中國再生鉛國產(chǎn)化技術(shù)與裝備應(yīng)用新進展

楊 喬，張正潔（.中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會，北京 00082；2. 沈陽環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 006）

中國再生鉛國產(chǎn)化技術(shù)與裝備應(yīng)用新進展

楊 喬1，張正潔2*
（1.中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會，北京 100082；2. 沈陽環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110016）

摘要：本文介紹了近年來中國再生鉛行業(yè)在技術(shù)與裝備國產(chǎn)化方面所取得的長足發(fā)展，尤其廢鉛蓄電池破碎分選技術(shù)、預(yù)脫硫技術(shù)、鉛膏熔煉技術(shù)、廢酸綜合利用技術(shù)等成功實現(xiàn)了工程化應(yīng)用，徹底改變了再生鉛技術(shù)裝備落后的局面。

關(guān)鍵詞：再生鉛；國產(chǎn)化；破碎分選；全氧側(cè)吹爐；預(yù)脫硫；廢酸；鉛膏

資助項目：環(huán)保部公益項目（2011467061）

*通訊聯(lián)系人

0　前言

國家近幾年非常重視鉛污染的防治工作，相繼出臺了多項政策措施，2009 年，環(huán)保部會同發(fā)改委等八部門制定的《重金屬污染綜合整治實施方案》，并在此背景下編制完成了《重金屬污染防治綜合規(guī)劃（2011-1015）》已于 2011 年 2 月獲得國務(wù)院批復(fù)并進入了實施階段，將鉛、汞、鎘、砷和鉻等重金屬作為防控重點，統(tǒng)籌規(guī)劃重金屬污染治理[1]。環(huán)保部頒布的《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 廢鉛酸蓄電池鉛回收業(yè)》（HJ510-2009）對鉛酸蓄電池再生行業(yè)進行了規(guī)范和引導(dǎo)[2]?！峨姵匦袠I(yè)清潔生產(chǎn)實施方案》（工信部，2011 年 12 月）明確規(guī)定：需要加大力度研發(fā)機械破碎、分選、鉛膏脫硫、鉛再生等環(huán)節(jié)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)工藝與裝備，開發(fā)廢水、廢氣和廢渣污染綜合防治與利用技術(shù)裝備，實現(xiàn)廢鉛蓄電池規(guī)?；療o害化再生利用。另外《國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》（2008 年本、2011 年本）對于再生鉛技術(shù)明確了鼓勵類、限制類和淘汰類，促使再生鉛行業(yè)有序發(fā)展。2012 年8 月工信部會同環(huán)保部出臺了《再生鉛行業(yè)準(zhǔn)入條件》，該準(zhǔn)入條件也明確規(guī)定：需采用機械化破碎分選處置廢鉛蓄電池的工藝、技術(shù)和設(shè)備等[3]。經(jīng)國務(wù)院同意，2013 年 3 月，工業(yè)和信息化部會同環(huán)境保護部等部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于促進鉛酸蓄電池和再生鉛產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展的意見》(工信部聯(lián)節(jié)〔2013〕92 號)，對鉛蓄電池及再生行業(yè)進行了規(guī)范引導(dǎo)，并實行環(huán)保核查及行業(yè)準(zhǔn)入公示制度[4]。即將實施《鉛蓄電池及再生污染防治技術(shù)政策》[5]及《再生鉛行業(yè)污染防治技術(shù)指南》[6]進一步明確了再生鉛技術(shù)發(fā)展方向。趁此結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)升級之際，國內(nèi)再生鉛企業(yè)及科研院所加大了研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化力度，再生鉛技術(shù)裝備實現(xiàn)了歷史性跨越，尤其再生鉛國產(chǎn)化裝備實現(xiàn)了歷史性突破，得到了有效地應(yīng)用[2]。

1　再生鉛國產(chǎn)化技術(shù)與裝備應(yīng)用情況

中國再生鉛技術(shù)裝備具有中國特色，性價比高，經(jīng)濟實用。其國產(chǎn)化技術(shù)及裝備進步主要體現(xiàn)在破碎分選裝備、預(yù)脫硫裝備、鉛膏熔煉裝備、廢酸循環(huán)利用技術(shù)裝備等。

1.1破碎分選裝備

針對我國電池的種類繁多、電池使用過程不規(guī)范，電池劣化程度不均等，國內(nèi)破碎分選裝備大致有兩種新技術(shù)裝備，一種是在意大利破碎分選系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)成功適合國情的破碎分選技術(shù)系統(tǒng)，即高效免維護電池破碎系統(tǒng)，另一種是全自動廢鉛蓄電池兩級破碎分選系統(tǒng)。

1.1.1高效免維護電池破碎系統(tǒng)

高效免維護電池破碎系統(tǒng)的工作原理是通過破碎機將蓄電池破碎，破碎后的碎片經(jīng)振動篩清洗，洗去鉛泥，經(jīng)過清洗后的碎片進入水力分離器，利用物料密度不同因而在水中浮力不同的特點進行分離，分離后的電池碎片從水力分離器的不同出口經(jīng)螺旋輸送機送出系統(tǒng)（圖 1）。該系統(tǒng)采用全屏監(jiān)控，自動控制，自動化程度高，主體設(shè)備采用316L 不銹鋼材料，耐腐蝕性能好；整套設(shè)備內(nèi)部的酸液形成一個整體內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)，從而達到零排放、無污染。

圖1　高效免維護電池破碎系統(tǒng)

該系統(tǒng)的最大特點：① 集成度高、效率高、分選徹底、維護工作量小，徹底解決進口設(shè)備破碎時常堵塞致使停機頻繁的問題。② 同等處理規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)備投資僅是國外設(shè)備售價的 1/4～1/5，而運行成本遠低于進口設(shè)備運行成本的 1/5。

1.1.2全自動廢鉛蓄電池兩級破碎分選系統(tǒng)

全自動廢鉛蓄電池兩級破碎分選系統(tǒng)如圖 2 所示，是由控制系統(tǒng)，加料系統(tǒng)及除鐵裝置,金屬識別報警系統(tǒng)，兩級破碎系統(tǒng)，分選系統(tǒng)，閉路水循環(huán)系統(tǒng)組成的。該系統(tǒng)設(shè)備具有的特點在于：①設(shè)備啟動及關(guān)停采用 PLC 編程控制；② 設(shè)備運行過程中如某一單元出現(xiàn)故障，有報警顯示并且通過程序控制保證輸送單元停止工作；③ 遇到突發(fā)事故時，各關(guān)鍵部位有手動急停開關(guān)控制；④ 廢舊電池里有含鐵物料時在輸送帶上可自動識別并通過除鐵器裝置清除；⑤ 料倉內(nèi)物料通過振動給料機均勻有序進入輸送裝置,最大電池尺寸為電池對角線 800 mm；⑥ 未被除鐵器裝置清除的電池在金屬識別報警系統(tǒng)中會報警并停止，待處理；⑦ 巡視平臺及防護欄采用嵌入式鏈接；⑧ 為了保證各種物料分選效果徹底干凈，采用二級分選程序，有七個物料出口，實現(xiàn)重介質(zhì)塑料、輕質(zhì)塑料、隔板及雜物的有效分離；⑨ 每道分選程序有獨立清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)與進口設(shè)備相比，最大的優(yōu)點在于物料分離效果干凈、資源綜合利用率高，廢水零排放。

圖2　全自動廢鉛酸蓄電池兩級破碎分選系統(tǒng)設(shè)備連接示意圖

1.2 預(yù)脫硫技術(shù)

因為預(yù)脫硫成本占整個再生鉛加工生產(chǎn)成本的2/3，所以預(yù)脫硫技術(shù)的經(jīng)濟性就顯得非常重要。國外預(yù)脫硫技術(shù)主要強調(diào)環(huán)境性，成本基本不再重點考慮范圍之內(nèi)，而國內(nèi)預(yù)脫硫技術(shù)的開發(fā)是基于滿足環(huán)境要求的前提下，強調(diào)技術(shù)的經(jīng)濟性。國內(nèi)開發(fā)的預(yù)脫硫系統(tǒng)中鉛膏預(yù)脫硫的幾個關(guān)鍵因素依次為：表面更新、準(zhǔn)確調(diào)配物料、反應(yīng)溫度。

1.2.1脫硫強化（表面更新）

幾套脫硫系統(tǒng)并聯(lián)，共用一套反沖洗系統(tǒng)，其中廢液池與破碎系統(tǒng)共用。脫硫系統(tǒng)設(shè)計為間歇式反應(yīng)，每批反應(yīng)時間為 40 min 左右。

1.2.2準(zhǔn)確調(diào)配物料

準(zhǔn)確調(diào)配物料包括兩個方面，一是鉛膏漿液含硫量要相對穩(wěn)定，二是添加的堿量要精確。為了確保鉛膏漿液含硫量相對穩(wěn)定，控制系統(tǒng)中，編程將鉛膏漿液的密度與加堿量連鎖；配置鉛膏含硫量的快速測定儀器 (硫碳分析儀)，縮短測試時間，提高測試準(zhǔn)確度。為保障加堿系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)確運行，采用添加液/固堿的方式，且用二次添加方式以確保精確加堿。

1.2.3壓濾系統(tǒng)采用帶沖洗功能的新型壓濾機

改進壓濾系統(tǒng)，壓濾末了用工藝水淋洗濾餅，淋洗水不進入濾液，而返回生產(chǎn)系統(tǒng)用作工藝水。

1.2.4其他革新

所有輸送泵（包括鉛膏泵、堿泵、反應(yīng)后漿料輸送泵）采用自吸式液上泵，并配置適時沖洗系統(tǒng)，防止泵漏液散落地面，沖洗系統(tǒng)可防止泵停轉(zhuǎn)時發(fā)生堵塞。

脫硫液再生采用冷卻結(jié)晶方式，該技術(shù)的優(yōu)勢在于簡便易行，無結(jié)疤問題，成本低，其脫硫液冷卻結(jié)晶工藝如圖 3 所示。

圖3　脫硫液冷卻結(jié)晶工藝

1.3鉛膏火法熔煉技術(shù)

目前國內(nèi)鉛膏火法熔煉技術(shù)，自主研發(fā)成功主要有三種技術(shù)，第一種是全氧側(cè)吹熔煉技術(shù)，已成功應(yīng)用于 3～4 家再生鉛企業(yè)；第二種是富氧底吹熔煉技術(shù)，已成功應(yīng)用于原生礦與再生鉛膏混和處理；第三種是低溫連續(xù)熔煉技術(shù)，目前已應(yīng)用于10 萬噸再生鉛示范工程。

1.3.1全氧側(cè)吹熔煉技術(shù)

該全氧側(cè)吹熔煉系統(tǒng)功能（圖 4）主要有：

◆ 整體控制系統(tǒng)采用 PLC 控制（爐門開啟、關(guān)閉，爐體旋轉(zhuǎn)速度、角度）；

◆ 進入爐體物料有稱重裝置及拌料裝置；◆ 溫度檢測及變化曲線顯示系統(tǒng)；◆ 天然氣及氧氣流量在線顯示；◆ 尾氣排放流量及溫度實時監(jiān)測，報警聯(lián)動控制裝置；

◆ 密閉放料使鉛煙鉛塵有組織排放；

◆ 密閉艙中物料可通過機械傳動方式平穩(wěn)轉(zhuǎn)運出來；

◆ 有組織排放鉛煙及鉛塵通過分支管道進入主管道。

圖4　全氧側(cè)吹熔煉系統(tǒng)示意圖

國產(chǎn)全氧側(cè)吹熔煉的優(yōu)點：① 自動上料，可將物料一次或分次加入爐體；② 爐體 360°旋轉(zhuǎn)，有效解決還原過程中的攪拌問題，還原劑與物料混合充分，有效降低熔煉時間；③ 加料與熔煉可同時進行，有效解決傳統(tǒng)冶煉爐加料時必須停止供熱問題；④ 密閉加料、放料，有效解決冶煉過程中鉛塵鉛煙環(huán)境污染的問題；⑤ 采用集束射流技術(shù)，燃氣熱能利用率提高 20 %，有效降低尾氣及二氧化硫的排放量。

1.3.2富氧底吹熔煉技術(shù)

該技術(shù)是利用熔池熔煉原理，通過浸沒底吹氧氣的強烈攪動，使硫化物精礦、未脫硫鉛膏與熔劑等原料在反應(yīng)器（熔煉爐）的熔池中充分?jǐn)噭?，迅速熔化、氧化、交互反?yīng)和還原，生成粗鉛的熔煉技術(shù)（圖 5）。

用富氧底吹熔煉技術(shù)處理鉛膏時，處理能力強，生產(chǎn)效率高，自動化水平高、資源利用率高，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)好。它充分利用了鉛熔煉系統(tǒng)自熱平衡技術(shù)，徹底解決了傳統(tǒng)冶煉時需要使用煤或焦的生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了再生鉛膏無碳化生產(chǎn)，能耗較傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝節(jié)約 40 %，同時鉛收率達 97 %，節(jié)能環(huán)保效果明顯，為再生鉛產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了一個很好的出路。它解決了目前制約再生鉛行業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸問題： ① 實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)； ② 實現(xiàn)了硫的高效環(huán)?；厥绽茫蚧厥章矢哌_ 98 %，徹底解決了其他再生鉛廠硫不能有效回收，造成環(huán)境污染的難題。

圖5　富氧底吹作業(yè)線

1.3.3低溫連續(xù)熔煉技術(shù)

該技術(shù)是以天然氣為燃料，采用富氧助燃，將鉛膏、含鉛廢料、還原劑、熔劑按一定質(zhì)量比混合，在富氧和天然氣形成的高速氣流作用下進行低溫連續(xù)熔煉的技術(shù)。

低溫連續(xù)熔煉技術(shù)物料適應(yīng)性強，生產(chǎn)過程連續(xù)，冶煉溫度低，利于傳質(zhì)傳熱，生產(chǎn)效率高，易實現(xiàn)自動化控制，能耗低，密閉性好，污染物排放量低，渣量少，渣含鉛率低，但投資較大，設(shè)備維護成本較高。

1.4廢酸循環(huán)利用技術(shù)

廢酸循環(huán)利用技術(shù)以硫酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的污酸或廢鉛蓄電池收集的廢酸為吸附劑，通入含有硫化氫的凈化氣體，通過雙接觸技術(shù)等制酸技術(shù)循環(huán)吸收煙氣中的二氧化硫，再將生成的硫化物進行沉淀、過濾分離，使硫化物從稀硫酸溶液中凈化去除，最后提純生成工業(yè)硫酸[7]。該技術(shù)具有生產(chǎn)成本低，流程短，循環(huán)利用率高，能耗低，環(huán)境污染小，自動化水平高的優(yōu)點，目前已成功應(yīng)用于某企業(yè) 20萬噸再生鉛項目，運行效果良好。

2　結(jié)論與建議

近年來，我國再生鉛國產(chǎn)化技術(shù)與裝備得到了長足發(fā)展，尤其破碎分選技術(shù)與裝備、預(yù)脫硫技術(shù)與裝備、鉛膏熔煉技術(shù)與裝備、廢酸綜合利用技術(shù)等成功實現(xiàn)了工程化應(yīng)用，徹底改變了再生鉛技術(shù)與裝備落后的局面。再生鉛技術(shù)的國產(chǎn)化有利于推動再生鉛行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為國家節(jié)省了大量外匯，實現(xiàn)成本低、經(jīng)濟好用的目的。

在當(dāng)前再生鉛行業(yè)環(huán)保核查及行業(yè)準(zhǔn)入的進一步規(guī)范的形勢下，建議再生鉛企業(yè)珍惜行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)升級的大好時機，各有關(guān)管理部門配套相關(guān)激勵政策措施，加大先進國產(chǎn)化技術(shù)的推廣力度，促使再生鉛行業(yè)更好更快地發(fā)展。

參考文獻：

[1] 中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會. 中國化學(xué)與物理電源（電池）行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃.

[2] 環(huán)境保護部公告(公告 2009年 第61號). http:// www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/200911/ t20091125_182222.htm.

[3] 再生鉛行業(yè)準(zhǔn)入條件. http://www.gov.cn/ gzdt/2012-09/06/content_2218214.htm.

[4] 關(guān)于促進鉛酸蓄電池和再生鉛產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展的意見（工信部聯(lián)節(jié)[2013]92號）. http://www. miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12843926/ n13917012/15317511.html.

[5] 環(huán)境保護部辦公廳函(環(huán)辦函[2012]1271號). http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201211/ t20121108_241639.htm.

[6] 環(huán)境保護部辦公廳函(環(huán)辦函[2014]461號). http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201405/ t20140501_271218.htm.

[7] 從廢污酸中再生回收硫酸的方法: 中國，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

中圖分類號：TM 912.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0847(2015)06-283-04

收稿日期：2015–04–21