способ утилизации никель-цинковых щелочных аккумуляторов

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.