基本信息
- 项目名称：
- 用废弃碱性锌锰电池净化SO2烟气并回收有价金属的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目拟采用废碱性锌锰电池净化烟气中的SO2并回收有价金属，属于节能减排和资源循环利用技术研究。通过将含SO2的烟气通入净化液中并不间断地加入废弃碱性锌锰电池电极粉末，达到净化烟气中SO2的效果，净化过程结束后，采用湿法冶金技术从废液中回收有价金属，实现废弃电池资源化利用。
- 详细介绍：
- 工业生产过程产生的含SO2烟气的排放是造成大气环境污染的重要原因之一。大气中的SO2危害极大，对人体的健康也有很大影响，能引起呼吸道疾病，严重的还会引起肺气肿等；对农作物的正常生长有影响，导致农作物减产；对金属尤其是钢结构产生腐蚀，从而威胁工业设施、生活设施和交通设施的安全；SO2与空气中的水蒸气形成“酸雾”和在雨天时形成“酸雨”对湖泊、地下水、建筑物、森林、古文物以及人的衣物构成腐蚀，长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失。大气中的SO2主要来源于含硫原料和燃料的燃烧过程，例如，火力发电、钢铁和有色金属的冶炼、硫酸和水泥的生产过程中产生的含SO2烟气的排放。我国对SO2引起的环境污染极为重视，已提出节能减排的明确目标。 为消除或减少含SO2烟气排放对大气环境的污染，目前已研究并应用了多项技术措施。(1)原料、燃料的脱硫技术，即通过选矿和洗煤等处理，降低原料、燃料含硫量的方法。这种方法能减少SO2的生成量，是防止SO2污染大气的基本方法之一。(2)排烟脱硫，即从燃料燃烧或工业生产中排放的烟气中去除SO2的方法，现已开发出80多种方法。其中对高浓度SO2和低浓度SO2烟气的治理方法是不同的。高浓度SO2烟气是指SO2浓度在3.5％以上的烟气，能满足用接触法生产硫酸的工艺技术要求，因此高浓度SO2烟气多用接触法生产硫酸。低浓度SO2烟气是指SO2浓度在3.5％以下的烟气，国内外已开发的治理方法有氨法、钙法、钠法、柠檬吸收法、铝法、氧化法、吸附法、催化法及电子束法等。但由于受到技术可靠性、经济合理性及行业生产特点等限制，当前比较成熟且广泛运用的方法主要有氨法、钙法和钠法。氨法是烟气脱硫方法中较传统的工艺，该法采用液氨或氨水作为吸收剂，吸收效率高、脱硫彻底，但氨易挥发，吸收剂的消耗量大，另外氨的来源受地域的限制较大。钙法是采用石灰水或石灰乳洗涤含SO2的烟气，该方法技术成熟，生产成本低，但吸收速率慢、吸收能力小，生成的CaSO3和CaSO4容易堵塞管道和设备，此外该法产生大量的废渣，这些废渣给环境造成严重的二次污染。钠法是使用碳酸钠或氢氧化钠等碱性物质吸收含SO2的烟气，吸收能力大、吸收速率快、脱硫效率高，但最大的问题是原料钠碱较贵，脱硫生产成本高。上述三种工艺还普遍存在以下几个共性的问题:1)脱硫设备的投资较大；2)脱硫过程中的副产物难以利用；3)环保运行费用较高。 碱性锌锰电池(简称碱锰电池)相比普通锌锰电池具有容量大、性能优异、对环境友好、资源利用率高的优点，其作为普通锌锰电池的更新换代产品已成为全球发展趋势。我国碱锰电池产量1999年达17亿只，2004年达45亿只，2007年已达75亿只。随着碱性锌锰电池产量逐年持续地增长，随之而来的由于使用寿命终止而需报废的数量巨大的废碱性锌锰电池的后续合理处理成为一个亟待解决的重要问题。席国喜等在《人工晶体学报》Vol.35No.2,2006,373~377中采用硫酸溶解废碱性锌锰电池后，经共沉淀和煅烧处理制备出锰锌铁氧体。专利[200510017322.8]报道了用硝酸溶解废碱性锌锰电池，然后经水热反应等工序制备锰锌铁氧体磁性材料的方法，该方法的缺点是工序复杂、耗酸量大、处理过程有废气NOx和含酸废水的产生。专利[200510036193.7]报道了用碱浸出废碱性锌锰电池→分离锌锰→电解方法回收锌锰的工艺，该方法存在的缺点是投资大、回收成本高。利用废碱性锌锰电池净化SO2并对其中的有价金属进行有效回收的研究尚未见诸报道。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项目拟采用废碱性锌锰电池净化烟气中的SO2并回收有价金属，属于节能减排和资源循环利用技术研究。通过将含SO2的烟气通入净化液中并不间断地加入废弃碱性锌锰电池电极粉末，达到净化烟气中SO2的效果，净化过程结束后，采用湿法冶金技术从废液中回收有价金属，实现废弃电池资源化利用。研究内容主要包括：净化液温度变化对烟气中SO2吸收效率及影响机理的研究；净化液吸收烟气中SO2过程中的动态监测及分析。
科学性、先进性
- 为减少或消除含SO2烟气排放对大气环境的污染，目前已研究并应用了多项技术措施。但由于受到技术可靠性、经济合理性及行业生产特点等限制还普遍存投资大；副产物难以利用;环保运行费用较高。 随着碱性锌锰电池产量逐年持续地增长，随之而来的由于使用寿命终止而需报废的数量巨大的废碱性锌锰电池的后续合理处理成为一个亟待解决的重要问题。以上述研究思路进行的SO2烟气净化及废碱性锌锰电池中有价金属的有效利用，不仅具有可观的经济效益，而且具有显著的环保效应。
获奖情况及鉴定结果
- 已获兰州理工大学学生科技创新基金资助
作品所处阶段
- 实验阶段
技术转让方式
- 申请国家发明专利一项
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本申报项目提供了一种用废弃碱性锌锰电池净化SO2烟气并回收有价金属的方法，其工艺主要包括：对废弃碱性锌锰电池进行拆解；用水清洗负极与隔膜后过滤得到清洗液；以正极粉末与清洗液制成净化烟气中SO2的净化液；将含SO2的烟气通入净化液中并不间断地加入正极粉末；净化过程结束后，煅烧经过清洗得到的负极物质制得氧化锌；过滤净化过SO2烟气的溶液，滤液在蒸发结晶器中制备出硫酸钾；滤渣经水洗后放入马弗炉中煅烧制得二氧化锰。该工艺中烟气SO2净化效率高，速度快，净化效果好，工艺简单，易操作，净化及回收过程无污染，成本低，回收得到的产品附加值高。
同类课题研究水平概述
- 我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭在中国能源结构中的比例高达75%以上，我国排放的二氧化硫90%均来自于燃煤。近年来，我国虽然采取了排污收费政策，但每年的SO2排放量仍超过2000万吨，酸雨污染面积迅速扩大，对我国农作物、森林和人体健康等方面造成巨大危害，也成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素，因此，SO2排放的有效控制已势在必行。控制SO2污染的途径主要有3种：燃料脱硫、燃烧过程脱硫和燃烧后即烟气脱硫。目前已有烟气脱硫技术大致有100多种，已工业化的有10多种，是世界上大规模商业应用的、最有效控制SO2污染的脱硫方法。我国脱硫技术研究较多，但大多仅停留在小试、中试阶段。20世纪80年代以来，引进一些国外先进脱硫技术装备。其中湿法脱硫主要是日本技术，干法脱硫以引进欧美技术为主。近年来国内开发的改进型新氨法烟气脱硫技术、脉冲电晕放电烟气脱硫技术、活性焦可资源化烟气脱硫技术、超重力技术烟气脱硫技术有较大的发展前景。 由上述当前同类课题研究水平概述可知：对于利用废弃碱性锌锰电池净化SO2烟气并回收有价金属的方法还鲜见报道。废碱性锌锰电池中含有大量的浓度较高的KOH碱性电解液以及未被完全利用的γ型晶体结构的MnO2，目前报道的关于废碱性锌锰电池的回收技术对废碱性锌锰电池中的碱性电解液和γ-MnO2没有实现较好的利用。该申报项目提供了一种先利用废碱性锌锰电池中的碱性电解液和γ-MnO2去脱除并转化烟气中的SO2，然后再回收废碱性锌锰电池中锰、锌和钾的方法。该方法净化烟气中的SO2效率高，速度快，净化效果好，工艺简单，成本低；回收得到二氧化锰、氧化锌和硫酸钾均可以作为产品出售。该项目属于一种利用废电池净化烟气中的SO2并回收金属的方法，属于环保技术领域。具有经济与环保双重效应，值得深入研究。
