СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НИКЕЛЬ-ЦИНКОВЫХ ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ Российский патент 2013 года по МПК H01M10/54 

Техногенная деятельность человека приводит к огромному накоплению отходов, многие из которых в результате переработки могут стать полезными ресурсами вторичного использования. В отработанных аккумуляторах содержатся такие металлы, как железо, кадмий, цинк, никель, медь и другие, многие из них обладают токсическим эффектом при попадании в почву и далее по растительному пути к человеку, так как они зачастую выбрасываются. В связи с этим переработка отработанных аккумуляторов позволит не только снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду, но и позволит вернуть в производство указанные металлы. Как известно, в состав аккумуляторов входят пластмассовый корпус, активные массы положительного и отрицательного электродов, электроды (сетки), электролит. Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при утилизации аккумуляторов. Техническим результатом является разработка способа утилизации с получением товарных продуктов.

В основу способа утилизации Ni-Zn аккумуляторов положена реагентная утилизация. Способ состоит из технической и химической переработок. Техническая представляет из себя операцию разделения измельченного пластмассового корпуса путем всплытия в водной среде деталей, металлических токоотводов от металлосодержащей внутренней части аккумулятора механическим способом путем дробления с образованием металлопластмассового лома, из которого далее методом водной декантации (осаждаются) отделяются металлы, которые поступают на переработку, то есть происходит сепарация (разделение) пластмассового и металлического лома. Химическая переработка состоит в добавлении щелочного электролита и в растворении металлосодержащей части (активной массы, остатков металлических решеток) в серной кислоте, что приводит к образованию концентрированных растворов сульфатов никеля и цинка. Используя различную растворимость сульфатов никеля и цинка, можно провести их химическое разделение, за счет разделения на две фазы - жидкую, растворимую двузамещенную соль метацинковой кислоты и нерастворимую в виде твердого осадка гидроокиси никеля, которые можно разделить путем фильтрации, то есть произвести декантацию (отделение) осадка гидроокиси никеля. Отметим, что при взаимодействии с серной кислотой происходит выделение водорода, который тоже может быть собран. Механическая и химическая переработка составляют схему утилизации Ni-Zn аккумуляторов, которую можно представить следующим образом. Переработка активной массы в валковой дробилке → бункер накопитель → откуда дозированная подача в химический реактор с дозировкой серной кислоты, в котором происходит образование сульфатов цинка и никеля, выделение водорода → сбор водорода в газгольдер → обработка сульфатных растворов никеля и цинка через дозатор раствором щелочи (NaOH или КОН) до нейтрального рН → подача нейтрализованного раствора на барабанный фильтр → отделение сульфата натрия или калия → упаривание → сушка → готовый продукт сульфат натрия или калия (склад); осадок (гидроксиды Ni и Zn) дополнительно обрабатываются гидроксидом натрия (дозированием) → фильтрация на барабанном фильтре (гидроксид никеля выпадает в осадок) так как он нерастворим, упаривается и собирается, а фильтрат из-за амфотерных свойств гидроокиси цинка остается в растворе и в виде метацинковой кислоты, после упаривания и сушки складируется. Предлагаемый способ и составляет технологию реагентной рекуперации (извлечения и переработки исходных заложенных материалов) Ni-Zn аккумуляторов, является ресурсосберегающим, безотходным, аналоги отсутствуют, хотя исследования в этом направлении ведутся. Продукты переработки возвращаются в промышленное производство и могут быть использованы в различных ее отраслях в виде полезных веществ.

Разработана принципиальная схема рекуперационной утилизации никель-цинковых щелочных аккумуляторов (рис.1).

Активную массу, никель и цинк загружают в питатель 1, откуда они поступают в валковую дробилку 2 и затем в бункер 3. Конвейер 4 подает диспергированный материал в дозатор 5А, откуда он порциями поступает в реактор 6. Серная кислота из емкости 7 через дозатор 5Б также поступает в реактор 6, где происходит растворение активной массы, дробленого Zn и Ni, то есть химическая реакция между компонентами с образованием сульфатов цинка (II), никеля (II), никеля (III) и выделением водорода. Образующийся водород через каплеотбойник 8 и обратный холодильник 9 собирают в газгольдер 10.

Из реактора 6 насосом Н раствор подают в емкость 11 и через дозатор 11А в реактор 12. В реактор также поступает порциями щелочь (гидроксид натрия) из емкости 13 через дозатор 11Б, где происходит взаимодействие сульфатов цинка и никеля с подаваемой гидроокисью натрия (до рН≈7), в результате чего образуются осадки (твердая фаза) гидроокисей никеля и цинка, а также жидкая фаза сульфата натрия. Нейтрализованный раствор, который содержит гидроксиды никеля, цинка и сульфат натрия, из реактора подают на барабанный фильтр 14. Фильтрат (сульфат натрия) после упаривания в аппарате 15 и сушки в аппарате 16 поступает в виде готового продукта на склад.

Осадок (гидроксиды никеля и цинка) шнеком 17 подают в реактор 18. Сюда же подают щелочь (гидроксид натрия) из емкости 19 через дозатор 20. Осадок (гидроксиды никеля и цинка) в реакторе 18 после добавления гидроокиси натрия разделяются на две фазы - жидкую (гидроксид цинка вследствие амфотерных свойств переводится в растворимую двузамещенную соль метацинковой кислоты), которая остается в фильтрате, и твердую (гидроксиды) никеля. Смесь из реактора выпускают на барабанный фильтр 21. Осадок с фильтра (гидроксид никеля (III)) после упаривания в аппарате 22 и сушки в аппарате 23 поступает в виде готового продукта на склад.

Фильтрат (двузамещенная натриевая соль метацинковой кислоты) подают на упаривание в аппарат 24 и сушку в аппарат 25, после чего готовый продукт поступает на склад.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и промышленной экологии. Способ механической и химической переработки утилизируемых Ni-Zn аккумуляторов заключается в механической сепарации пластмассовой и металлической составляющей, в химической стадии растворения активной массы внутренней части в серной кислоте с последующей нейтрализацией в щелочи, сепарацией осадка гидроокиси никеля, сбором фильтрата метацинковой кислоты, сушкой и сбором готового продукта. Техническим результатом является обеспечение утилизации с получением товарных продуктов и ресурсосбережения. 1 ил.

Способ химической рекуперации отработанных аккумуляторов, заключающийся в сепарации пластмассового и металлического лома, а также в растворении металлосодержащей внутренней части аккумулятора в серной кислоте с последующей нейтрализацией в щелочи и декантацией осадка гидроокиси никеля и сбором фильтрата метацинковой кислоты с последующей сушкой и сбором готового продукта.