基于LCA的废铅酸蓄电池湿法和火法回收工艺环境影响比较研究

摘要

在金属铅的主要应用领域中,铅酸蓄电池作为最主要的金属铅消耗产品,每年世界范围内超过70％的金属铅应用于铅酸蓄电池行业。仅仅在中国,2010年精炼铅的消耗达到421万吨,其中80%最终都用于生产铅酸蓄电池。
　　从废旧铅中重新提取精炼铅的工艺使得铅酸蓄电池使用拥有了很长的历史。铅的再造业在十多年前就已经达到90%,并且铅酸蓄电池是现有的原材料回收率最高的商业产品。废旧铅酸蓄电池主要成份为48-50%废铅膏,其包括PbSO4(~60%),PbO2(~28%)和PbO(~9%)。还原硫酸铅需要高温的作用,所以废铅膏回收一般都是通过高温分解工艺。总的来说,虽然这样的技术被质疑,但依然占据了全世界已有技术90%以上的份额。使用这种方式废铅膏一般被置于熔炉中,在超过1000℃条件下被熔化。由于使用焦炭或者煤作为燃料,大量的CO2,铅的颗粒和SO2同时被产生和释放。
　　考虑到市场容量,产品毒性以及对传统恢复工艺的影响,确保这种提取和恢复工艺的生态效益就十分必要。对于这样的挑战,一种新的不同尺度下基于湿法冶金的方案被提出,该方法将实现更加清洁和有效的铅再生。实验室规模基于湿法冶金提取超高纯度铅氧化物的实验被提出并正在不断改进。这种新的方法可以显著降低污染并且拥有更高的恢复(再生)率和更低能量强度要求。
　　作为这种新方法研究的一部分,本研究着重比较了火法冶金和湿法冶金的生态效益,通过生命周期评价方法(LifeCycleAssessment,简称LCA)研究这种新技术的潜在生态效益。这必须全面考虑所有该过程中的能源及物质损耗,排放以及固废的排放。通过全面边界构建,两种方法的一些有代表性的功能单元,所有详尽汇集数据以及历史环境影响都被给出和分析。本研究分析了两种再生铅生产工艺过程中主要的环境影响因子。火法过程中能量消耗(以煤炭燃烧的形式)为主要的影响因子。

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1 Introduction

1.1 Context and Background

1.2 Importance of the Research

1.3 Hypothesis

1.4 Objectives

1.5 Research Structure

2 Framework of Reference

2.1 The concept of sustainability in Manufacturing Engineering

2.2 Industrial Ecology for Sustainable Manufacturing

2.3 Tools and Methods in Industrial Ecology

2.4 Brief description of Lead-Acid Batteries

2.5 Secondary Lead Production–Recycling of Lead Acid Batteries

3 Methodology

3.1 Methodology followed for the specific Case Study

4 Results and Discussion

4.1 Material and energy flow in the hydrometallurgical alternative

4.2 Material and energy flow in the pyrometallurgical alternative

4.3 Life cycle impact assessment

5 Conclusions and Recommendations

致谢

参考文献

Appendix:Publications and achievements during the study of the Master’s Degree