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鉛酸電池的處理殘留物(DR-LAB)主要由富鉛相,例如鉛、氧化鉛(PbO)、PbS;以及富鐵化合物,例如氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵 (II, III)(Fe3O4)、硫化鐵(FeS)和鐵橄欖石(Fe2SiO 4)組成。其中,Fe2SiO 4和PbS分別是主要的富鐵相和富鉛相。DR-LAB中的鐵濃度在20.1% ~ 55.7%之間,如果在金屬提取過程中只提取鉛,會浪費大量鐵資源。
在本研究中,研究人員基于Fe2SiO4與PbS之間的空間位置關系,提出了一種從DR-LAB中高效回收鐵和鉛的機制。
具體地說,研究人員獲得了DR-LAB中Fe2SiO4與PbS之間的空間位置關系,評估了使用氫氧化鈉(NaOH)釋放與Fe2SiO4結合的PbS的可行性,確定了破壞Fe2SiO4的機理和途徑,并評估酸浸回收鐵和鉛的方法,然后使用堿性廢液調節(jié)pH。
觀察結果
研究人員通過實驗發(fā)現,在DR-LAB 中,Fe2SiO 4和PbS之間存在三種位置關系,包括負載(loading)、嵌入(embedding)和包裹(wrapping)。其中,包裹是最強的位置關系。
當NaOH/DR-LABs S/S質量比、去離子水/DR-LAB體積L/S質量比、反應時間和反應溫度分別為10:1、10:1、4 h、140℃時,Fe2SiO4被破壞,PbS可有效暴露在DR-LAB表面。
在相對較低的溫度下進行Fe2SiO4相變、pH調節(jié)和酸浸,鐵和鉛的回收效率較高。通過酸浸,98.9 wt%的鉛從DR-LAB中以氫氧化鉛 (II)/氫氧化鐵 (III)/氫氧化鐵 (II) Pb(OH) 2 /Fe(OH) 3 /Fe(OH) 2形式回收,然后進行pH調節(jié)。
酸浸渣中的FeO和 Fe3O4可作為原料進行磁回收,其相對豐度為66.1%,而在9.5 pH下回收的Fe(OH)2 的相對豐度為57.3%??傮w而言,在回收過程中,可獲得90.3%的鐵作為原料。
理論和實驗研究證實,NaOH誘導表面形成羥基化Fe2SiO4 (010)和取代近表面Na +,從而調節(jié)了Fe2SiO4的配位環(huán)境和局部電子結構,促進了Fe2SiO4向FeO相變。
結論
總而言之,本研究的結果證明了利用所提出的策略從DR-LAB中高效回收鐵和鉛的可行性。這使DR-LAB得到充分利用,并減少了對初級鐵礦和鉛礦的開采需求。該方法的另一主要優(yōu)點是二氧化碳排放和能源消耗少。
然而,由于HNO3的非選擇性和強酸性,在HNO3浸出過程中,會有一部分鐵被浸出并與鉛離子一起沉淀。以往的研究表明,添加過氧化氫可以有效防止鐵浸出。研究人員表示,以后需要進一步研究鐵的選擇性浸出,從而提高磁性鐵回收的效率和鉛豐度。
原標題: 研究人員探討從廢鉛酸電池中回收鐵和鉛