【技術(shù)背景】
據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署報道，全球每年產(chǎn)生約5000萬噸的電子廢棄物，超過70%的電子廢棄物產(chǎn)生于中國，電子廢棄物的有效處理及處置已成為全球關(guān)注的熱點。作為典型的電子廢棄物，截止2018年，鉛酸蓄電池仍占全部二次電池的55%，擁有最大市場份額。
目前，國內(nèi)外廣泛采用火法冶煉的廢鉛膏回收再生工藝，溫度高達(dá)1000 oC以上，產(chǎn)生大量揮發(fā)性鉛塵和SOx，傳統(tǒng)火法再生鉛引發(fā)的“血鉛”等環(huán)境污染風(fēng)險受到廣泛關(guān)注。考慮到電子廢棄物具有資源性和污染性的雙重特性，如何實現(xiàn)電子廢棄物的清潔回收是本領(lǐng)域的難點。
【痛點問題】
1、廢鉛酸蓄電池鉛膏組分復(fù)雜，如何實現(xiàn)微量雜質(zhì)元素（尤其是Fe和Ba元素）與目標(biāo)Pb元素在回收過程中高效分離是濕法回收的技術(shù)挑戰(zhàn)；
2、傳統(tǒng)鉛酸蓄電池存在著活性物質(zhì)利用率低、能量密度低、循環(huán)壽命短等亟待解決的瓶頸問題。
【解決方案】
本技術(shù)研發(fā)了廢鉛酸蓄電池鉛膏有機酸短流程回收方法及檸檬酸鉛兩段法焙燒制備新型鉛粉方法，進(jìn)而制備出高性能的鉛炭電池，實現(xiàn)含鉛組分的高效清潔回收。鉛炭電池由于具有電容效應(yīng)，有望解決傳統(tǒng)鉛酸蓄電池比能量密度低的不足。
【技術(shù)優(yōu)勢】
（1）廢鉛酸蓄電池鉛膏有機酸短流程回收方法，揭示了絡(luò)合反應(yīng)驅(qū)動的雜質(zhì)去除機制。
通過調(diào)控有機酸廢鉛膏浸出體系中形成鉛-有機酸配合物晶體，可以實現(xiàn)高效液/固分離，并發(fā)明低溫裂解直接制備用于高性能鉛炭電池的超細(xì)含碳鉛粉的短流程方法。可實現(xiàn)Pb與雜質(zhì)元素在固/液兩相的有效分離以及高效除雜（>99.5%），其中關(guān)鍵元素Fe、Ba去除率>99.5%。
圖1 廢鉛膏濕法回收除雜
（2）檸檬酸鉛兩段法焙燒制備新型鉛粉的方法，闡明了氧分壓調(diào)控PbO@C復(fù)合含碳鉛粉的生成機制。
不同氧分壓下低溫焙燒制備鉛粉中碳?xì)埩艏稗D(zhuǎn)化是影響鉛粉物相組成的關(guān)鍵因素，本技術(shù)提出檸檬酸鉛兩段法焙燒大規(guī)模制備新型超細(xì)鉛粉方法，構(gòu)建了短流程新工藝合成PbO@C復(fù)合含碳鉛粉制備高能量密度的鉛炭電池的新途徑，揭示了三維碳結(jié)構(gòu)的親水性和電解液毛細(xì)滲透作用對電解液擴散的提升作用以及對不可逆硫酸鹽化的抑制作用。
圖2 高性能鉛炭電池制備
設(shè)計建造了首條廢鉛膏有機酸濕法回收的噸級中試線，實現(xiàn)了由廢鉛酸蓄電池鉛膏到高性能鉛炭電池的高值化利用。
圖3 廢鉛膏有機酸短流程濕法回收的噸級中試線
【技術(shù)指標(biāo)】
【應(yīng)用場景】
含碳鉛粉的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的環(huán)境危害遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)火法鉛粉生產(chǎn)，且鉛粉產(chǎn)品由于留有一定量的碳骨架，可以作為負(fù)極活性物質(zhì)直接用于鉛炭電池生產(chǎn)。本工藝減少上游階段產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，降低環(huán)境治理成本，同時滿足下游產(chǎn)品對鉛粉原材料的需求。在清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)上保證了鉛炭電池等能源儲備設(shè)備的生產(chǎn)需要，對現(xiàn)有鉛回收再制造產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)了補充和優(yōu)化，保證了鉛基能源設(shè)備供應(yīng)鏈穩(wěn)中有進(jìn)。
【市場前景】
截至2020年，全國鉛產(chǎn)量644.3萬噸，鉛酸蓄電池產(chǎn)量22735.6萬千伏安時，未來五年將基本維持1-2%的年增長速度，預(yù)計2023年全國鉛酸蓄電池產(chǎn)量達(dá)到23424.5萬千伏時；2023年全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模預(yù)計為454億美元，中國約占全球產(chǎn)量的45%，約合人民幣1328億元。傳統(tǒng)火法再生鉛的生產(chǎn)過程產(chǎn)生二氧化硫及鉛塵等環(huán)境污染物，環(huán)境治理成本較高，濕法回收可以極大的減少回收過程的環(huán)境危害；高性能鉛炭電池充放電倍率高、循環(huán)壽命長、使用安全穩(wěn)定，替代傳統(tǒng)的鉛酸電池具有巨大市場前景。
【知識產(chǎn)權(quán)】
本技術(shù)申請多項中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、作價入股、面談
【專家介紹】
楊家寬，華中科技大學(xué)二級教授，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院博士生導(dǎo)師；國務(wù)院政府津貼專家、寶鋼優(yōu)秀教師獎，擔(dān)任教育部環(huán)境類教學(xué)指導(dǎo)委員會委員、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會理事、固廢處理處置與資源化技術(shù)湖北省工程實驗室主任、湖北省環(huán)境與建筑教學(xué)實驗示范中心主任、《環(huán)境衛(wèi)生工程》中文期刊以及Environmental Research國際期刊（Impact Factor: 5.026，Elsevier出版）的編委成員（Editorial Board Members）等學(xué)術(shù)兼職。英國劍橋大學(xué)訪問學(xué)者，牛津大學(xué)環(huán)境與地理系高級訪問學(xué)者。
一直工作在環(huán)境工程領(lǐng)域第一線，主要從事固體廢物處理處置與資源化技術(shù)研究，包括：城鎮(zhèn)固廢處理處置與資源化、危險固廢處理處置、電子廢棄物資源化技術(shù)、工業(yè)固廢處理與資源化等方面研究工作。主持或參加的主要研究項目包括：國家十三五重點研發(fā)計劃2項，國家科技支撐計劃重點項目1項；自然科學(xué)基金面上項目和重點項目4項等。近5年發(fā)表SCI論文90余篇（第一作者/通訊作者60余篇），包括環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊Environ. Sci. & Tech.和Water Res.論文10余篇，Adv. Funct. Mater.（IF=13.325 內(nèi)封面文章），高被引論文5篇；SCI他引頻次總計3800余次，h-index 36。授權(quán)發(fā)明專利30余項（美國專利1項），取得的固廢領(lǐng)域成果部分實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，服務(wù)于國家生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)行業(yè)。共獲省部級科技獎勵5項，包括教育部自然科學(xué)一等獎1項（排名第一）、湖北省科技進(jìn)步一等獎1項（排名第一）、湖北省發(fā)明一等獎1項（排名第二）。
【聯(lián)系方式】
