Способ извлечения никеля и кадмия из отработанных щелочных аккумуляторов и батарей

Изобретение относится к области вторичного получения цветных металлов. Способ извлечения кадмия и никеля из отработанных щелочных аккумуляторов и батарей включает химическую обработку отработанных щелочных аккумуляторов и батарей с хлоридом аммония путем пропускания через них конденсированных паров нагретого раствора аммиака в воде с растворением оксидов кадмия и никеля и образованием растворов аммиакатов кадмия и никеля, выделения растворов аммиакатов кадмия и никеля и нагревания их с разложением на гидроксиды кадмия и никеля, осаждения гидроксидов кадмия и никеля и отделения полученного осадка от раствора, нагревания раствора до испарения, конденсирования его и пропускания полученного конденсата через оставшуюся массу. Отделяемый от осадка раствор при химической обработке проверяют на наличие в нем аммиакатов кадмия и/или никеля путем пробного воздействия на него сульфидами натрия или калия, а упомянутую проверку повторяют до отсутствия в растворе аммиакатов кадмия и/или никеля. Изобретение обеспечивает эффективное выделение гидроксидов кадмия и никеля из отработанных аккумуляторов и батарей, а также позволяет повысить экологическую безопасность процесса. 4 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к области вторичного получения цветных металлов, в частности из отработанных никель-кадмиевых аккумуляторов и батарей.

Известен способ переработки отработанных пластин никелево-железных (кадмиевых) аккумуляторов (см., например, авторское свидетельство СССР №539087 с приоритетом от 1976 г., МПК: C22B 23/02), заключающийся в плавке этих пластин при температуре 1450-1575°C с получением никеля в виде сплава с железом, при этом кадмий возгоняется и выбрасывается с отходящими газами.

Известный способ предусматривает возможность извлечения никеля только в виде сплава с железом и для выделения никеля требуется проведение дополнительных технологических операций, а, кроме того, при таком способе переработки практически исключается возможность дальнейшего использования кадмия.

Наиболее близким аналогом - прототипом является способ переработки никель-кадмиевого скрапа (см., например, патент РФ №2164956 с приоритетом от 11.10.1999 г., МПК: C22B 7/00 и C22B 23/00), включающий предварительный нагрев скрапа и его окисление кислородом воздуха при температуре 690-900°C, после чего этот скрап охлаждают и подвергают магнитной сепарации, в результате которой получают магнитную и немагнитную фракции, затем из магнитной фракции путем воздействия на нее концентрированными растворами минеральных кислот выщелачивают никель, а из немагнитной фракции с помощью соответствующего воздействия насыщенными растворами аммиачных солей выделяют кадмий.

При использовании данного способа выщелачивание никеля из магнитной фракции приводит к переводу в раствор соединений не только никеля, но и железа, отделение которого от никеля и кадмия сопряжено со значительными технологическими трудностями, а воздействие на немагнитную фракцию растворами аммиачных солей переведет в соответствующий раствор не только кадмий, но и оксид никеля, который может оказаться в этой фракции.

Задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего возможность сравнительно простого и эффективного отделения гидроксидов кадмия и никеля от конструктивных элементов отработанных щелочных никель- кадмиевых аккумуляторов и батарей.

Сущность изобретения состоит в том, что в предложенном способе извлечения кадмия и никеля из отработанных щелочных аккумуляторов и батарей, включающем химическую обработку отработанных щелочных аккумуляторов и батарей с хлоридом аммония путем пропускания через них конденсированных паров нагретого раствора аммиака в воде с растворением оксидов кадмия и никеля и образованием растворов аммиакатов кадмия и никеля, выделения растворов аммиакатов кадмия и никеля и нагревания их с разложением на гидроксиды кадмия и никеля, осаждения гидроксидов кадмия и никеля и отделения полученного осадка от раствора, нагревания раствора до испарения, конденсирования его и пропускания полученного конденсата через оставшуюся массу, при этом отделяемый от осадка раствор при химической обработке проверяют на наличие в нем аммиакатов кадмия и/или никеля путем пробного воздействия на него сульфидами натрия или калия, а упомянутую проверку повторяют до отсутствия в растворе аммиакатов кадмия и/или никеля.

При этом предварительно на эти отработанные изделия оказывают механическое воздействие до получения сыпучей массы однородной консистенции, полученную сыпучую массу смешивают с хлоридом аммония, а полученную сыпучую массу нагревают, причем ее нагрев, нагрев раствора аммиака и нагрев растворов аммиакатов кадмия и никеля производят до температур 90-110°C.

Кроме того, используют раствор аммиака с концентрацией 20-30%, а проверку отделяемого от осадка раствора на наличие в нем соответственно аммиакатов кадмия и/или никеля производят через 0,5-1,5 часа после начала химической обработки, причем при обнаружения в нем аммиакатов проверку отделяемого раствора повторяют через каждые 10-15 минут.

Технический результат от использования изобретения заключается в эффективном выделении гидроксидов кадмия и никеля и отделении их от конструктивных элементов отработанных щелочных кадмиево-никелевых аккумуляторов и батарей, а также в повышении экологической безопасности процесса за счет утилизации ядовитых соединений кадмия и проведения процесса в замкнутом объеме аппарата.

Никель-кадмиевые аккумуляторы широко применяют в технике.

При этом конструктивно никель-кадмиевые аккумуляторы выполняют с вентильными пробками и герметичные, в цилиндрических, призматических или дисковых корпусах, с ламельными и безламельными электродами, причем электроды, состоящие из нескольких пластин, соединены параллельно для увеличения емкости так, что отрицательные и положительные пластины чередуются. Кроме того, при использовании ламелей малых форм электродные пластины изготавливают скреплением нескольких ламелей, причем по краям такая пластина зажимается стальными ребрами, обеспечивающими требуемую механическую прочность сборки.

Между положительными и отрицательными пластинами размещают сепаратор для пространственного разделения пластин и препятствия прохождению ионов активного вещества. В качестве сепараторов используют эбонитовые или полиэтиленовые решетки, а также различные специальные тканевые материалы и синтетические пленки, которыми пластины обертывают перед сборкой.

Корпус аккумулятора выполняют стальным или пластмассовым, на крышке корпуса размещают тоководы и горловину для заливки электролита, закрываемую пропускающей газы из аккумулятора, но препятствующей проникновению наружного воздуха внутрь аккумулятора вентильной пробкой. В нижней части корпуса аккумулятора под пластинами оставляют грязевое (шлаковое) пространство, куда оседает вымываемое активное вещество.

В ламельных аккумуляторах активное вещество помещено (запрессовано) внутри ламелей, а в безламельных аккумуляторах активное вещество наносят на поверхность электродных пластин.

В качестве активного вещества положительного электрода используют гидроксид никеля, в качестве активного вещества отрицательного электрода - кадмий.

Процессы, протекающие в никель-кадмиевом щелочном аккумуляторе, можно описать суммарным уравнением:

2NiO(OH)+Cd+2H₂O«-»2Ni(ОН)₂+Cd(ОН)₂,

Предлагаемый способ извлечения кадмия и никеля из отработанных щелочных аккумуляторов и батарей (далее продукт для обработки) выполняют следующим образом:

В днище отработанных батарей и аккумуляторов (далее аккумулятор), где сосредоточена большая часть осыпавшейся активной массы, делают отверстия для вытекания раствора с ценными материалами активной массы, аккумулятор вертикально помещают в верхнее отделение аппарата типа аппарата Сокслетта (см, например, http//alchemy.ucoz.ru/index/ehkstrakcija_apparatom_soksletta/0-59), в откры тое отверстие батареи (отверстие для заливки электролита) засыпают хлорид аммония (NH₄Cl). При этом в приемную нижнюю часть этого аппарата заливают крепкий ((20-30)%) раствор аммиака в воде.

При проведении работы возможно также механическое воздействие на аккумуляторы путем их разрушения на мелкие куски до получения однородной консистенции сыпучей массы, после чего производят перемешивание полученного продукта для обработки с солями аммония (например с хлоридом аммония) и загружают полученную смесь в верхнюю часть аппарата.

Раствор щелочи и аммиака в воде нагревают до испарения (до температуры (90-110)°C) гидрата окиси аммония (NH₄OH), пары конденсируют в холодильнике и в виде капель подают в открытое отверстие для заливки электролита в аккумуляторе, растворяя оксиды кадмия и никеля (соответственно CdO и NiO), но не действуя на полимерные материалы изоляторов и на железо и его оксиды. (Весь этот лом остается в верхней части аппарата внутри корпуса бывшего аккумулятора или в виде его обломков). Раствор аммиакатов кадмия и никеля ([Ni(NH₃)₄](OH)₂ и [Cd(NH₃)₆](OH)₂) по сифону стекает в нижний нагреваемый приемник, где аммиакаты при нагреве разлагают на гидроксиды кадмия и никеля (соответственно Cd(OH)₂ и Ni(OH)₂) и пары гидроокиси аммония (NH₄OH). Осадок гидроксидов кадмия и никеля остается на дне приемника, и затем снова проводят цикл обработки соответствующего продукта - гидроокись аммония, нагревают, затем охлаждают и соответственно конденсируют, а капли этого конденсата вновь подают на находящийся в верхней части аппарата аккумулятор и/или соответствующий аккумуляторный лом и извлекают последующие порции гидроксидов кадмия и никеля.

После (0,5-1,5) часов после начала такой физико-химической обработки продукта выделяемый раствор проверяют на наличие в нем соответственно аммиакатов кадмия и/или никеля путем пробного воздействия на него сульфидами натрия или калия (соответственно Na₂S или K₂S), а затем такие пробы повторяют через каждые 10-15 минут до тех пор, пока указанное пробное воздействие не покажет отсутствие в выделяемом растворе аммиакатов кадмия и/или никеля, после чего процесс заканчивают.

Таким образом, отличительным признаком предлагаемого способа является многократное использование раствора аммиака без перезагрузки аппарата, проведение процесса в щелочной среде, исключающей растворение соединений железа и загрязнение ценных продуктов.

Изобретение подтверждается примерами.

Пример №1.

Батарею из цилиндрических герметичных аккумуляторов в железном корпусе разбивают на куски, получая продукт для обработки, который смешивают с хлоридом аммония в расчете 15% соли по весу от веса продукта (аккумулятора), затем помещают в аппарат для извлечения аммиакатов, состоящий из сосуда для загрузки отходов аккумулятора, приемника с 20-30% водным раствором аммиака, нагревателя приемника и обратного холодильника к сосуду с отходами. Нагревают (до температуры (90-110)°C) приемник (соответственно продукт и раствор аммиака) до кипения раствора аммиака. Через час работы прибора с помощью сульфидов натрия или калия (соответственно Na₂S или K₂S) берут пробу на содержание аммиакатов кадмия и никеля на пробном стекле, а затем, при наличии в пробе аммиакатов, продолжают процесс извлечения аммиакатов и повторяют отбор проб каждые 10-15 минут. При отсутствии в пробе аммиакатов процесс прекращают, осадок гидроокисей со дна приемника выгружают и с помощью родонита аммония (NH₄CNS) делают в нем пробу на содержание железа. Проба показывает отсутствие железа в продукте.

Пример №2.

В дне призматического ламельного аккумулятора в пластмассовом корпусе делают отверстия диаметром 4-6 мм, вносят через отверстие в крышке хлорид аммония в расчете 20% по весу от веса аккумулятора, далее ведут процесс как в примере 1. После прекращения процесса при отсутствии в пробе аммиакатов никеля и кадмия процесс прекращают, осадок гидроокисей со дна приемника выгружают и делают пробу на содержание железа. Проба показывает отсутствие железа в продукте.

1. Способ извлечения кадмия и никеля из отработанных щелочных аккумуляторов и батарей, включающий химическую обработку отработанных щелочных аккумуляторов и батарей с хлоридом аммония путем пропускания через них конденсированных паров нагретого раствора аммиака в воде с растворением оксидов кадмия и никеля и образованием растворов аммиакатов кадмия и никеля, выделения растворов аммиакатов кадмия и никеля и нагревания их с разложением на гидроксиды кадмия и никеля, осаждения гидроксидов кадмия и никеля и отделения полученного осадка от раствора, нагревания раствора до испарения, конденсирования его и пропускания полученного конденсата через оставшуюся массу, при этом отделяемый от осадка раствор при химической обработке проверяют на наличие в нем аммиакатов кадмия и/или никеля путем пробного воздействия на него сульфидами натрия или калия, а упомянутую проверку повторяют до отсутствия в растворе аммиакатов кадмия и/или никеля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на отработанные щелочные аккумуляторы и батареи оказывают механическое воздействие до получения сыпучей массы однородной консистенции, а полученную сыпучую массу смешивают с хлоридом аммония.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что полученную сыпучую массу нагревают, при этом ее нагрев, нагрев раствора аммиака и нагрев раствора аммиакатов кадмия и никеля производят до температур 90-110°C.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют раствор аммиака в воде с концентрацией 20-30%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что проверку отделяемого от осадка раствора на наличие в нем аммиакатов кадмия и/или никеля производят через 0,5-1,5 ч после начала химической обработки, причем при обнаружении в нем аммиакатов проверку отделяемого раствора повторяют через каждые 10-15 мин.