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基本信息

項(xiàng)目名稱：
用廢棄堿性鋅錳電池凈化SO2煙氣并回收有價(jià)金屬的研究
小類：
能源化工
簡介：
本項(xiàng)目擬采用廢堿性鋅錳電池凈化煙氣中的SO2并回收有價(jià)金屬，屬于節(jié)能減排和資源循環(huán)利用技術(shù)研究。通過將含SO2的煙氣通入凈化液中并不間斷地加入廢棄堿性鋅錳電池電極粉末，達(dá)到凈化煙氣中SO2的效果，凈化過程結(jié)束后，采用濕法冶金技術(shù)從廢液中回收有價(jià)金屬，實(shí)現(xiàn)廢棄電池資源化利用。
詳細(xì)介紹：
工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含SO2煙氣的排放是造成大氣環(huán)境污染的重要原因之一。大氣中的SO2危害極大，對(duì)人體的健康也有很大影響，能引起呼吸道疾病，嚴(yán)重的還會(huì)引起肺氣腫等；對(duì)農(nóng)作物的正常生長有影響，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)；對(duì)金屬尤其是鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕，從而威脅工業(yè)設(shè)施、生活設(shè)施和交通設(shè)施的安全；SO2與空氣中的水蒸氣形成“酸霧”和在雨天時(shí)形成“酸雨”對(duì)湖泊、地下水、建筑物、森林、古文物以及人的衣物構(gòu)成腐蝕，長期的酸雨作用還將對(duì)土壤和水質(zhì)產(chǎn)生不可估量的損失。大氣中的SO2主要來源于含硫原料和燃料的燃燒過程，例如，火力發(fā)電、鋼鐵和有色金屬的冶煉、硫酸和水泥的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含SO2煙氣的排放。我國對(duì)SO2引起的環(huán)境污染極為重視，已提出節(jié)能減排的明確目標(biāo)。 為消除或減少含SO2煙氣排放對(duì)大氣環(huán)境的污染，目前已研究并應(yīng)用了多項(xiàng)技術(shù)措施。(1)原料、燃料的脫硫技術(shù)，即通過選礦和洗煤等處理，降低原料、燃料含硫量的方法。這種方法能減少SO2的生成量，是防止SO2污染大氣的基本方法之一。(2)排煙脫硫，即從燃料燃燒或工業(yè)生產(chǎn)中排放的煙氣中去除SO2的方法，現(xiàn)已開發(fā)出80多種方法。其中對(duì)高濃度SO2和低濃度SO2煙氣的治理方法是不同的。高濃度SO2煙氣是指SO2濃度在3.5％以上的煙氣，能滿足用接觸法生產(chǎn)硫酸的工藝技術(shù)要求，因此高濃度SO2煙氣多用接觸法生產(chǎn)硫酸。低濃度SO2煙氣是指SO2濃度在3.5％以下的煙氣，國內(nèi)外已開發(fā)的治理方法有氨法、鈣法、鈉法、檸檬吸收法、鋁法、氧化法、吸附法、催化法及電子束法等。但由于受到技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性及行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)等限制，當(dāng)前比較成熟且廣泛運(yùn)用的方法主要有氨法、鈣法和鈉法。氨法是煙氣脫硫方法中較傳統(tǒng)的工藝，該法采用液氨或氨水作為吸收劑，吸收效率高、脫硫徹底，但氨易揮發(fā)，吸收劑的消耗量大，另外氨的來源受地域的限制較大。鈣法是采用石灰水或石灰乳洗滌含SO2的煙氣，該方法技術(shù)成熟，生產(chǎn)成本低，但吸收速率慢、吸收能力小，生成的CaSO3和CaSO4容易堵塞管道和設(shè)備，此外該法產(chǎn)生大量的廢渣，這些廢渣給環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。鈉法是使用碳酸鈉或氫氧化鈉等堿性物質(zhì)吸收含SO2的煙氣，吸收能力大、吸收速率快、脫硫效率高，但最大的問題是原料鈉堿較貴，脫硫生產(chǎn)成本高。上述三種工藝還普遍存在以下幾個(gè)共性的問題:1)脫硫設(shè)備的投資較大；2)脫硫過程中的副產(chǎn)物難以利用；3)環(huán)保運(yùn)行費(fèi)用較高。 堿性鋅錳電池(簡稱堿錳電池)相比普通鋅錳電池具有容量大、性能優(yōu)異、對(duì)環(huán)境友好、資源利用率高的優(yōu)點(diǎn)，其作為普通鋅錳電池的更新?lián)Q代產(chǎn)品已成為全球發(fā)展趨勢(shì)。我國堿錳電池產(chǎn)量1999年達(dá)17億只，2004年達(dá)45億只，2007年已達(dá)75億只。隨著堿性鋅錳電池產(chǎn)量逐年持續(xù)地增長，隨之而來的由于使用壽命終止而需報(bào)廢的數(shù)量巨大的廢堿性鋅錳電池的后續(xù)合理處理成為一個(gè)亟待解決的重要問題。席國喜等在《人工晶體學(xué)報(bào)》Vol.35No.2,2006,373~377中采用硫酸溶解廢堿性鋅錳電池后，經(jīng)共沉淀和煅燒處理制備出錳鋅鐵氧體。專利[200510017322.8]報(bào)道了用硝酸溶解廢堿性鋅錳電池，然后經(jīng)水熱反應(yīng)等工序制備錳鋅鐵氧體磁性材料的方法，該方法的缺點(diǎn)是工序復(fù)雜、耗酸量大、處理過程有廢氣NOx和含酸廢水的產(chǎn)生。專利[200510036193.7]報(bào)道了用堿浸出廢堿性鋅錳電池→分離鋅錳→電解方法回收鋅錳的工藝，該方法存在的缺點(diǎn)是投資大、回收成本高。利用廢堿性鋅錳電池凈化SO2并對(duì)其中的有價(jià)金屬進(jìn)行有效回收的研究尚未見諸報(bào)道。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目擬采用廢堿性鋅錳電池凈化煙氣中的SO2并回收有價(jià)金屬，屬于節(jié)能減排和資源循環(huán)利用技術(shù)研究。通過將含SO2的煙氣通入凈化液中并不間斷地加入廢棄堿性鋅錳電池電極粉末，達(dá)到凈化煙氣中SO2的效果，凈化過程結(jié)束后，采用濕法冶金技術(shù)從廢液中回收有價(jià)金屬，實(shí)現(xiàn)廢棄電池資源化利用。研究內(nèi)容主要包括：凈化液溫度變化對(duì)煙氣中SO2吸收效率及影響機(jī)理的研究；凈化液吸收煙氣中SO2過程中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及分析。

科學(xué)性、先進(jìn)性

為減少或消除含SO2煙氣排放對(duì)大氣環(huán)境的污染，目前已研究并應(yīng)用了多項(xiàng)技術(shù)措施。但由于受到技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性及行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)等限制還普遍存投資大；副產(chǎn)物難以利用;環(huán)保運(yùn)行費(fèi)用較高。 隨著堿性鋅錳電池產(chǎn)量逐年持續(xù)地增長，隨之而來的由于使用壽命終止而需報(bào)廢的數(shù)量巨大的廢堿性鋅錳電池的后續(xù)合理處理成為一個(gè)亟待解決的重要問題。以上述研究思路進(jìn)行的SO2煙氣凈化及廢堿性鋅錳電池中有價(jià)金屬的有效利用，不僅具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有顯著的環(huán)保效應(yīng)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

已獲蘭州理工大學(xué)學(xué)生科技創(chuàng)新基金資助

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

申請(qǐng)國家發(fā)明專利一項(xiàng)

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本申報(bào)項(xiàng)目提供了一種用廢棄堿性鋅錳電池凈化SO2煙氣并回收有價(jià)金屬的方法，其工藝主要包括：對(duì)廢棄堿性鋅錳電池進(jìn)行拆解；用水清洗負(fù)極與隔膜后過濾得到清洗液；以正極粉末與清洗液制成凈化煙氣中SO2的凈化液；將含SO2的煙氣通入凈化液中并不間斷地加入正極粉末；凈化過程結(jié)束后，煅燒經(jīng)過清洗得到的負(fù)極物質(zhì)制得氧化鋅；過濾凈化過SO2煙氣的溶液，濾液在蒸發(fā)結(jié)晶器中制備出硫酸鉀；濾渣經(jīng)水洗后放入馬弗爐中煅燒制得二氧化錳。該工藝中煙氣SO2凈化效率高，速度快，凈化效果好，工藝簡單，易操作，凈化及回收過程無污染，成本低，回收得到的產(chǎn)品附加值高。

同類課題研究水平概述

我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，煤炭在中國能源結(jié)構(gòu)中的比例高達(dá)75%以上，我國排放的二氧化硫90%均來自于燃煤。近年來，我國雖然采取了排污收費(fèi)政策，但每年的SO2排放量仍超過2000萬噸，酸雨污染面積迅速擴(kuò)大，對(duì)我國農(nóng)作物、森林和人體健康等方面造成巨大危害，也成為制約我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，因此，SO2排放的有效控制已勢(shì)在必行。控制SO2污染的途徑主要有3種：燃料脫硫、燃燒過程脫硫和燃燒后即煙氣脫硫。目前已有煙氣脫硫技術(shù)大致有100多種，已工業(yè)化的有10多種，是世界上大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的、最有效控制SO2污染的脫硫方法。我國脫硫技術(shù)研究較多，但大多僅停留在小試、中試階段。20世紀(jì)80年代以來，引進(jìn)一些國外先進(jìn)脫硫技術(shù)裝備。其中濕法脫硫主要是日本技術(shù)，干法脫硫以引進(jìn)歐美技術(shù)為主。近年來國內(nèi)開發(fā)的改進(jìn)型新氨法煙氣脫硫技術(shù)、脈沖電暈放電煙氣脫硫技術(shù)、活性焦可資源化煙氣脫硫技術(shù)、超重力技術(shù)煙氣脫硫技術(shù)有較大的發(fā)展前景。 由上述當(dāng)前同類課題研究水平概述可知：對(duì)于利用廢棄堿性鋅錳電池凈化SO2煙氣并回收有價(jià)金屬的方法還鮮見報(bào)道。廢堿性鋅錳電池中含有大量的濃度較高的KOH堿性電解液以及未被完全利用的γ型晶體結(jié)構(gòu)的MnO2，目前報(bào)道的關(guān)于廢堿性鋅錳電池的回收技術(shù)對(duì)廢堿性鋅錳電池中的堿性電解液和γ-MnO2沒有實(shí)現(xiàn)較好的利用。該申報(bào)項(xiàng)目提供了一種先利用廢堿性鋅錳電池中的堿性電解液和γ-MnO2去脫除并轉(zhuǎn)化煙氣中的SO2，然后再回收廢堿性鋅錳電池中錳、鋅和鉀的方法。該方法凈化煙氣中的SO2效率高，速度快，凈化效果好，工藝簡單，成本低；回收得到二氧化錳、氧化鋅和硫酸鉀均可以作為產(chǎn)品出售。該項(xiàng)目屬于一種利用廢電池凈化煙氣中的SO2并回收金屬的方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。具有經(jīng)濟(jì)與環(huán)保雙重效應(yīng)，值得深入研究。
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