УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КАДМИЯ ИЗ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВОГО СКРАПА

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области средств для выпаривания, в частности к средствам для выпаривания кадмия из скрапа.
Уровень техники.
Известно решение для переработки никель-кадмиевого скрапа (RU 2222618 C1, опубл. 2004.01.27). Сущность известного изобретения заключается в том, что в исходный скрап вводят твердый или жидкий окислитель, нагревают его до температуры 350-600°С, выдерживают не менее 0,5 ч, охлаждают и подвергают магнитной сепарации с разделением на магнитную и немагнитную фракции, которые раздельно восстанавливают углеродом и/или водородом, и/или их содержащими соединениями, а затем плавят немагнитную фракцию с получением металлического кадмия, а магнитную - с получением железоникелевого сплава. Обеспечивается повышение извлечения кадмия и получение продуктов в металлической форме.
Однако в данном решении не раскрывается использование контейнера для размещения в печи, в котором плавится и испаряется кадмий.
Известно решение для переработки никель-кадмиевого скрапа (RU 2164956 C1, опубл. 2001.04.10). Известное изобретение относится к области получения вторичных цветных металлов неметаллургическими способами, в частности, из скрапа отработанных никель-кадмиевых аккумуляторов. Скрап перед выщелачиванием переводят в однородную сыпучую массу, различающуюся по магнитным свойствам; разделяют магнитную и немагнитную фракции и выщелачивают из магнитной фракции никель, а из немагнитной - кадмий. Способ позволяет разделить скрап фракции, содержащие никель и кадмий, до выщелачивания и практически полностью извлечь оба компонента в чистом виде, причем полученный нерастворимый остаток состоит в основном из оксида железа и является товарным продуктом.
Однако в данном решении не раскрывается использование контейнера для размещения в печи, в котором плавится и испаряется кадмий.
Известно выбранное в качестве прототипа средство для переработки никель-кадмиевого скрапа (RU 2296170 C1, опубл. 2007.03.27). В известном решении осуществляют нагрев в печи скрапа до температуры 200-300°С и выдержку его при этой температуре для отгонки остаточной воды, повышение температуры до 500-700°С и выдержку обезвоженного упомянутого скрапа в восстановительной газовой среде при этой температуре для отгонки остаточных неметаллических фракций, последующее повышение температуры до 850-1000°С и выдержку оставшейся части скрапа при этой температуре до полного испарения кадмия. Испарившийся кадмий направляют в конденсатор, охлаждают его в конденсаторе до перехода в твердое состояние и осуществляют последующую выгрузку из конденсатора кадмия, а из печи никеля. Скрап размещают в печи по меньшей мере одним слоем толщиной d, удовлетворяющей соотношению:
2
o
где D - эффективный коэффициент диффузии кадмия в объеме никель-кадмиевого скрапа, м/с; τ - продолжительность процесса испарения кадмия, с; N - начальное содержание кадмия в скрапе, вес.%; N - количество испарившегося кадмия, вес.%, обеспечивается повышение степени извлечения кадмия и получение высокочистых никеля и кадмия.
Однако в данном решении не раскрывается использования контейнера для размещения в печи, в котором плавится и испаряется кадмий, скрап размещается в печи в открытом виде.
Раскрытие полезной модели.
В одном аспекте полезной модели раскрыто средство для выделения кадмия из никель-кадмиевого скрапа, содержащее:
- печь;
- нагревательные элементы, расположенные по периметру корпуса печи;
- контейнер для скрапа, расположенный внутри печи;
- конденсатор для сбора кадмия, расположенный вне печи и соединенный с печью с помощью патрубка;
характеризующееся тем, что
- контейнер герметично соединен с конденсатором с помощью упомянутого патрубка.
В дополнительных аспектах полезной модели раскрыто, что печь содержит под; патрубок и контейнер содержат фланцы, выполненные с возможностью герметичного соединения друг с другом; патрубок расположен в отверстии, выполненном в задней стенке корпуса печи; патрубок по меньшей мере в своей части выполнен в виде гофрированной трубы; контейнер выполнен стальным; контейнер содержит слой углеродсодержащего материала, размещаемый поверх скрапа; под содержит выемку для размещения контейнера; конденсатор является подогреваемым; конец патрубка, соединенный с контейнером, расположен выше конца патрубка, соединенного с конденсатором.
Основной задачей решаемой заявленной полезной моделью является эффективный сбор испаряющегося из скрапа кадмия.
Сущность полезной модели заключается в том, что средство для выделения кадмия содержит нагревательную печь и конденсатор кадмия, причем печь содержит герметичный контейнер, в который помещается скрап, множество нагревательных спиралей, расположенных со всех сторон контейнера, герметично присоединяемый к контейнеру патрубок для отвода испаряющегося кадмия.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в более эффективном сборе испаряющегося кадмия, защите пространства печи от испаряющегося кадмия.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 показывает печь для выделения скрапа.
Осуществление полезной модели.
Заявленное решение представляет собой камерную печь с конденсатором кадмия. Печь содержит корпус 101, нагревательные элементы 102, контейнер 103 (фиг.1).
Корпус 101 печи выполнен из стали, внутреннее пространство корпуса 101 содержит теплоизоляцию, на поверхности теплоизолирующего материала расположены нагревательные элементы 102, выполненные в виде нагревательных спиралей. Внутренняя поверхность печи представляет собой параллелепипед, в который устанавливается герметичный стальной контейнер 103 со скрапом. Вместо стали может использоваться другой материал с температурой плавления не менее 1000°С.
Предложенная конструкция обеспечивает эффективный (с точки зрения собираемого количества металла) сбор испаряющегося кадмия за счет того, что он не оседает на стенках печи и весь попадает в конденсатор 104.
Спирали расположены по всем сторонам корпуса 101 для обеспечения равномерного нагрева скрапа, что обеспечивает равномерное плавление и испарение кадмия, благодаря этому из-за перегрева не прогорают стенки контейнера 103, не происходит локального повышенного уровня окисления кадмия.
Контейнер 103 герметично присоединяется к внешнему относительно печи конденсатору 104 с помощью патрубка 105. Контейнер 103 содержит никель-кадмиевый скрап в нижнем слое и углеродсодержащий материал в верхнем слое. Углеродсодержащий материал необходим для восстановления оксида кадмия до кадмия, что повышает эффективность сбора металлического кадмия, так как его не надо отделять от оксида кадмия. Углеродсодержащий материал может быть насыпан поверх скрапа или контейнер 103 может быть двухуровневым, разделенным перфорированной перегородкой.
Герметичное исполнение контейнера 103 защищает печь от оседания кадмия и продлевает срок ее службы.
Конденсатор 104 представляет собой емкость, в которой газообразный кадмий охлаждается и переходит в твердое состояние. Конденсатор 104 может быть соединен с блоком 106 очистки, который очищает пары, поступающие из конденсатора 104, и выводит их в атмосферу. По меньшей мере часть патрубка 105, входящего в конденсатор 104, подогревается до температуры плавления кадмия, чтобы кадмий не оседал на патрубке 105, а попадал в конденсатор 104, для этого используется нагревательная спираль или средства индукционного нагрева.
Конденсатор 104 может быть расположен на корпусе 101 печи или может быть соединен с ним лишь патрубком 105, что не влияет на сущность решения.
Работа предложенного средства.
В контейнер 103 печи загружается никель-кадмиевый скрап и закрывается слоем углеродсодержащего материала, контейнер 103 размещается в печи, на нагревательные элементы 102 подается электропитание, в печи поддерживается температура выше температуры кипения кадмия (764,85°С), предпочтительно поддерживается температура от 900 до 1000°С, что обеспечивает эффективное испарение кадмия и сохраняет целостность контейнера. Испаряющийся кадмий через патрубок 105 попадает в конденсатор 104, где он охлаждается и собирается.
Подробное описание вариантов осуществления.
В одном из вариантов осуществления печь содержит под, который упрощает загрузку скрапа и углеродсодержащего материала за счет возможности выдвижения пода. При этом герметичный контакт между контейнером 103 и конденсатором 104 может быть обеспечен при соединении контейнера 103 и патрубка 105, которое происходит при перемещении пода внутрь печи, так как контейнер 103, по сути, неподвижен относительно пода. Для более надежного обеспечения герметичного контакта в поде может быть выполнена выемка или выполнены направляющие для точной установки контейнера 103 в заданное местоположение на поде.
Герметичный контакт контейнера 103 и конденсатора 104 может быть обеспечен посредством фланцев, которые плотно соединяются друг с другом посредством шипов и пазов. При необходимости соединение может быть усилено резьбовыми крепежными элементами. Для дополнительной герметизации соединения используется асбестовая прокладка.
Под герметичностью понимается соединение достаточно плотное, чтобы испаряющийся кадмий не проходил через него и не попадал в пространство печи между контейнером 103 и корпусом 101.
Патрубок 105 может быть расположен в боковой или задней стенке печи, предпочтительно его расположение в задней стенке, так как при таком его расположении легче обеспечить плотный контакт за счет смещения контейнера 103 с фланцем к патрубку 105 с фланцем при движении пода. При расположении патрубка 105 в боковой стенке предпочтительно усиливать соединение фланцев с помощью резьбовых средств соединения (болты и гайки) либо обеспечить такое фланцевое соединение, которое обеспечивает герметичность при боковом смещении контейнера 103 относительно корпуса 101 печи.
Целесообразно выполнять патрубок 105 по меньшей мере частично гофрированным, чтобы компенсировать температурное расширение контейнера103 и печи.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Элементы предложенного устройства находятся в общем корпусе, связаны друг с другом конструктивно и функционально посредством монтажных (сборочных) операций.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезная модель и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.