Спосіб вилучення нікелю та кадмію з відпрацьованих лужних акумуляторів та батарей
Власники патенту UA 2506328:
Винахід відноситься до галузі вторинного одержання кольорових металів. Спосіб вилучення кадмію і нікелю з відпрацьованих лужних акумуляторів і батарей включає хімічну обробку відпрацьованих лужних акумуляторів і батарей з хлоридом амонію шляхом пропускання через них конденсованих парів нагрітого розчину аміаку у воді з розчиненням оксидів кадмію виділення розчинів аміакатів кадмію та нікелю та нагрівання їх з розкладанням на гідроксиди кадмію та нікелю, осадження гідроксидів кадмію та нікелю та відділення отриманого осаду від розчину, нагрівання розчину до випаровування, конденсування його та пропускання отриманого конденсату через масу, що залишилася. Відокремлюваний від осаду розчин при хімічній обробці перевіряють на наявність у ньому аміакатів кадмію та/або нікелю шляхом пробного впливу на нього сульфідами натрію або калію, а згадану перевірку повторюють до відсутності в розчині аміакатів кадмію та/або нікелю. Винахід забезпечує ефективне виділення гідроксидів кадмію та нікелю з відпрацьованих акумуляторів та батарей, а також дозволяє підвищити екологічну безпеку процесу. 4 з.п. ф-ли, 2 ін.
Винахід відноситься до галузі вторинного отримання кольорових металів, зокрема відпрацьованих нікель-кадмієвих акумуляторів і батарей.
Відомий спосіб передбачає можливість вилучення нікелю тільки у вигляді сплаву із залізом і для виділення нікелю потрібно проведення додаткових технологічних операцій, а крім того, при такому способі переробки практично виключається можливість подальшого використання кадмію.
При використанні даного способу вилуговування нікелю з магнітної фракції призводить до переведення врозчин сполук не тільки нікелю, а й заліза, відділення якого від нікелю і кадмію пов'язане зі значними технологічними труднощами, а вплив на немагнітну фракцію розчинами аміачних солей переведе у відповідний розчин не тільки кадмій, а й оксид нікелю, який може опинитися в цій .
Завданням винаходу є розробка способу, що забезпечує можливість порівняно простого та ефективного відокремлення гідроксидів кадмію та нікелю від конструктивних елементів відпрацьованих лужних нікель-кадмієвих акумуляторів та батарей.
Сутність винаходу полягає в тому, що в запропонованому способі вилучення кадмію і нікелю з відпрацьованих лужних акумуляторів і розчинів утворенням розчинів аміакатів кадмію і нікелю, виділення розчинів аміакатів кадмію і нікелю і нагрівання їх з розкладанням на гідроксиди кадмію і нікелю, осадження гідроксидів кадмію і нікелю і відділення отриманого осаду від розчину, нагрівання розчину до і , при цьому розчин, що відокремлюється від осаду при хімічній обробці перевіряють на наявність в ньому аміакатів кадмію і/або нікелю шляхом пробного впливу на нього сульфідами натрію або калію, а згадану перевірку повторюють до відсутності в розчині аміакатів кадмію і/або нікелю.
При цьому попередньо на ці відпрацьовані вироби механічно впливають до отримання сипучої маси однорідної консистенції, отриману сипучу масу змішують з хлоридом амонію, а отриману сипучумасу нагрівають, причому її нагрівання, нагрівання розчину аміаку та нагрівання розчинів аміакатів кадмію та нікелю виробляють до температур 90-110°C.
Крім того, використовують розчин аміаку з концентрацією 20-30%, а перевірку відокремлюваного від осаду розчину на наявність у ньому відповідно аміакатів кадмію та/або нікелю проводять через 0,5-1,5 години після початку хімічної обробки, причому при виявленні в ньому аміакатів перевірку розчину, що відокремлюється, повторюють через кожні 10-15 хвилин.
Технічний результат від використання винаходу полягає в ефективному виділенні гідроксидів кадмію і нікелю і відокремленні їх від конструктивних елементів відпрацьованих лужних кадмієво-нікелевих акумуляторів і батарей, а також у підвищенні екологічної безпеки процесу за рахунок утилізації отруйних сполук кадмію та проведення процесу.
Нікель-кадмієві акумулятори широко застосовують у техніці.
При цьому конструктивно нікель-кадмієві акумулятори виконують з вентильними пробками і герметичні, циліндричних, призматичних або дискових корпусах, з ламельними і безламельними електродами, причому електроди, що складаються з декількох пластин, з'єднані паралельно для збільшення ємності так, що негативні і негативні. Крім того, при використанні ламелів малих форм електродні пластини виготовляють скріпленням кількох ламелів, причому по краях така пластина затискається сталевими ребрами, що забезпечують необхідну механічну міцність складання.
Між позитивними та негативними пластинами розміщують сепаратор для просторового поділу пластин та перешкоди проходженню іонів активної речовини. Як сепаратори використовують ебонітові або поліетиленові грати, а також різніспеціальні тканинні матеріали та синтетичні плівки, якими пластини обгортають перед збиранням.
Корпус акумулятора виконують сталевим або пластмасовим, на кришці корпусу розміщують тоководи і горловину для заливки електроліту, що закривається пропускає гази з акумулятора, але перешкоджає проникненню зовнішнього повітря всередину акумулятора вентильною пробкою. У нижній частині корпусу акумулятора під пластинами залишають грязьовий (шлаковий) простір, куди осідає активна речовина, що вимиється.
У ламельних акумуляторах активну речовину поміщено (запресовано) всередині ламелей, а в безламельних акумуляторах активну речовину наносять на поверхню електродних пластин.
Як активну речовину позитивного електрода використовують гідроксид нікелю, як активну речовину негативного електрода - кадмій.
Процеси, що протікають у нікель-кадмієвому лужному акумуляторі, можна описати сумарним рівнянням:
Пропонований спосіб вилучення кадмію та нікелю з відпрацьованих лужних акумуляторів і батарей (далі продукт для обробки) виконують наступним чином:
У днищі відпрацьованих батарей і акумуляторів (далі акумулятор), де зосереджена велика частина активної маси, що обсипалася, роблять отвори для витікання розчину з цінними матеріалами активної маси, акумулятор вертикально поміщають у верхнє відділення апарату типу апарату Сокслетта (см, наприклад. ucoz.ru/index/ehkstrakcija_apparatom_soksletta/0-59), у відкритий отвір батареї (отвір для заливки електроліту) засипають хлорид амонію (NH4Cl). При цьому в нижню приймальну частину цього апарату заливають міцний ((20-30)%) розчин аміаку у воді.
При проведенні роботи можлива також механічна дія на акумулятори шляхомїх руйнування на дрібні шматки до отримання однорідної консистенції сипучої маси, після чого перемішують отриманого продукту для обробки з солями амонію (наприклад з хлоридом амонію) і завантажують отриману суміш у верхню частину апарату.
Розчин лугу та аміаку у воді нагрівають до випаровування (до температури (90-110)°C) гідрату окису амонію (NH4OH), пари конденсують у холодильнику і у вигляді крапель подають у відкритий отвір для заливки електроліту в акумуляторі, розчиняючи оксиди кадмию (відповідно CdO та NiO), але не діючи на полімерні матеріали ізоляторів та на залізо та його оксиди. (Весь цей брухт залишається у верхній частині апарату всередині корпусу колишнього акумулятора або у вигляді його уламків). Розчин аміакатів кадмію і нікелю ([Ni(NH3)4](OH)2 і [Cd(NH3)6](OH)2) по сифону стікає в нижній приймач, що нагрівається, де аміакати при нагріванні розкладають на гідроксиди кадмію і нікелю (відповідно Cd(OH)2 і Ni(OH)2) та пари гідроксиду амонію (NH4OH). Осад гідроксидів кадмію і нікелю залишається на дні приймача, і потім знову проводять цикл обробки відповідного продукту - гідроксид амонію, нагрівають, потім охолоджують і відповідно конденсують, а краплі цього конденсату знову подають на акумулятор і/або відповідний акумулятор, що знаходиться у верхній частині апарату. витягують наступні порції гідроксидів кадмію та нікелю.
Після (0,5-1,5) годин після початку такої фізико-хімічної обробки продукту розчин, що виділяється, перевіряють на наявність у ньому відповідно аміакатів кадмію та/або нікелю шляхом пробного впливу на нього сульфідами натрію або калію (відповідно Na2S або K2S), а потім такі проби повторюють через кожні 10-15 хвилин до тих пір, поки зазначений пробний вплив не покаже відсутністьвиділяється розчин аміакатів кадмію та/або нікелю, після чого процес закінчують.
Таким чином, відмітною ознакою запропонованого способу є багаторазове використання розчину аміаку без перезавантаження апарату, проведення процесу в лужному середовищі, що виключає розчинення сполук заліза та забруднення цінних продуктів.
Винахід підтверджується прикладами.
1. Спосіб вилучення кадмію і нікелю з відпрацьованих лужних акумуляторів і батарей, що включає хімічну обробку відпрацьованих лужних акумуляторів і батарей з хлоридом амонію шляхом пропускання через них конденсованих парів нагрітого розчину аміаку у воді з розчиненням аміків та нікелю, виділення розчинів аміакатів кадмію і нікелю і нагрівання їх з розкладанням на гідроксиди кадмію і нікелю, осадження гідроксидів кадмію і нікелю і відділення отриманого осаду від розчину, нагрівання розчину до випаровування, конденсування його і пропускання отриманого конденсату через залишку при хімічній обробці перевіряють на наявність у ньому аміакатів кадмію та/або нікелю шляхом пробного впливу на нього сульфідами натрію або калію, а згадану перевірку повторюють до відсутності в розчині аміакатів кадмію та/або нікелю.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що на відпрацьовані лужні акумулятори та батареї надають механічний вплив до отримання сипучої маси однорідної консистенції, а отриману сипучу масу змішують з хлоридом амонію.
3. Спосіб за п.2, який відрізняється тим, що отриману сипучу масу нагрівають, при цьому її нагрівання, нагрівання розчину аміаку та нагрівання розчину аміакатів кадмію і нікелю виробляють до температур 90-110°C.
4.Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що використовують розчин аміаку у воді з концентрацією 20-30%.
5. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що перевірку відокремлюваного від осаду розчину на наявність у ньому аміакатів кадмію та/або нікелю проводять через 0,5-1,5 год після початку хімічної обробки, причому при виявленні в ньому аміакатів перевірку відокремлюваного розчину повторюють через кожні 10-15 хв.