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一、項目名稱

廢鉛酸蓄電池鉛膏鈉法預脫硫及副產(chǎn)物高效利用

二、提名意見

我國每年報廢3億多只鉛蓄電池，廢鉛蓄電池資源清潔再生與高效利用是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求。《再生鉛行業(yè)準入條件》明確要求“鉛膏必須進行脫硫預處理或送硫化鉛精礦冶煉廠合并處理，脫硫母液必須進行處理并回收副產(chǎn)品”。截止目前，全國100余家再生鉛企業(yè)中僅極少數(shù)具備廢鉛膏與硫化鉛精礦合并處理的條件，其余都須對廢鉛膏進行預脫硫處理并回收副產(chǎn)物。我國的廢鉛膏晶型復雜、粒度差異大，之前行業(yè)普遍采用的脫硫技術(shù)無法有效打破脫硫過程產(chǎn)物殼層對反應(yīng)物傳遞的阻礙，脫硫耗時長、脫硫鉛膏含硫率波動很大，無法滿足生產(chǎn)要求，產(chǎn)業(yè)政策推行受阻。項目經(jīng)過7年攻關(guān)，在湖南省科技重大專項的支持下，提出了脫硫物料儲存與反應(yīng)分離的新工藝、開發(fā)了脫硫產(chǎn)物殼層破壞與副產(chǎn)物高效結(jié)晶新技術(shù)、創(chuàng)制了新設(shè)備，構(gòu)成了完整、系統(tǒng)的廢鉛蓄電池鉛膏預脫硫與產(chǎn)物高效回收工藝技術(shù)裝備體系，適應(yīng)各種工況要求。項目3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的5項關(guān)鍵創(chuàng)新都獲專利授權(quán)。積極開展了創(chuàng)新技術(shù)、裝備的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣工作，項目成果至今在國內(nèi)推廣16套、出口2套，國內(nèi)已經(jīng)運行了3套、國外運行1套，處理廢鉛蓄電池37萬噸/年，源頭減排二氧化硫2.664萬噸/年。2016-2018年項目累計新增銷售額21.54億元，新增利潤1.84億元。項目成果攻克了鉛膏預脫硫過程反應(yīng)物傳質(zhì)的瓶頸性障礙，為國家再生鉛產(chǎn)業(yè)政策的推行奠定了必要基礎(chǔ)，對再生鉛行業(yè)鉛膏預脫硫產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步形成了有力的支撐。

湘潭大學提名該項目為湖南省科學技術(shù)進步一等獎。

三、項目簡介

項目研發(fā)的鉛膏預脫硫技術(shù)就是用Na₂CO₃溶液將鉛膏中的PbSO₄轉(zhuǎn)化為PbCO₃，PbCO₃再去熔煉則不排放或者排放很少的二氧化硫，同時PbCO₃的熔煉溫度較PbSO₄低400℃，能耗大大降低。鉛膏預脫硫過程生成的PbCO₃殼層包裹在PbSO₄顆粒表面，會阻擋PbSO₄和Na₂CO₃的進一步接觸，因而脫硫技術(shù)須具備分散物料和強化顆粒表面?zhèn)髻|(zhì)兩個關(guān)鍵能力。之前，國內(nèi)外同行業(yè)幾乎都采用間歇攪拌反應(yīng)技術(shù)，憑借攪拌產(chǎn)生的水力剪切破壞PbCO₃殼層，但水力剪切作用強度十分有限，且很難有效提升，需要較長的時間來完成脫硫反應(yīng)。國外廢鉛膏均一性好，設(shè)計的攪拌強度下反應(yīng)2小時，鉛膏含硫<0.6%；我國的廢鉛膏晶型復雜、粒度差異大，既定攪拌強度下脫硫2小時，含硫0.3%-3%，波動很大，無法滿足生產(chǎn)要求。國家制定的鉛膏預脫硫產(chǎn)業(yè)政策實施受阻，行業(yè)迫切需求創(chuàng)新技術(shù)來實現(xiàn)鉛膏預脫硫和脫硫母液高效回收利用。

項目在湖南省科技重大專項“固體廢棄物處置與資源化利用技術(shù)裝備研發(fā)（2015SK1002）”和國家自然科學基金面上項目“廢蓄電池清潔再生鉛膏預脫硫反應(yīng)機制研究與過程強化（51574204）”支持下，取得了如下科技創(chuàng)新和突破：

1、提出鉛膏漿液儲罐體外實施強制循環(huán)脫硫新工藝，與傳統(tǒng)技術(shù)的脫硫物料儲存與反應(yīng)一體不同，實施儲存與反應(yīng)分離，儲罐不再是脫硫反應(yīng)的主體，脫硫反應(yīng)環(huán)節(jié)則可實現(xiàn)按需求提供足夠的脫硫產(chǎn)物殼層破壞能力。

2、提出“輔助粒子研磨”、“強化自碰撞”、“磁力自適應(yīng)研磨”等脫硫過程鉛膏顆粒表面“強制更新”新機制、開發(fā)了新技術(shù)并創(chuàng)制了新設(shè)備，形成了適應(yīng)漿液全濃度范圍的系列鉛膏強制預脫硫技術(shù)和裝備，即時打破脫硫產(chǎn)物殼層，使反應(yīng)物表面充分暴露在脫硫劑中，推動脫硫反應(yīng)迅速、徹底進行；脫硫30min含硫穩(wěn)定低于0.5%，硫總利用率>99%，高于《清潔生產(chǎn)標準-廢鉛酸蓄電池鉛回收行業(yè)》（HJ510-2009）一級標準98%的限值要求。

3、提出脫硫副產(chǎn)物硫酸鈉“局冷快速析晶”技術(shù)并創(chuàng)制了新設(shè)備，改變對全部母液緩慢冷卻的傳統(tǒng)做法，針對儲罐體外循環(huán)的部分待結(jié)晶母液實施迅速深度冷卻、快速結(jié)晶。硫酸鈉母液凈化、結(jié)晶得到的產(chǎn)品滿足GB/T 6009-2014表1優(yōu)等品要求，處理一噸鉛膏的綜合電耗<12kWh，較傳統(tǒng)方法的降低40%- 50%。

項目構(gòu)成了完整、系統(tǒng)的廢鉛蓄電池鉛膏預脫硫與產(chǎn)物高效回收工藝技術(shù)裝備體系，適應(yīng)各種工況要求。項目“脫硫工藝-脫硫技術(shù)-產(chǎn)物利用”3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的5項關(guān)鍵創(chuàng)新都獲專利授權(quán)。項目成果至今在國內(nèi)推廣16套、出口2套，國內(nèi)已經(jīng)運行了3套、國外運行1套，處理廢鉛蓄電池37萬噸/年，源頭減排二氧化硫2.664萬噸/年。2016-2018年項目累計新增銷售額21.54億元，新增利潤1.84億元。項目攻克了鉛膏預脫硫過程反應(yīng)物傳質(zhì)的瓶頸性障礙、提高了副產(chǎn)物回收的能效，為國家再生鉛產(chǎn)業(yè)政策的推行奠定了必要基礎(chǔ)，對再生鉛行業(yè)鉛膏預脫硫產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步形成了有力的支撐。

四、客觀評價

1、專利授權(quán)

項目的脫硫工藝、脫硫技術(shù)和裝備、產(chǎn)物高效回收三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的5項關(guān)鍵創(chuàng)新都授權(quán)了專利，具體如下：儲槽體外循環(huán)強制脫硫的工藝授權(quán)發(fā)明專利1項（一種鉛膏濕法強制脫硫工藝，ZL201310540070.1），輔助粒子研磨強制脫硫技術(shù)授權(quán)發(fā)明專利1項（一種基于氣液混流的鉛膏脫硫方法，ZL201610174292. X）、強化自碰撞脫硫技術(shù)授權(quán)發(fā)明專利1項（一種基于節(jié)流自碰撞的鉛膏脫硫方法，ZL201510841686.1），磁力自適應(yīng)研磨脫硫裝置授權(quán)實用新型專利1項（一種磁力攪拌研磨鉛膏強制脫硫反應(yīng)器，ZL201621371576.X），脫硫副產(chǎn)物硫酸鈉溶液局冷快速析晶技術(shù)授權(quán)發(fā)明專利1項（一種基于局部冷卻快速析晶的鉛膏脫硫副產(chǎn)物硫酸鈉結(jié)晶方法和裝置，ZL201510153821.3）、授權(quán)實用新型專利1項（一種溶液降溫結(jié)晶和固液分離集成設(shè)備，ZL201521120624.3）。

2、論文發(fā)表

基于表面更新的鉛膏脫硫技術(shù)發(fā)表論文2篇，表面強制更新鉛膏脫硫機制與技術(shù)的新穎性和實用價值得到學術(shù)界的認可。

（1）Junfeng Zhang, Liang Yi, Liuchun Yang, Yan Huang, Wenfang Zhou, Wenjing Bian.A new pre-desulphurization process of damped lead battery paste with sodium carbonate based on a “surface update” concept.Hydrometallurgy, Volume 160, March 2016, Pages 123-128

（2）邊文璟， 易亮，周文芳，張俊豐；基于表面更新的廢鉛膏脫硫?qū)嶒?，化工進展，2016，35（5）：1539-1543

3、項目查新

項目委托教育部科技查新工作站（Z11）進行國內(nèi)、國際查新，查新要點如下：（1）提出了“表面強制更新”的鉛膏脫硫方法并研制其配套設(shè)備，利用研磨、氣泡與節(jié)流元件造成反應(yīng)物顆粒相互的劇烈碰撞，打破傳質(zhì)阻礙，提升反應(yīng)效率。（2）提出了“局冷快速結(jié)晶”的硫酸鈉結(jié)晶方法并研制其配套設(shè)備，部分溶液先進行快速、深度冷卻，循環(huán)進行，提高能量利用率和產(chǎn)品析出率。經(jīng)國內(nèi)外文獻數(shù)據(jù)庫檢索并對相關(guān)文獻分析對比，除本項目有關(guān)研究人員發(fā)表的文獻、申請的專利或委托的報道外，國內(nèi)外未見與該查新項目綜合技術(shù)特點相符的文獻報道。

4、技術(shù)標準

    項目編制了企業(yè)標準《廢鉛膏鈉法預脫硫及副產(chǎn)物利用技術(shù)與裝備》（Q/YJ02- 2018），并于2018年12月10日在企業(yè)標準信息公共服務(wù)平臺公布，對項目技術(shù)的性能指標進行了全面的標準化界定。

5、技術(shù)檢驗

    （1）項目委托湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院對設(shè)備外觀、電器控制、噪音、能耗等12項指標進行了檢驗，結(jié)論為“所檢項目合格”（湘檢C2019- W04233）。（2）用戶單位駱駝集團華南再生資源有限公司對預脫硫率及硫酸鈉產(chǎn)品進行了檢測，脫硫鉛膏含硫率0.46%，低于0.5%的標準要求，凈化后硫酸鈉溶液雜質(zhì)總量小于5ppm，硫酸鈉純度高于99.59%，滿足《GB/T6009-2014工業(yè)無水硫酸鈉》一等品要求。項目委托湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院對副產(chǎn)物硫酸鈉質(zhì)量進行檢測，結(jié)論為產(chǎn)品質(zhì)量符合《GB/T6009-2014工業(yè)無水硫酸鈉》一類品要求（湘檢B2015-W11975）。

6、項目評價

（1）項目是湖南省科技重大專項2015SK1002的子項“復雜鉛酸蓄電池破碎分選、鉛膏預脫硫及副產(chǎn)物綜合利用新技術(shù)裝備研發(fā)”內(nèi)容，專項于2018年11月通過了科技廳組織的綜合驗收，驗收結(jié)論“完成了項目任務(wù)書規(guī)定的各項指標，專家組一致同意通過驗收”，子項目的有關(guān)指標為：鉛膏脫硫后含硫率穩(wěn)定低于0.5%，母液凈化后重金屬雜質(zhì)含量低于5ppm、結(jié)晶出的硫酸鈉產(chǎn)品純度高于99.1%。該子項提交了科技專題報告（張俊豐、章琳，2018年5月，編號685020863-2015SK1002/01）。

（2）“復雜廢鉛酸蓄電池破碎分選及資源清潔再生工藝技術(shù)”于2015年4月20日由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會進行了技術(shù)評價，中色協(xié)科（評）字[2015]第009號，有色金屬協(xié)會再生金屬分會王吉衛(wèi)任專家組長，中南大學黃明輝任副組長。評價結(jié)論為：自主開發(fā)出適應(yīng)我國國情的鉛膏預脫硫及副產(chǎn)物綜合利用關(guān)鍵技術(shù)裝備，實現(xiàn)了工藝技術(shù)和裝備的系統(tǒng)創(chuàng)新；鉛膏預脫硫、高效凈化和結(jié)晶技術(shù)復雜、難度大、集成度高；成果已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)重現(xiàn)性好，成熟度高，產(chǎn)品質(zhì)量得到用戶的認可，經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益顯著。項目整體技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

五、推廣應(yīng)用情況

湖南江冶機電科技股份有限公司生產(chǎn)、銷售、安裝、調(diào)試該項目成果，形成了5萬噸/年、10萬噸/年、15萬噸/年三個系列的鉛膏預脫硫及副產(chǎn)物利用技術(shù)裝備產(chǎn)品，2014年10月至今國內(nèi)銷售16套，出口2套。國內(nèi)的3套在運行、國外1套在運行，處理能力分別12萬噸/年、5萬噸/年、15萬噸/年、5萬噸/年，配套處理廢鉛蓄電池37萬噸/年，處理鉛膏22.2萬噸/年。源頭減排二氧化硫2.664萬噸/年。

2016-2018年項目技術(shù)與裝備累計新增銷售額2.58億元，新增利潤0.36億元；2016-2018年項目技術(shù)與裝備應(yīng)用累計新增銷售額18.96億元，新增利潤1.48億元；以上總計2016-2018年項目累計新增銷售額21.54億元，新增利潤1.84億元。

六、主要知識產(chǎn)權(quán)和標準規(guī)范目錄

七、主要完成人情況

八、主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻

（1）湘潭大學

項目是產(chǎn)學研用聯(lián)合攻關(guān)的成果，湘潭大學是項目技術(shù)和裝備的主要開發(fā)單位，項目技術(shù)與裝備的提出、小試、中試以及工業(yè)應(yīng)用過程的方案設(shè)計、實驗研究、分析測試、調(diào)控優(yōu)化等等工作均是我單位完成的。湘潭大學是發(fā)明專利“一種基于節(jié)流自碰撞的鉛膏脫硫方法”與實用新型專利“一種磁力攪拌研磨鉛膏強制脫硫反應(yīng)器”的唯一產(chǎn)權(quán)人，也是發(fā)明專利“一種基于局部冷卻快速析晶的鉛膏脫硫副產(chǎn)物硫酸鈉結(jié)晶方法和裝置”的第一產(chǎn)權(quán)人，也是發(fā)明專利“一種基于氣液混流的鉛膏脫硫方法”的第二產(chǎn)權(quán)人。

（2）湖南江冶機電科技股份有限公司

項目是產(chǎn)學研用聯(lián)合攻關(guān)的成果，湖南江冶機電科技股份有限公司是項目技術(shù)和裝備的合作開發(fā)單位，也是項目推廣應(yīng)用的主體。項目技術(shù)與裝備開發(fā)過程中的裝置設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試等以及工業(yè)應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計、制造、安裝及調(diào)試等都由公司為主完成。公司是發(fā)明專利“一種鉛膏濕法強制脫硫工藝”和實用新型專利“一種溶液降溫結(jié)晶和固液分離集成設(shè)備”的唯一產(chǎn)權(quán)人，發(fā)明專利“一種基于氣液混流的鉛膏脫硫方法”的第一產(chǎn)權(quán)人和發(fā)明專利“一種基于局部冷卻快速析晶的鉛膏脫硫副產(chǎn)物硫酸鈉結(jié)晶方法和裝置”的第二產(chǎn)權(quán)人。

九、主要完成人合作關(guān)系說明

項目由湘潭大學、湖南江冶機電科技股份有限公司合作完成。項目的創(chuàng)新思路、技術(shù)路線由湘潭大學提出并研究確定，項目核心技術(shù)和裝備的研發(fā)、試驗以及系統(tǒng)集成也由湘潭大學完成；項目工業(yè)裝置的制造、安裝、調(diào)試及推廣應(yīng)用由湖南江冶機電股份有限公司完成。揚州市華翔有色金屬有限公司參與了脫硫副產(chǎn)物高效結(jié)晶裝備的部分試驗工作，知情并同意該項目申報2019年湖南省科學技術(shù)獎的相關(guān)事宜。

項目的主要完成人有張俊豐、曹靖、劉磊、范偉、吳光輝、王振云、黃妍、單歡樂、宋巍、陳彪、章琳。

張俊豐是項目的組織者和負責人，湖南省重大專項（2015SK1002）的首席專家，主持了項目脫硫工藝、強制脫硫技術(shù)和裝備、副產(chǎn)物高效結(jié)晶技術(shù)和裝備的全部環(huán)節(jié)。曹靖、劉磊、黃妍是湘潭大學研發(fā)團隊的核心成員，曹靖是湖南省重大專項（2015SK1002）子項目三的核心成員，參與了強制脫硫、硫酸鈉高效結(jié)晶技術(shù)開發(fā)和實驗研究；劉磊參與了強制脫硫、硫酸鈉高效結(jié)晶實驗和工程應(yīng)用研究；黃妍是湖南省重大專項（2015SK1002）子項目三的核心成員，參與了鉛膏脫硫新工藝研發(fā)與裝備設(shè)計。范偉、王振云、吳光輝、單歡樂、陳彪、章琳是湖南江冶機電科技股份有限公司研發(fā)團隊的核心成員，范偉、王振云都是湖南省重大專項（2015SK1002）子項目三的核心成員，參與了脫硫工藝、強制脫硫、高效結(jié)晶技術(shù)和裝備研發(fā)；吳光輝是湖南省重大專項（2015SK1002）子項目三的核心成員，參與了高效結(jié)晶技術(shù)與裝備研發(fā)；單歡樂參與了高效結(jié)晶裝備開發(fā)和運行調(diào)試；陳彪?yún)⑴c了項目工業(yè)試驗、項目標準化研究和企業(yè)標準研制；章琳是湖南省重大專項（2015SK1002）子項目三的項目聯(lián)系人，參與了項目的標準化研究及企業(yè)標準制定。宋巍是揚州市華翔有色金屬有限公司研發(fā)團隊的核心成員，參與了高效結(jié)晶技術(shù)和裝備的研發(fā)與優(yōu)化工作。