Application of a Sulfur Removal Hydrometallurgical Process in a Lead-Acid Battery Recycling Plant in Costa Rica

Abstract

This study presents the implementation of a desulphurization process for lead recycling under different chemical and physical conditions using pyro-metallurgical processes. Desulphurization was done using a hydrometallurgical process using sodium carbonate as a desulphurization agent and different lead bearing loads compositions. Waste characterization included: SO2 concentrations in the stack emissions, total lead content in the furnace ash, the total lead content in the slag, and the toxicity characteristic leaching procedure (TCLP). A significant reduction in SO2 emissions was achieved (~55% reduc tion) where mean SO2 concentrations changed from 2193 ± 135 ppm to 1006 ± 62 ppm after the implementation of the modified processes. The desulfurized lead paste (i.e. the metallic fraction lead of the battery) of the modified process exhibited an improvement in the concentration of the lead in the TCLP test, with an average value of 1.5 ppm which is below US EPA limit of 5 ppm. The traditional process TCLP mean value for the TCLP was 54.2 ppm. The total lead content in the bag house ashes shows not significant variations, when comparing the desulphurization (67.6% m/m) and non-desulphurizationvprocess (64.9% m/m). The total lead mean content in the slag was higher in the desulphurization process (2.49% m/m) than the traditional process (1.91% m/m). Overall, the implementation of a new esulphurization method would potentially increase the operation costs in 10.3%. At the light of these results, a combination of hydrometallurgical and pyro-metallurgical processes in the recycling of lead-acid batteries can be used to reduce the environmental im pact of these industries but would increase the operational costs of small lead recyclers.

Este estudio presenta la implementación de un proceso de desulfuración para el reciclaje de plomo en diferentes condiciones químicas y físicas mediante procesos pirometalúrgicos. La desulfuración se realizó mediante un proceso hidrometalúrgico utilizando carbonato de sodio como agente desulfurante y diferentes composiciones de cargas que contienen plomo. La caracterización de los residuos incluyó: concentraciones de SO2 en las emisiones de la chimenea, contenido total de plomo en las cenizas del horno, contenido total de plomo en la escoria y el procedimiento de lixiviación de características de toxicidad (TCLP). Se logró una reducción significativa en las emisiones de SO2 (~55% de reducción), donde las concentraciones medias de SO2 cambiaron de 2193 ± 135 ppm a 1006 ± 62 ppm después de la implementación de los procesos modificados. La pasta de plomo desulfurado (es decir, la fracción metálica de plomo de la batería) del proceso modificado mostró una mejora en la concentración de plomo en la prueba TCLP, con un valor promedio de 1,5 ppm, que está por debajo del límite de 5 ppm de la EPA de EE. UU. El valor medio del TCLP del proceso tradicional para el TCLP fue de 54,2 ppm. El contenido total de plomo en las cenizas de la casa de bolsas no muestra variaciones significativas, al comparar el proceso de desulfuración (67,6% m/m) y el de no desulfuración (64,9% m/m). El contenido medio de plomo total en la escoria fue mayor en el proceso de desulfuración (2,49% m/m) que en el proceso tradicional (1,91% m/m). En general, la implementación de un nuevo método de esulfurización aumentaría potencialmente los costos de operación en un 10,3%. A la luz de estos resultados, se puede utilizar una combinación de procesos hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos en el reciclaje de baterías de plomo-ácido para reducir el impacto ambiental de estas industrias, pero aumentaría los costos operativos de los pequeños recicladores de plomo.