Способ разборки отработавших ресурс аккумуляторных батарей Советский патент 1993 года по МПК H01M10/54 

(Л

С

Использование: утилизация свинцовых аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: из отработанной аккумуляторной ба тареи сливают электролит, отделяют дно и подключают к выпрямителю , после чего промывают дистиллированной водой, сушат и погружают в ванну с электролитом. Обе клеммы аккумуляторной батареи подсоединяют к положительному полюсу выпрямителя и подают ток, не превышающий 40 А/кг веса металлосодержащей части. В ванне может быть установлена диафрагма, разделяющая катодное и анодное пространства. Нерастворившиеся металлсодержащие остатки отделяют от моноблока и сепаратора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для разборки отработавших своей ресурс свин- цово-кислотных аккумуляторных батарей.

Целью изобретения является повышение производительности процесса разборки при уменьшении загрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями.

Цель решается за счет того, что в известном электрохимическом способе извлече- ния свинца из аккумуляторов при погружении аккумулятора в ванну с электролитом при подаче тока на аккумулятор происходит процесс селективного растворения токоподводящей решетки электрода. Переход металлов токолодводящей решетки в ионной форме в обьем электролита приводит к тому, что токоподводящая решетка становится непрочной, распадается на части и отделяется от металлических штырей.

Это позволяет по окончании процесса извлечь из моноблока аккумулятора мало растворившуюсяактивнуюмассуположительных и отрицательных электродов вместе с остатками металлических деталей, представляющими из себя однородную дисперсную массу, простым механическим вытряхиванием..не дробя или разделяя моноблок и сепараторы,и проводить переработку полученного шлама известными методами.

Процесс электрохимической разборки можно проводить в любом из известных электролитов, в которых возможен процесс перехода свинца из сплавов решетки электродов в виде ионов в объем электролита, в частности в кремнийфтористоводородный, сульфанатный, ацетатный, фенолсульфоно- вый, алкилсульфоновый. хлоратный, хлористый, щелочной электролит. В данной работе в ванне электрохимической разбор00

со

XI со

V|

со

ки использовался борфтористоводородный электролит. Борфтористоводородный электролит состоит из борфторводородной кис- лоты HBF4 в количестве 10-550 г/л, борфтористоводородного свинца в концентрации по свинцу от 5-600 г/л, борной кислоты 0-40 г/л, выравнивающей добавки -0.01-50 г/л. Чтобы в электролите не накапливались ионы свинца, можно осуществить выделение свинца или его сплава на электродах, находящихся в том же растворе электролита в виде плотного осадка и/или в виде дендритов, или в виде губчатого осадка металлического свинца, одновременно можно выделять свинец в виде гальванически осажденного диоксида свинца на нерастворимых в данном электролите анодах, или осаждая свинец в виде его нерастворимых химических соединений. В данном способе может использоваться диафрагма, разделяющая анодное и катодное пространство, причем в анодном пространстве находится аккумулятор, а в катодном - электрод, подсоединенный к отрицательной клемме источника питания. Диафрагма может изготавливаться из любого химически устойчивого в данной среде материала или катионо -или анионообменной мембраны. Целью применения диафрагмы является разделение катодного и анодного пространства, чтобы, во-первых, предотвратить попадание частичек сурьмяносодержащего шлама на катод, что может привести к загрязнению катодного свинца, и, во-вторых, возможности использовать в катодном пространстве электролит с другой концентрацией кислоты и/или свинца и/или выравнивающей добавки. В случае отсутствия в анодном пространстве ионов свинца, ионы свинца будут накапливаться в катодном пространстве и, для извлечения их из электролита, можно использовать дополнительную ванну, в которой свинец осаждается на катодах, а диоксид свинца - на анодах.

В ходе процесса электрохимической разборки в аккумуляторе, положительная и отрицательная клеммы которого подсоединены к положительной клемме источника тока, а анодный ток через аккумулятор не превышает 40 А на килограмм металлов и соединений металлов, содержащихся в батарее, происходят следующие химические и электрохимические реакции:

1Г Токоподводящие решетки электродов, состоящие из сплава свинец-сурьма, с 2-7,5 процентным содержанием сурьмы и других легирующих добавок, подвергаются анодному растворению.

РЬ-РЬ2++2е

Сурьма и добавки преимущественно не растворяются и переходят в шлам.

РЬО + 2HBF4 Pb(BF4)2+H20

свинца в основном взаимодействует со свинцом, содержащимся в токоподводящей решетке положительного электрода, и вызывает ее растворение. Реакция взаимодей- ствия с свинцом решетки с диоксидом свинца описывается общей формулой РЬ+РЬ02+4Н В (B F4)2+2H20 Таким образом селективное растворение токоподводящих решеток и массивных металлических деталей происходит за счет электрохимического растворения под воздействием анодного тока, и взаимодействия свинца решеток с диоксидом свинца.

Сопоставительный анализ заявляемого

решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного

тем, что в ходе процесса электрохимической

разборки происходит преимущественное

растворение решетки электродов, что позволяет извлечь активную массу электродов

из аккумулятора.

Новизна предлагаемого технического решения заключается в том, что преимущественное растворение токоподводящей решетки осуществляется за счет подсоединения положительной и отрицательной клеммы аккумулятора к положительному полюсу выпрямителя. Это приводит к растворению токоподводящей

решетки как положительного так и отрицательного электрода во всех ячейках аккумуляторной батареи. Описанный в прототипе способ подсоединения не может привести к растворению решетки аккумулятора во всех

ячейках батареи и токоподводящая решетка остается целой и удерживает активную массу внутри моноблока батареи t целью достижения полноты растворения активной массы.

Новизна предлагаемого способа разборки заключается также в том, что для проведения селективного растворения токоподводящих решеток используется анодный ток, величина которого не превышает 40 А на килограмм свинцового сплава и окислов, содержащихся в свинцовр-кис- лотной аккумуляторной батареи. При величине анодного тока более указанной селективное растворение затруднена из-за

агревания электролита и образования диоксида свинца на то ко под водя щей решетке. В прототипе величина тока растворения электродов не указана, однако, из анализа косвенных данных - времени растворения электродов аккумулятора, которое составляет 4-10 сут, можно сделать вывод, что в предлагаемом решении ток, подаваемый на батарею больше в 2-8 раз чем у прототипа.

Новизной предлагаемого решения является использование в частном случае диафрагмы, разделяющей анодное и катодное пространство. В прототипе диафрагма не используется.

Заявляемый способ отличается от известного еще и тем, что имеет различные операции предобработки аккумуляторной батареи по сравнению с прототипом - в прототипе сначала происходит заряжение батареи, а потом слив электролита и промывка, в заявляемом способе отсутствует предваряющий промывку заряд батареи.

Способ электрохимической разборки аккумуляторных батарей осуществляется следующим образом. Из аккумулятора сливается электролит, удаляется дно моноблока и/или проделывается отверстие в дне и/или стенке каждой ячейки моноблока любого размера и формы. После удаления дна происходит соединение клемм аккумулятора с изолированными проводами, место контакта гибких проводов с клеммами аккумулятора может быть изолировано для предотвращения растворения контакта. Последующей операцией является промывка аккумулятора струями воды и/или погружением в ванну с проточной водой. После промывки батареи возможна сушка аккумуляторной батареи. После чего ее помещают в ванну с борфтористоводородным электролитом. Изолированные кабели, подсоединенные к клеммам аккумулятора подсоединяют к положительной клемме источника питания до или после погружения аккумулятора в электролит, вторую клемму выпрямителя соединяют с электродом, выполненным из токоподводящего материала, устойчивого в среде данного электролита - меди, свинца, графита, и др. Данный электрод находится в той же ванне и может быть отделен от аккумулятора диафрагмой. Источник постоянного тока включают до или после погружения аккумулятора в обьем электролита. Процесс селективного растворения токоподводящей решетки продолжается от 6 ч и более и зависит от величины подаваемого на ванну тока, в общем случае величина которого не превышает 40 А на килограмм веса металлсодержащей части. Аккумулятор вынимают из ванны электрохимической разборки и механически отделяют

активную массу аккумулятора от пластмассового моноблока, после чего разделенные части поступают на дальнейшую переработку.

5П р и м е р . На лабораторной установке

была проведена разборка отработавшего свой ресурс малогабаритной мотоциклетной аккумуляторной батареи З-МТ-8. После слива электролита у батареи было отделено

О дно. К клеммам батареи были подсоединены изолированные кабели, подсоединенные другим концом к клеммам стабилизированного источника постоянного тока. Батарея была помещена в ванну промывки, объемом

5 3 л. заполненную дистиллированной водой. После данной операции аккумулятор вынимается из промываемого раствора, сушится на воздухе при комнатной температуре в течение 6 часов и помещается в ванну

0 электрохимической разборки. Кабели, подсоединенные к клеммам аккумулятора, подсоединяются к положительной клемме источника тока, отрицательная клемма подсоединяется к катоду, выполненному из

5 меди или листового свинца, катод находится в ванне с борфтористоводородным электролитом, обьем 5 литров. Электролит, находящийся в ванне, представляет собой смесь борфтористоводородной кислоты, борфто0 ристоводородного свинца, выравнивающей добавки. Ток. подаваемый на ванну от выпрямителя, не превышал 40 А на килограмм веса металлсодержащей части. По окончании процесса электрохимразборки батарея

5 вынималась из ванны, после чего активная масса с остатками токоподводящей решетки извлекалась из аккумулятора. Нерастворенная активная масса с остатками токоподводящей решетки представляет со0 бой дисперсный конгломерат. Остатки токо- подводящей решетки и массивных токоподводов представлены в виде рассыпающихся, мажущихся структур, сохранивших внешнюю форму решеток и токоподводов.

5П р и м е р 2. На укрупненной лабораторной установке была проведена разборка прошедшей срок службы автомобильной аккумуляторной батареи 6-СТ-55ЭМ. Процесс проводился аналогично процессу, описан0 ному в примере 1. У батареи удалялось дно, подсоединялись кабелями клеммы аккумулятора к положительной клемме источника тока, проводилась отмывка батареи от остатков серной кислоты в баке емкостью 100

5 л, наполненном водой, далее аккумулятор полностью опускался в ванну с борфтористоводородным электролитом емкостью 85 л. Электрохимическая разборка проводилась током, не превышающим 40 А/кг, после

чего нерастворившаяся активная масса выгружалась из моноблока. Состояние активной массы, степень растворения токоподводов, полученные в примере 2, были близки к результатам, полученным в при- мере 1. .-.

Заявляемый процесс позволяет:

Формула изобретения 1. Способ разборки отработавших ресурс аккумуляторных батарей, заключаю- щийся в сливе электролита из аккумуляторной батареи, удалении дна, подключении полюсов аккумуляторной батареи к полюсам выпрямителя, промывке и сушке батареи, полном погружении батареи в ванну с электролитом, подаче электрического тока на батарею, отличающийся тем, что, растворение решеток электродов ведут при подключении обоих полюсов аккумуляторной батареи к положительному полюсу выпрямителя и подаче анодного тока, не превышающего 40 А на килограмм общего веса свинцового сплава и свинцовых соединений, и последующем отделении нерастворившихся металлсодержащих остатков и активной массы от моноблока и сепаратора.

5.Способ по п. 1,отличающийся тем, что в ванну с электролитом устанавливают диафрагму, разделяющую катодное и анодное пространство.