تکنولوژی

در صنعت تولید باتری، سرب به عنوان متریال اصلی می باشد. سرب مصرفی شامل سرب خالص با خلوص حداقل 99.97% ، سرب آلیاژ آنتیموانی(Pb/Sb) و سرب آلیاژ کلسیمی(Pb/Ca)می باشد، که آنالیز عنصری آنها بر اساس دانش فنی تولید کنندگان باتری متفاوت خواهد بود.(جدول 1)

با استفاده از روش Ball Mill یا Barton سرب خالص به اکسید سرب تبدیل شده و طی فرآیندی با اسید سولفوریک ترکیب شده و به خمیر سرب تبدیل خواهد شد.

براساس نوع Additives ، خمیر صفحات مثبت و منفی تولید شده و خمیر تولیدی با ماشین خمیرمالی روی شبکه های سربی تثبیت می شود و پس از طی عملیات کیورینگ، فرماسیون و مونتاژ، باتری قابل استفاده خواهد بود.

شبکه های سربی از آلیاژ آنتیموانی(2) و یا آلیاژ کلسیمی با روش Casting, Expand, Con Castتهیه می شوند.

باتری های سرب اسیدی پس از مصرف، فرسوده شده و به عنوان پسماند صنعتی می باشد و جهت تحقق اصل پنجاه قانون اساسی، رعایت قانون مدیریت پسماند الزامی می باشد و بند 5-ج  مدیریت اجرایی پسماند را تعریف می کند.

با توجه به اهمیت موضوع مدیریت پسماند، ایران به عنوان عضو رسمی به کنوانسیون بازل ملحق شده است و دفتر بررسی آلودگی آب و خاک سازمان حفاظت محیط زیست به عنوان مرجع ذیصلاح، امور مربوط به اجرای مفاد کنوانسیون بازل را عهددار می باشد.

ساختار باتری سرب اسیدی قبل و بعد از اسقاط در چارت ذیل نشان داده شده است.

سابقه استحصال سرب از باتری های فرسوده به دهه 30  برمی گردد و با گذشت زمان تحول چشمگیری در این فرآیند رخ داده است.

(Process for the utilization of battery plate scrap US Patent 2013813)

فرایند بازیافت SLAB با دیدگاه زیست محیطی شامل مراحل ذیل می باشد:

• خردایش و تفکیک اجزای باتری فرسوده و انجام فرآیندهای جانبی
• استحصال سرب از ترکیبات سرب دار
• پالایش و آلیاژسازی سرب

باتری های فرسوده پس از جمع آوری به عنوان خوراک اصلی فرآیند انبارش می شود، جهت جلوگیری از آلودگی آب و خاک، محل انبارش بایستی از بتن ضد اسید با لایه ای محافظ(PE) ساخته شود.

• ظرفیت و توان ماشین آلات واحد خردایش محدودیت برای سایز باتری های ورودی ایجاد می کند.
• با توجه به تنوع باتری های فرسوده باید از ورود باتری های غیر از سرب اسید نظیر Ni/Cd, Li.Ion, Hg جلوگیری شود.

عملیات خردایش با Hammer Mill  انجام می شود و خوراک خرد شده وارد سرند لرزان می شود، که طی آن خمیر و الکترولیت از سایر اجزای جامد(PP, Mix Plastic, Metallic Lead) جدا می شود. خمیر و الکترولیت به تانک زیر سرند وارد شده و در اثر گذشت زمان و اضافه کردن یکسری از مواد فلوکولانت جداسازی خمیر و الکترولیت انجام می شود. اجزای جامد مراحل جداسازی را طی کرده و بر اساس وزن مخصوص در جداسازهای هیدرودینامیکی تفکیک می شوند.

الکترولیت جدا شده از خمیر، محلول آبی(15-20% w/w) اسید سولفوریک به همراه ترکیباتی از فلزات سنگین می باشد که جزو عوامل آلاینده محیط زیست می باشد. لذا در پلنت های نوین فرایند خنثی سازی با استفاده از ترکیبات قلیایی (کربنات سدیم، سود سوزآور، کربنات پتاسیم، کربنات آمونیوم و…) پیش بینی شده است.

با لحاظ نمودن موارد زیست محیطی، اقتصادی، سینتیک واکنش و … انجام فرایند خنثی سازی با کربنات سدیم توصیه می شود.

• استوکیومتری واکنشگرها و سولفات سدیم 1:1:1 می باشد، به عبارت بهتر به ازای 106 Kg کربنات سدیم مصرفی، 142 Kg سولفات سدیم تولید می شود.
• اسید سولفوریک واکنش داده، محلول آبی(15-20% wt) می باشد و محلول سولفات سدیم حاصل شده نیز محلول آبی حدود 20% wtمی باشد.

• در نگاه اول با توجه به قیمت کربنات سدیم مصرفی و سولفات سدیم تولیدی ، فرآیند خنثی سازی اقتصادی نیست، ولی جبران آسیبی که این پسماند آبی به محیط زیست وارد خواهد کرد، مستلزم هزینه گزاف می باشد.
• لازم بذکر است در واحد جداسازی، جهت شستشوی پلاستیک ها نیاز به آب می باشد، که با راه اندازی فرآیند فوق آب مورد نیاز قابل تامین است.

خمیر جدا شده از الکترولیت غنی از ترکیبات سرب، عمدتا شامل PbOx , PbSO₄ می باشد، نسبت این دو تابع مدت زمان فرسودگی می باشد و در محاسبات نسبت 1:1 مد نظر می باشد.

در برخی از پلنت ها خمیر جدا شده به عنوان خوراک اصلی کوره حرارتی  جهت استحصال می باشد.

• خمیر غنی از ترکیبات گوگردی می باشد، گازهای خروجی همراه با انتشار SOx  عامل آلاینده محیط خواهند شد.

در پلنت های نوین فرآیند سولفورزدایی خمیر با استفاده از ترکیبات قلیایی نظیر کربنات ها، سیترات ها، هیدروکسیدها و … انجام می شود و با توجه به فرایند خنثی سازی اسید با کربنات سدیم با راندمان بالا، انجام همزمان عملیات سولفورزدایی و خنثی سازی با کربنات سدیم توصیه می شود.

محصول واکنش های فوق، دوغابی شکل می باشد و جداسازی با فیلتر پرس به محلول آبی سولفات سدیم در فاز مایع و خمیر سولفورزدایی شامل PbOx, PbCO₃ در فاز جامد منتهی می شود.

• در این مر حله نیز، انجام فرآیند Evaporation روی فاز مایع و تولید کریستال سولفات سدیم به همراه سیکل آب کندانس (PW)توصیه می شود.
• خمیر سولفورزدایی شده به عنوان منبع استحصال سرب می باشد.

قطعات سربی شامل Grids , Straps به عنوان Metallic Parts می باشند و منبع اصلی استحصال سرب هستند .

قطعات پلی پروپیلن به علت آلودگی به سرب و اسید، حین جداسازی و طی مراحل مختلف شسته می شود.

• در صورت فعال بودن واحد کریستال سازی، عملیات شستشو با آب کندانس انجام می شود.
• قطعات پلی پروپیلن جدا شده قابل فروش بوده و یا طی فرآیند دیگر بازیافت به گرانول تبدیل می شود.
• به دلایل ایمنی و بهداشتی توصیه می شود، گرانول تولیدی صرفا در صنایع باتری سازی استفاده شود.

استحصال سرب به روش های مختلف نظیر کوره های حرارتی،کوره الکتریکی و الکتروینینگ انجام میشود، اما اغلب از کوره های دوار  استفاده می شود.

در کوره دوار، کک به عنوان عامل احیا و از گازوئیل یا گاز به همراه اکسیژن به عنوان سوخت استفاده می شود.

در کوره دوار می توان براساس نوع محصول نهایی در فرآیند پالایش، نسبت اختلاط ترکیبات سرب دار را تغییر داد.

استحصال سرب از خمیر به سرب با خلوص حداقل 99% و استحصال از اجرای فلزی به Sb/Pb حدود97% منتهی می شود.

در قسمت قبل به اهمیت واکنش سولفورزدایی از لحاظ زیست محیطی اشاره شد، سایر محاسن واکنش سولفورزدایی به شرح ذیل است:

• مدت زمان فرآیند استحصال کاهش می یابد.
• دمای شروع و انجام واکنش کربنات / کک در مقایسه با واکنش سولفات /کک کمتر است.
• کاهش زمان و دمای فرآیند استحصال،از اکسید و پرت شدن سرب استحصال شده جلوگیری می کند.
• در دمای پایین، آسیب کمتری به آجرهای نسوز ها می رسد.

آنالیز عنصری سرب خام حاصل از کوره حرارتی تابع نوع و نسبت ترکیبات سرب شارژ شده می باشد که براساس نوع مصرف، فرآیند پالایش سرب خام انجام می گیرد.

فرآیندهای پالایش قابل انجام روی سرب خام استحصال شده از منابع ثانویه به شرح ذیل می باشد:

• آنالیز عنصری محصول پالایش شده براساس درخواست مصرف کننده می باشد.

در صنعت تولید باتری سرب اسید، آلیاژهای Pb/Sb  و Pb/Ca مورد استفاده قرار می گیرید و به راحتی می توان در صنایع سرب ثانویه، آلیاژهای مذکور را تولید کرد و اگر در فرآیند استحصال با کوره حرارتی، نسبت اختلاط ترکیبات سرب کنترل شود، ساخت آلیاژ سرب آنتیموانی با هزینه خیلی پایین انجام می شود.

عموما در پلنت های بازیافت که فرآیند از مراحل فوق الذکر  تشکیل شده است، پسماند آبی تولید نمی شود و جهت کنترل انتشار گازهای خروجی سیستم های ذیل تعبیه می شود:

• سیستم اسکرابر: جهت جمع آوری بخارات اسیدی از محل انبارش، خردایش، جداسازی، سولفورزدایی و کریستال سازی و ترپ کردن در فاز آبی و انتقال پسماند آبی ایجاد شده به مرحله سولفورزدایی.
• سیستم غبارگیر: گازهای حاصل از احتراق و واکنش در کوره حرارتی و فرآیند پالایش و آلیاژسازی قبل از خروج از دودکش از یک سری سل شامل Bag Filter عبور کرده و غبارات همراه حذف می شود که مجددا غبارات به فرآیند استحصال برمی گردد، و در نهایت گازهای خروجی عمدتا شامل بخارات آب و CO₂ می باشد.