【论文分享】探究废铅酸蓄电池收集和利用现状及发展趋势

来源:郑秋华

近年来,铅酸蓄电池使用量在逐年增加,其报废量也不断地增加,废铅酸蓄电池属危险废物,被纳入《国家危险废物名录》内,如何采取正确有效的科学方法和措施,对废铅酸蓄电池的收集和再生利用就成为了国家一件大问题。本报告根据本人十几年从业经验和理解及建议,介绍了废铅酸蓄电池收集端回收现状,及废铅酸蓄电池再生利用行业现状和发展趋势。

第1章 前 言

铅酸蓄电池具有性能稳定优越、使用安全可靠、性价比高等优点,广泛应用于交通行业、通讯、储能、物流等行业。根据相关行业统计截止到2019年初,我国机动车保有量就已达到3.3亿辆,就此证明,铅酸蓄电池仅机动车行业就有非常大的使用市场,铅酸蓄电池在正常使用情况下,一般寿命在2年左右,因此将会产生相等数量的废铅酸蓄电池,然而废铅酸蓄电池中含有60%左右的金属铅和20%左右的硫酸液,如不有效的收集和利用处理,将会对生态环境造成严重威胁。研究表明废酸液一旦渗入土壤会破坏土壤和引起地下水污染,同时铅超标会引起人体贫血、腹痛、记忆力下降,严重时会导致人体的神经系统紊乱等危害。废铅酸蓄电池除了具有毒性以外,同时它还是城市矿产资源,铅属十大主要有色金属之一,具有很高的利用价值和经济价值。随着我国铅矿资源的不断开采,原生铅储量已经不多,已不能满足国内工业上对铅的需求:2018年我国精铅产量约525万吨,原生铅约300万吨,再生铅225万吨,照此开发速度,10年后我国铅矿资源基本会被开采完。如不加快对废铅酸蓄电池及含铅废物的再生利用,我国的铅使用将出现严重紧缺,因此从生态环境保护和推进资源循环利用考虑,收集和再生利用废铅酸蓄电池及含铅废物是国计民生的大事。图1 是我国2001-2018年再生铅产量增长情况。

第2章 我国铅及铅酸蓄电池的发展沿革

2.1铅的用途及分布

2.1.1铅的主要用途;

铅具有良好的防腐、易同其他金属制成合金等优点。铅基合金和其他化合物广泛应用于蓄电池、电缆护套、铅管及铅板、铅 dan、化工、氧化铅、射线防护等领域;

2.1.2全球铅资源主要分布区域

全球铅资源主要分布在威尔士布罗肯希尔和埃卢拉、欧洲东部俄罗斯的西伯利亚地区、亚洲的中国中西部地区、新南、伍德朗、澳洲的昆士兰州芒特艾萨等20个左右较为丰富的铅矿产区域;全球铅储量较多的国家主要分布在俄罗斯、美国、秘鲁、墨西哥、澳大利亚、中国6个国家储量占到全球的87%,澳大利亚占比40%、中国占16%、俄罗斯占11%、美国占6%、秘鲁占8%、墨西哥占6%、其他国家占13%。图2 为全球铅储量国家分布图。 

2.1.3 我国铅矿资源分布

根据相关行业公布截止2017年中国铅矿矿产查明资源储量为8967万吨,相比2016年增长了420.23万吨,2018年我国铅储量约1470万吨,从储量分布来看,内蒙古、云南、湖南、广东、甘肃是我国主要铅锌资源分布地,这5个省储量占到全国的72%。通过改革开放以来的发展建设,我国催生出了以两广、滇川、西北、东北、湖南等五大铅锌生产基地。

2.1.4我国再生铅行业分布

我国铅酸蓄电池生产量大,铅酸蓄电池用铅量约占全国铅耗用总量的82%。再生铅的产量同比占到精铅产量的45%。再生铅与原生铅相比,铅冶炼过程中废铅酸蓄电池回收再生铅能耗低,污染物排放少,符合节能减排环保要求。根据相关管理部门统计到2018年截止我国再生铅处理产能达到了近1200万吨,持证再生铅企业60家。图3是全国再生铅各省市产能分布情况。

2.2 铅在工业及民生的应用和发展

这些年随着改革开放的不断深入推进,我国的城市化及工业化进程带动了铅的消费,使我国铅工业发展加快,同时也带动了铅行业的发展。铅应用领域很广,其中民生接触最多是铅酸蓄电池的使用和需求,铅酸蓄电池因为它经济、稳定安全、可再生利用等优势广泛应用于我们每一个人生活中,小到我们的代步工具电动自行车、三轮车、家用后备电源和私家车,大到我们的大型储能系统、物流、后备电源系统等行业都离不开铅酸蓄电池。由于它具有不可被其他资源可取代的优势使全球和中国市场广阔空间,推动了铅的快速发展。同时也推动了原生铅和再生铅行业的快速发展,由于需求造成的增长,使我国铅产业稳步递增,催生了几大铅产业基地形成。

第3章  铅酸蓄电池工作原理和失效模式

铅酸蓄电池是一种可循环充放电的电源电池,由阳极和阴极以及硫酸溶液为电解液,通过物质转化实现充放电的化学反应式为:Pb+PbO2+H2SO4→2PbSO4+2H2O该反应为可逆反应,放电时反应向右进行,生成PbSO4。正常使用情况下充放电可重复进行,但使用时间长后硫酸铅会随循环次数增加逐渐覆盖电池极板,使电极板的导电性逐渐弱,最终导致不能充放电,因此不同的铅蓄电池报废的工作原理有不同的原因:一种是汽车起动电池是因车辆充电或者维护不到位,造成极板脱膏严重和使用不正确从而造成铅酸蓄电池短路、断路而报废外,大部分是在设计使用寿命范围内报废的铅蓄电池,因硫酸盐化现象造成的。尤其是私家车,行驶不多、启动频繁、充电不足,而又不按时进行维护,使电池长期处于亏电状态,非常容易形成硫酸盐化而使电池过早报废;一种是电动自行车使用上报废原因,相对来说比较复杂一点。是由于硫酸化原因造成报废外,平时的不正确使用:大电流倍率放电、过量充电、长期过量放电,而造成了铅酸蓄电池的报废,也占到了一定的比例。另外一种是储能电池因其大多做为备用电源使用,长期浮充使用易使电池脱水硫化。也就是人们常说的:蓄电池是放坏的,不是用坏的;主要就是这几方面,以上几方面就是造成铅酸蓄电池报废的主要原因。

第4章  我国废铅酸蓄电池收集现状

4.1发达国家对废铅酸蓄电池收集政策

在废铅酸蓄电池的收集回收方面,欧美等国家已经较早的开始对废铅酸蓄电池的收集利用有了较好的规范回收体系及政策,积累了丰富的经验。如美国执行押金制,使用者在购买铅蓄电池时需加收高额的回收押金,迫使使用者要将报废的铅酸蓄电池交到指

定的回收点回收,不然将不给以退还押金。在德国法律强制规定要求铅酸蓄电池生产厂商,要对废铅酸蓄电池在销售和收集过程进行“销一收一”方式,不然将禁止销售铅酸蓄电池。同国外相比我国在合法回收和再生利用上还存在着很大的差距。

4.2国内废铅酸蓄电池收集的情况

据有关行业组织统计结果表明2018年我国铅蓄电池生产量为18123万kVAh,我国铅蓄电池产量增长情况如图4所示。我国已成为全球铅酸蓄电池及再生铅的生产大国,铅酸电池的产量约占全球产量的40%左右,近年来虽然锂离子电池、氢镍电池等新能源电池的快速发展,但铅酸蓄电池因其安全性和性价比仍是占据市场主流,未来铅酸蓄电池需求仍将平稳,随着我国工业发展对铅酸蓄电池的应用领域也将不断拓宽,间接导致了对于铅酸蓄电池的需求量不断增大,从而推动产能扩大,促进了铅酸蓄电池生产行业的持续发展。

随着铅酸蓄电池行业的快速发展,因此每年我国会产生大量的废铅酸蓄电池,据相关行业数据统计我国2018年产生的废铅酸蓄电池数量大约在600万吨,而且逐年在增加。如何能做到合法收集,减少废铅酸蓄电池流入非法渠道而造成对环境的污染,收集起来是一项繁重而又艰巨的任务。从我国目前收集废铅酸蓄电池的实际情况来说,离国家所规定的废铅酸蓄电池收集的回收率还有很大距离。目前我国的废铅酸蓄电池回收渠道大部分是个体回收者,这种回收方式导致了对废铅酸蓄电池回收后难监管,造成大量废铅酸蓄电池流入非法回收站,由于这些回收站技术落后,污染防治设施差,没有合法资质手续。同时缺少环保意识和不规范,对废铅酸蓄电池回收处理非常很不利严重影响整个产业的管理。个体户将回收的废铅酸蓄电池卖到一些无资质回收废铅酸蓄电池的收购站,收购站回收回来的废铅酸蓄电池的整个过程中,也是完全没有专门的防护措施,同时,这些收购站将回收的废酸蓄电池打孔后将里面硫酸电解液直接倾倒入河流或者土壤中去,造成严重环境污染。

除了废铅酸蓄电池的个体户和收购站外,国内还有一些合法规范的专业资质企业持证在收集废电池。但是这类合法回收企业并不多,虽然每年回收量在不断的增加,但这些企业推行合法回收道路艰辛,主要面临的问题有;一是规范收集难,至今合法收集规范转移、利用废铅蓄电池量不足当年废铅蓄电池产生量的15%。2015年15个省市,32家持证单位持证回收量56.65万吨(约占15%),可见个体回收、无证回收商市场控制约85%。二是收集企业准入门槛高,近几年国家在推行《生产者责任延伸制度推行方案》和《铅蓄电池生产企业集中收集试点工作方案》实施中成效并不明显,很多省份参加试点2到3年才收集到几十吨废铅酸蓄电池。有的省份至今还未参加试点,甚至没有1家具备合法资质的废铅蓄电池收集企业,造成产生废铅酸蓄电池的单位有电池难找到合法机构交易,迫使将废铅酸蓄电池买给无证收购站。三是跨省转移管理制度限制多。有资质单位需要跨省收集、转运处理废铅蓄电池,其难度较大,影响收集、处理企业的积极性,使其图方便冒风险到无资质的个体户或收购站手中购买废铅酸蓄电池原料。

4.3国家关于废铅酸蓄电池收集的具体政策措施

自国务院在2016年12月发布《生产者责任延伸制度推行方案》,以及2019年1月份生态环境部联合国家发展改革委员会、工业和信息化部、公安部、交通运输部等8部委联合发布《废铅蓄电池污染防治行动计划》,2019年1月24日,生态环境部联合交通运输部发布《铅蓄电池生产企业集中收集和跨区域转运制度试点工作方案》以及2019年3月25日《废铅蓄电池回收技术规范》,国家相关部门多次发文促进铅酸蓄电池回收体系规范发展。在《生产者责任延伸制度推行方案》中明确要求和铅酸蓄电池生产企业建立产品全生命周期追溯系统,要求生产企业共同回收或委托回收模式、采取自主回收,支持生产企业通过销售网络进行“以旧换新”“销一收一”等方式提高回收率。据生态环境部统计截止到2019年6月份已经有北京、天津、河北、辽宁、福建、江西、山东、河南、湖北、海南、上海、江苏、浙江、安徽、重庆、四川、甘肃、青海、宁夏、新疆、湖南等22个具备有一定工作基础的省(区、市)参加《铅蓄电池生产企业集中收集和跨区域转运制度试点工作方案》申报工作的参与,证明政策方向的引导还是很有环保意义的。

4.4关于对废铅酸蓄电池有效收集的几点建议

废铅酸蓄电池的收集和再生利用关乎环境、关乎民生。为此开展废铅蓄电池非法回收对环境污染的风险提几点建议:(一)倡导或推动某种行为最为有效的方式,通过设立相关回收利用的政策和措施,从政策法律层面上为收集废铅酸蓄电池提供依据。结合一些好的试点或者省份,总结出一套较好的回收(体系)模式。(二)建立社会有奖举报机制,鼓励公众参与对非法收集、非法冶炼再生铅等环境违法行为进行监督和举报。(三)建议将试点企业规范电池回收量,纳入现行财税优惠政策实施范围,即采用规范回收统计数据,作为实施财政政策的依据。在环保监管下,体现履行社会责任,符合环保要求的废铅酸蓄电池收集和利用企业,才能享受政策优惠。即财税政策应体现绿色环保宗旨和特点。(四)推行生产者责任延伸制度(EPR),加强从生产到销售,再到收集,然后到处理利用整个环节衔接,实现产业链闭环管理,做到无缝对接。(五)使用“互联网”技术手段使每个废铅酸蓄电池的收集可以实现“去向可追、数量可查、责任可究”的目的,从而提高废铅蓄电池规范收集利用率,以有效减少防控环境污染风险。

第5章 废铅酸蓄电池再生利用行业现状

5.1国家对再生铅行业的政策措施

近年来,因铅污染事件时常发生,引起国家政府部门和社会各界对废铅酸蓄电池回收及再生铅行业问题的高度关注,生态环境部、工信部、发改委等相关部委陆续出 台了一系列政策措施(如图4所示),推进行业的健康加速发展。从2011年到2019以来国家对再生铅行业颁布的相关政策和标准,涉及提高了行业进入门槛,强化三废治理,淘汰落后产能及工艺。相关政策的实施证明了国家和各级政府对再生铅行业的高度重视和决心。 如图5所示,2011年到2018年再生铅行业颁布政策。

图52011年到2018年以来再生铅行业颁布政策

从国家颁布关于有色金属工业及铅酸蓄电池、再生铅产业的政策规划要求,对促进铅酸蓄电池和再生铅行业的规范发展,严控污染防治保护生态环境,具有重要意义。

5.2废铅酸蓄电池再生利用的主要技术方法

随着我国对废铅酸蓄电池的收集处理能力不断加大,对再生铅利用技术水平提出更高的标准,要求企业建立健全完善的管理体系。近年来对废铅酸蓄电池再生利用技术上,有了快速的提升,当前国内再生利用技术主要有两种,包括火法冶炼和湿法冶金。

5.2.1火法冶炼处理的方法

废铅酸蓄电池利用行业当今我国最为广泛使用的是火法冶炼,主要具体工艺包括:拆解-分选-冶炼-精炼, 废铅酸蓄电池处理利用主要生产工艺流程,如图5所示。火法冶炼指通过助燃高温的方法,在熔炼状态下,将金属从原料中提炼出来的生产技术工艺。火法冶炼采用高温的方式不仅对设备要求较高,而且在利用火法处理废铅酸蓄电池时熔炼环境标准高、温度要求高,后端烟气治理也要求高。

5.2.2废铅酸蓄电池再生利用处理工艺

 

5.2.3废铅酸蓄电池进行拆解及分选工艺流程

拆解及分选这种方法是采用湿法破碎分选系统预处理废铅酸蓄电池,系统通过机械抓斗上料,将整个废铅酸蓄电池经传送带运至自动破碎系统,然后对废铅酸蓄电池进行破碎,将电池的各个部分破碎后通过水力分选比重分类,然后将破碎后各类铅膏、板栅、塑料后进入下一个工序进行再生利用。通过使用自动化拆解分选系统可以提高铅金属回收率可达95%以上,有效避免物料浪费和铅的二次污染。同时可以提高劳动效率和改善劳动卫生条件,以及在生产过程中可以有效的控制整个生产车间无组织排放,实现有组织抽风净化治理后排放等优点。

5.2.4湿法冶金处理方法

湿法冶金是指通过采用某些溶剂,在溶剂中借助化学反应的作用,将金属化合物从原料中提炼出来的技术工艺。湿法冶金在当今废铅酸蓄电池处理行业还处于研究或产业化初期阶段,该工艺的优点主要在于处理过程中较少的产生重金属和二氧化硫的排放,但在产生过程中会产生大量的溶剂废水,治理成本较高等缺点。

第6章废铅酸蓄电池收集和再生利用行业发展趋势

6.1完善废铅酸蓄电池收集再生利用行业的法律法规

在废铅酸蓄电池的收集和再生利用管理方面,国家需要通过出 台更加有效的法律法规建立废铅酸蓄电池的回收主体责任。另外通过废铅酸蓄电池收集这一环节充分发挥行业组织的作用,单方面依靠政府主管部门或企业的力量还是有限的,要发挥社会各界力量对环境保护的全民参与的热情,共同推动废铅酸蓄电池收集和利用行业更好发展。

6.2推动废铅酸蓄电池利用企业转型升级,提高技术工艺水平

 近年来,随着政府主管部门对废铅酸蓄电池行业监管力度的逐步加强,查处关停了大量无资质的非法铅冶炼黑工厂,使废铅酸蓄电池逐步转移到有资质的再生铅企业数量增加,从而对再生铅企业又有了新的要求和门槛。 根据2016年12月5日颁布的《再生铅行业规范条件》规定,对推动再生铅行业的规范发展,促进行业结构性调整,提高回收利用效率,控制生产过程中对生态环境的影响,实现再生铅行业可持续健康发展提出了严格标准和要求。着重以技术工艺转型升级和自动化、三废治理、能耗等方面有了新的标准;一是提高生产工作环境卫生条件及实现降低有组织、无组织达标甚至低标排放。二是鼓励采用先进适用的清洁生产技术工艺和采用生产效率高、能耗低的先进工艺和装备,提倡使用自动化程度高的装备减少劳动强度,淘汰和禁止使用国家明令的落后工艺设备。三是提高再生铅生产规模、促进行业满足废铅酸蓄电池利用处理的需求,淘汰生产规模小环保设施不配套工艺落后的企业。  

6.3降低收集废铅酸蓄电池的成本

为实现企业利润增长点,需通过降低收集废铅酸蓄电池的运营成本,使企业在收集废铅酸蓄电池再生利用处理废铅酸蓄电池上的能保持微利,从而提高企业的积极性和废铅酸蓄电池的收集回收率。降低成本提高效率的主要方法;一是降低成本。是指再生铅企业的经营成本,政府出 台鼓励政策,降低再生铅企业的税收或回收税减免等方式,通过降低税收、经营成本而整体降低企业交税成本。二是提高效率。指提高企业生产过程中处理效率,通过同专业的院校及科研单位的合作,研发更加先进高效的处理方式,从而节约处理利用废铅酸蓄电池的成本投入。

6.4 如何推动废铅酸蓄电池收集和再生利用的发展

废酸蓄电池在收集和再生利用过程中,还是存在着诸多问题需要完善。如何建立一种完善有效的回收体系,是最终解决问题的最好方式。科技不断在发展,废铅酸蓄电池回收利用技术也有待发展提升,加强对废酸蓄电池设备的研发,以及回收利用不断提高铅的回收率,而且可以减少有害物质的产生和排放。同时加大对铅酸蓄电池技术的研发,通过科技创新,技术进步,创造出更轻量化及更长寿命性能的铅酸蓄电池,可减少废酸蓄电池产生量。废铅酸蓄电池是收集和再生利用要有国家有力政策和措施,同时要加大处罚力度,加大环境保护的社会宣传力度,让民众提高回收和规范意识。规范废铅酸蓄电池流向,杜绝打孔倒酸行为,规范发展废铅酸蓄电池回收利用行业

6.5严厉打击非法收集、转运、处理废铅酸蓄电池行为

 过去,废铅酸电池收集和再生利用行业比较混乱,非法回收非法冶炼行为比较突出,严重影响了合法企业原料采购来源,造成大部分合法企业吃不饱及无原料生产现象。

因此国家应严厉打击非法收集、转运、处理废铅酸蓄电池行为,杜绝资源浪费和税收的流失以及对生态环境的污染的风险,应有可行的应对措施:一是要制定更加有效的政策和重点针对非法行为有效的措施,如对废铅酸蓄电池回收率作为各省市制定标准考核任务和进行排名,不达标者生态环境部应进行督查整改。二是对非法收集、转运、处理者加倍处罚力度,提高违法成本。三是提高各省市对废铅酸蓄电池运输环节进行联合设卡检查力度,一旦发现深查货源链和资金链,如证据成立的严肃处理。等有力的措施才可有效的杜绝非法收集、非法运输、处理行为,让每一个废铅酸蓄电池能回到它的合法平台,最终实现无害化处理。我国再生铅行业还存在着发展不平衡,可能会带来的资源浪费和重金属污染风险,因此,废铅酸蓄电池资源化规范回收和再生利用刻不容缓。

第7章 结 论

通过以上报告的描述,我国废铅酸蓄电池合法回收率逐年在提高,国家颁布的相关政策和法律法规的实施对行业的规范发展取到了关键性的作用。通过《生产者责任延伸制度推行方案》和《铅酸蓄电池生产企业集中收集和跨地区转运制度试点工作方案》等和建立“销一收一”“以旧换新”及使用“互联网”回收平台体系等模式,是可行符合全球先进方式和中国国情的。

我国达到《再生铅行业规范条件》标准的再生铅企业,现行的规模和技术工艺及装备均能符合行业要求和国内先进技术水平标准。与发达国家相比我国再生铅行业装备技术工艺水平位于中上位置。现时废铅酸蓄电池的收集和利用行业现状还存在着缺陷,但是这种缺陷如果得到解决,将会对我国的整个涉铅行业的发展,发生一个翻天覆地的变化。由于我国对铅酸蓄电池的需求和产能,奠定了我国对废铅酸蓄电池收集和再生铅行业的可持续性发展基础。

总体分析我国废铅酸蓄电池收集和再生铅行业进入“十一五”以来得到快速发展,环保设施、生产装备技术水平有了较大提高。预计到“十四五”期间,我国废铅酸蓄电池收集再生利用可以实现100%合法收集利用的,再生铅和蓄电池生产企业最终将实现整个环节完全对接和闭环的行业发展趋势。

参考文献

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学.2017.(3)

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[3]李钊.探究废铅酸蓄电池的回收利用现状及发展趋势.山东工业技术.2017.(20)

致谢

在本论文的写作过程中,是在曹国庆老师倾注了大量的心血,从选题,从写作提纲,到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题,严格把关,循循善诱,在此我表示衷心感谢!同时我还要感谢在论文编辑过程中给我很多的指导的黄镜波 老师以及我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

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