способ регенерации отработанного раствора щелочного аккумулятора

Формула изобретения

1. Способ регенерации отработанного раствора щелочного аккумулятора, отличающийся тем, что регенерацию раствора ведут электромембранным способом в двухкамерном электродиализаторе с катионитовой мембраной при плотности тока 300 - 700 А/м², в анодную камеру которого заливают отработанный раствор, а в катодной камере получают калиевую щелочь с концентрацией 300 - 350 г/дм³.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регенерацию ведут с анодом из платинированного титана до остаточной концентрации калия в анолите 9,7 - 13,62 г/дм³.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регенерацию ведут с анодом из стали 3 до остаточной концентрации калия в анолите 42 - 70 г/дм³.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регенерацию ведут с анодом из стали 3 до остаточной концентрации калия в анолите 95 г/дм³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области регенерации химических реагентов из отработанных технологических растворов с целью их многократного использования.

Известны различные способы очистки отработанных растворов сточных и сбросных вод: нейтрализация кислот и щелочей, соосаждение минеральных примесей с солями и т.д. Так, например, глубокая очистка сточных вод, содержащих ртуть, проводится путем ее выделения в осадок в виде сульфида, а ионы цинка, хрома (III), свинца, меди, кадмия переводятся щелочами или содой в труднорастворимые гидроксиды или карбонаты (Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. С. 135).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ регенерации калиево-литиевого и натриево-литиевого электролитов щелочного аккумулятора (авт. св. 342252, МКИ H 01 M 10/54). Способ заключается в обработке предварительно нагретого отработанного электролита гидроксидом бария и перемешивания образующейся смеси до образования гидроксида калия и осадка карбоната бария, который далее выделяют из суспензии методом отстаивания.

Приведенный химический способ регенерации имеет ряд существенных недостатков, из которых одним из главных является высокая токсичность карбоната бария, что приводит к необходимости принятия особых мер предосторожности при работе с этим продуктом ("Вредные вещества в промышленности", т.3, с.366-369). В связи с этим, осадок карбоната бария требует также специального захоронения, т.е. данный способ с экологической точки зрения весьма опасен. Кроме того, данный способ относительно дорогой, поскольку стоимость гидроксида бария сравнима со стоимостью гидроксида калия, а допустимая концентрация карбоната калия в исходном растворе (в зависимости от назначения аккумулятора) может составлять свыше 100 г/дм³.

Нами предлагается способ регенерации, свободный от приведенных недостатков, т.е. является простым, дешевым, экологически безопасным, автоматически управляемым. Способ не требует химических реагентов. Он заключается в том, что регенерацию отработанного раствора щелочного аккумулятора ведут электромембранным методом в двухкамерном электродиализаторе с катионитовой мембраной. В анодную камеру заливают исходный отработанный раствор с содержанием калиевой щелочи 200-250 г/дм³, карбоната калия свыше 50-100 г/дм³, в катодной камере получают чистую калиевую щелочь с концентрацией 300-350 г/дм³ при плотности тока 300-700 А/м².

Электромембранный процесс проводится с анодом из платинированного титана или железным анодом из стали 3. В первом случае процесс регенерации ведется до концентрации бикарбоната калия в анолите не ниже 25-35 г/дм³, что соответствует содержанию калия 9,7-13,62 г/дм³. Ниже этой концентрации температура раствора поднимается выше 60^oС, что сильно осложняет его осуществление, т.к. происходит нарушение целостности мембраны и платинового покрытия. Во втором случае процесс регенерации ведут до остаточной концентрации калиевой щелочи в анолите не ниже 20 г/дм³, что в зависимости от содержания карбоната калия в исходном растворе соответствует концентрации калия в анолите 42-70 г/дм³. Ниже этой концентрации стальной анод сильно корродирует и приходит в негодность, а раствор загрязняется железосодержащими примесями. В третьем случае электромембранный процесс регенерации щелочи ведут до остаточной концентрации калия в анолите 95 г/дм³ независимо от содержания карбоната в исходном растворе, что необходимо для оптимального соотношения компонентов (азота, фосфора, калия и магния) в комплексном жидком минеральном удобрении "Урожай". Доля калия в нем составляет 6 мас.%.

Плотность тока 300-700 А/м² обеспечивает оптимальные показатели электродиализа: удельный расход электроэнергии не выше 3 кВтч/кг КОН, выход по току щелочи не ниже 55%. При плотности тока ниже 300 А/м² значительно снижается массоперенос щелочи, при плотности тока свыше 700 А/м² увеличивается удельный расход электроэнергии (до 4 кВтч/кг) и происходит сильный нагрев растворов, что отрицательно сказывается на прочности мембраны. Увеличение расхода энергии происходит и при получении более концентрированной щелочи, свыше 350 г/дм³.

Осуществление электромембранного процесса не требует дорогого и сложного оборудования. Процесс легко автоматизируется. Экономическую эффективность подтверждает невысокий удельный расход электроэнергии, ~3 кВтч/кг, т.е. затраты на 1 кг регенерированной щелочи будут составлять ~3 руб., что по крайней мере на порядок ниже, чем покупная щелочь. Регенерация калиевой щелочи в электродиализаторе не сопровождается выделением вредных веществ, что свидетельствует об экологической безопасности метода.

Пример 1. Отработанный раствор щелочного аккумулятора, содержащий 200 г/дм³ калиевой щелочи и свыше 50 г/дм³ карбоната калия, заливают в анодную камеру двухкамерного электродиализатора, разделенного катионитовой мембраной, а в катодную - заливают слабый раствор (~10 г/дм³) КОН или дистиллированную воду. Электромембранный процесс ведут при плотности тока 300 А/м² с платинированным титановым анодом до получения в католите чистой щелочи с концентрацией 350 г/дм³ и до остаточной концентрации калия в анолите 9,7 г/дм³. Регенерированную щелочь далее направляют на повторное использование в аккумулятор, а остаточный анолит на разбавление и сброс.

Пример 2. Отработанный раствор щелочного аккумулятора, содержащий 250 г/дм³ КОН и 100 г/дм³ карбоната калия заливают в анодную камеру электродиализатора, а в катодную - слабый раствор (~10 г/дм³) КОН или дистиллированную воду. Процесс ведут при плотности тока 500 А/м² с анодом из стали 3 до получения в католите щелочи с концентрацией 300 г/дм³ и до остаточной концентрации в анолите калия 42 г/дм³. Щелочь далее передают на использование в аккумулятор, а остаточный раствор на карбонизацию углекислым газом для перевода щелочи в соль и затем на упаривание для получения сухого поташа К₂СО₃.

Пример 3. Отфильтрованный раствор щелочных аккумуляторов, содержащий 200 г/дм³ КОН и свыше 50 г/дм³ карбоната калия заливают в анодную камеру двухкамерного электродиализатора, разделенного катионитовой мембраной, а в катодную - ~ 10 г/дм³ КОН или дистиллированную воду. Процесс ведут при плотности тока 700 А/м² с анодом из стали 3 до получения в католите щелочи с концентрацией 350 г/дм³ и до остаточной концентрации в анолите калия 95 г/дм³. Такая концентрация иона калия необходима для приготовления жидкого комплексного удобрения "Урожай", в котором доля калия составляет 6 мас.%.

Таким образом, еще одно преимущество данного способа регенерации перед известным - безотходность.