选系统设备连接示意图

1.2 预脱硫技术

因为预脱硫成本占整个再生铅加工生产成本的2/3，所以预脱硫技术的经济性就显得非常重要。国外预脱硫技术主要强调环境性，成本基本不再重点考虑范围之内，而国内预脱硫技术的开发是基于满足环境要求的前提下，强调技术的经济性。国内开发的预脱硫系统中铅膏预脱硫的几个关键因素依次为：表面更新、准确调配物料、反应温度。

1.2.1脱硫强化（表面更新）

几套脱硫系统并联，共用一套反冲洗系统，其中废液池与破碎系统共用。脱硫系统设计为间歇式反应，每批反应时间为 40 min 左右。

1.2.2准确调配物料

准确调配物料包括两个方面，一是铅膏浆液含硫量要相对稳定，二是添加的碱量要精确。为了确保铅膏浆液含硫量相对稳定，控制系统中，编程将铅膏浆液的密度与加碱量连锁；配置铅膏含硫量的快速测定仪器 (硫碳分析仪)，缩短测试时间，提高测试准确度。为保障加碱系统稳定准确运行，采用添加液/固碱的方式，且用二次添加方式以确保精确加碱。

1.2.3压滤系统采用带冲洗功能的新型压滤机

改进压滤系统，压滤末了用工艺水淋洗滤饼，淋洗水不进入滤液，而返回生产系统用作工艺水。

1.2.4其他革新

所有输送泵（包括铅膏泵、碱泵、反应后浆料输送泵）采用自吸式液上泵，并配置适时冲洗系统，防止泵漏液散落地面，冲洗系统可防止泵停转时发生堵塞。

脱硫液再生采用冷却结晶方式，该技术的优势在于简便易行，无结疤问题，成本低，其脱硫液冷却结晶工艺如图 3 所示。

图3　脱硫液冷却结晶工艺

1.3铅膏火法熔炼技术

目前国内铅膏火法熔炼技术，自主研发成功主要有三种技术，第一种是全氧侧吹熔炼技术，已成功应用于 3～4 家再生铅企业；第二种是富氧底吹熔炼技术，已成功应用于原生矿与再生铅膏混和处理；第三种是低温连续熔炼技术，目前已应用于10 万吨再生铅示范工程。

1.3.1全氧侧吹熔炼技术

该全氧侧吹熔炼系统功能（图 4）主要有：

◆ 整体控制系统采用 PLC 控制（炉门开启、关闭，炉体旋转速度、角度）；

◆ 进入炉体物料有称重装置及拌料装置；◆ 温度检测及变化曲线显示系统；◆ 天然气及氧气流量在线显示；◆ 尾气排放流量及温度实时监测，报警联动控制装置；

◆ 密闭放料使铅烟铅尘有组织排放；

◆ 密闭舱中物料可通过机械传动方式平稳转运出来；

◆ 有组织排放铅烟及铅尘通过分支管道进入主管道。

图4　全氧侧吹熔炼系统示意图

国产全氧侧吹熔炼的优点：① 自动上料，可将物料一次或分次加入炉体；② 炉体 360°旋转，有效解决还原过程中的搅拌问题，还原剂与物料混合充分，有效降低熔炼时间；③ 加料与熔炼可同时进行，有效解决传统冶炼炉加料时必须停止供热问题；④ 密闭加料、放料，有效解决冶炼过程中铅尘铅烟环境污染的问题；⑤ 采用集束射流技术，燃气热能利用率提高 20 %，有效降低尾气及二氧化硫的排放量。

1.3.2富氧底吹熔炼技术

该技术是利用熔池熔炼原理，通过浸没底吹氧气的强烈搅动，使硫化物精矿、未脱硫铅膏与熔剂等原料在反应器（熔炼炉）的熔池中充分搅动，迅速熔化、氧化、交互反应和还原，生成粗铅的熔炼技术（图 5）。

用富氧底吹熔炼技术处理铅膏时，处理能力强，生产效率高，自动化水平高、资源利用率高，技术经济指标好。它充分利用了铅熔炼系统自热平衡技术，彻底解决了传统冶炼时需要使用煤或焦的生产工艺，实现了再生铅膏无碳化生产，能耗较传统生产工艺节约 40 %，同时铅收率达 97 %，节能环保效果明显，为再生铅产业发展提供了一个很好的出路。它解决了目前制约再生铅行业发展的两大瓶颈问题： ① 实现了规模化生产； ② 实现了硫的高效环保回收利用，硫回收率高达 98 %，彻底解决了其他再生铅厂硫不能有效回收，造成环境污染的难题。

图5　富氧底吹作业线

1.3.3低温连续熔炼技术

该技术是以天然气为燃料，采用富氧助燃，将铅膏、含铅废料、还原剂、熔剂按一定质量比混合，在富氧和天然气形成的高速气流作用下进行低温连续熔炼的技术。

低温连续熔炼技术物料适应性强，生产过程连续，冶炼温度低，利于传质传热，生产效率高，易实现自动化控制，能耗低，密闭性好，污染物排放量低，渣量少，渣含铅率低，但投资较大，设备维护成本较高。

1.4废酸循环利用技术

废酸循环利用技术以硫酸生产中产生的污酸或废铅蓄电池收集的废酸为吸附剂，通入含有硫化氢的净化气体，通过双接触技术等制酸技术循环吸收烟气中的二氧化硫，再将生成的硫化物进行沉淀、过滤分离，使硫化物从稀硫酸溶液中净化去除，最后提纯生成工业硫酸[7]。该技术具有生产成本低，流程短，循环利用率高，能耗低，环境污染小，自动化水平高的优点，目前已成功应用于某企业 20万吨再生铅项目，运行效果良好。

2　结论与建议

近年来，我国再生铅国产化技术与装备得到了长足发展，尤其破碎分选技术与装备、预脱硫技术与装备、铅膏熔炼技术与装备、废酸综合利用技术等成功实现了工程化应用，彻底改变了再生铅技术与装备落后的局面。再生铅技术的国产化有利于推动再生铅行业的可持续发展，为国家节省了大量外汇，实现成本低、经济好用的目的。

在当前再生铅行业环保核查及行业准入的进一步规范的形势下，建议再生铅企业珍惜行业结构调整、技术升级的大好时机，各有关管理部门配套相关激励政策措施，加大先进国产化技术的推广力度，促使再生铅行业更好更快地发展。

参考文献：

[1] 中国化学与物理电源行业协会. 中国化学与物理电源（电池）行业“十二五”发展规划.

[2] 环境保护部公告(公告 2009年 第61号). http:// www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/200911/ t20091125_182222.htm.

[3] 再生铅行业准入条件. http://www.gov.cn/ gzdt/2012-09/06/content_2218214.htm.

[4] 关于促进铅酸蓄电池和再生铅产业规范发展的意见（工信部联节[2013]92号）. http://www. miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12843926/ n13917012/15317511.html.

[5] 环境保护部办公厅函(环办函[2012]1271号). http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201211/ t20121108_241639.htm.

[6] 环境保护部办公厅函(环办函[2014]461号). http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201405/ t20140501_271218.htm.

[7] 从废污酸中再生回收硫酸的方法: 中国，101759158A[P].

Advances in localization of secondary lead technology and equipment application in China

YANG Qiao1, ZHANG Zheng-Jie2*

(1. Chinese Society for Environmental Sciences, Beijing 100082;
2. Shenyang Academy of Environmental Sciences, Shenyang Liaoning 110016, China)

Abstract:This paper introduces the new progresses in the localized secondary lead technologies and equipments in China, particularly the used lead-acid battery fragmentized separation technology, pre- desulfurization technology, lead paste melting technology, waste acid comprehensive utilization technology and other engineering application are implemented, which completely change the backward situation of secondary lead technologies and equipments in China.

Key words:secondary lead; localization; fragmentized separation; full-oxygen side-blown furnace; pre-desulfurization; waste acid; lead paste

中图分类号：TM 912.1

文献标识码：A

文章编号：1006-0847(2015)06-283-04

收稿日期：2015–04–21