[发明专利]铅基材料的电化学再循环

说明书

本申请涉及使用深共熔溶剂从含铅材料电化学提取铅(Pb)。这对于由能量产生过程产生的铅基材料的再循环特别有用。

技术领域

本发明涉及从含铅材料电化学提取铅(Pb)。本发明特别可用于由能量产生过程产生的铅基材料(如来自铅酸电池组和用过的铅钙钛矿太阳能电池的废产物)的再循环。

背景技术

铅酸电池组为世界上最常使用的电池组之一，并且存在于几乎所有汽油和柴油基机动车中。铅酸电池组也广泛地用于电动车辆行业中，并且用作用于建筑物如医院的备用能量系统。由于铅的毒性及其材料价值两者，重要的是再循环这些电池组。

铅电池组的再循环涉及铅电池组中糊状物和电极的处理，以便将铅与其它电池组组分分离。这可涉及物理分离技术以及化学技术如湿法冶金处理、熔炼和电化学工艺。电化学工艺为优选的，因为其趋于引起以较纯的形式、杂质少地提取铅。电化学工艺还避免需要将材料加热到非常高的温度，这代价高。额外成本还涉及用过的铅酸电池组到集中熔炼设施的运输。

然而，目前已知的电化学工艺可为有问题的，因为需要化学品的复杂混合物以适合于在电化学电池中处理的形式溶解铅。这些化学品也极具毒性，因为其一般为非常浓的酸，并且因此，其难以处理且需要特殊安全防护。

硫酸铅(II)(PbSO₄)和氧化铅(IV)(PbO₂)在铅酸电池组中至关重要。充电铅酸电池组具有一个Pb电极和一个PbO₂，同时放电电池组具有两个PbSO₄电极。因此，从用过的铅酸电池组再循环PbSO₄和PbO₂的能力为所需的。

此外，不仅仅是来自铅酸电池组的铅需要新的再循环方法。碲化铅热电学和铅钙钛矿太阳能电池的新兴技术示出在可再生能量景观开发中作为关键的铅基材料的潜力。然而，这些技术常常被认为是有限的，因为其依赖于有毒铅，以及当这些装置达到其工作寿命终止时随后的环境破坏的风险。目前对于这些材料不存在明确的再循环技术。在铅钙钛矿光伏元件的情况下，这常常被认为是其规模扩大和引入到市场的关键限制因素之一。因为铅有毒，所以对于铅钙钛矿太阳能电池的寿命终止问题是相关的。在铅钙钛矿光伏元件的领域中三种最常使用和有前景的材料为CH₃NH₃PbI₃(MAPbI₃)、HC(NH₂)₂PbI₃(FAPbI₃)和CH₃NH₃PbI_3-XCl_X(MAPbI_3-XCl_X)。通过铅钙钛矿太阳能电池的安全和环保再循环，可解决围绕其工作寿命终止时的毒性和污染问题，并且这些材料将能够在市场上具有更广泛应用。

因此，需要用于从例如铅电池组和太阳能电池中使用的铅基材料回收铅的改进的工艺。

发明内容

已经确定涉及使用深共熔溶剂(DES)的电化学再循环工艺可用于再循环铅基材料。铅的电化学再循环涉及从铅基材料提取铅的电化学工艺。提取的铅接着可用于新铅产品中。因此，在第一方面中，本发明提供用于从铅基材料提取铅的方法，所述方法包含：

将铅基材料溶解于深共熔溶剂中以形成电解液；

提供与电解液电接触的工作电极；

提供对立电极；和

通过电解液产生电势，从而在工作电极处的电解液中还原铅基材料的铅物质，以便将还原的铅物质沉积为铅金属；