Технология гидрометаллургической переработки ламельных оксидноникелевых электродов

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 2007. Т 7, № 1. С.47-50

УДК 621.355.8

ТЕХНОЛОГИЯ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЛАМЕЛЬНЫХ ОКСИДНОНИКЕЛЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

В. В. Волынский, А. В. Лопашев, С. В. Гришин, В. А. Решетов*, И. А. Казаринов*

ОАО «Завод АИТ», Саратов, Россия *Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Россия

Поступила в редакцию 21.12.2006 г.

Предложена технология гидрометаллургической переработки ламельных оксидноникелевых электродов, повышающая эффективность использования никеля при производстве щелочных аккумуляторов с одновременным уменьшением загрязнения окружающей среды.

A technology for hydrometallurgical processing of lamellar nickel-oxide electrodes is proposed to increase the nickel usage efficiency at production of alkaline batteries with simultaneous reduction of environmental pollutions.

В работах [1-4] предложен способ повышения эффективности использования никеля при производстве щелочных аккумуляторов с ламельными оксидноникелевыми электродами (ОНЭ) с одновременным уменьшением загрязнения окружающей среды. Технический результат достигается отделением металлической составляющей от анодной массы путем деформации ламельных оксидноникелевых электродов при давлении 19-45 Н/мм2 в течение 0.5-1.0 с, с последующим извлечением и выщелачиванием анодной массы раствором серной кислоты (концентрация 200-300 г/л) при температуре 60-80°С до содержания Ni2+ в растворе 65-110 г/л и pH, равной 3.5-5.0.

Апробирование данной технологии при переработке ламельных ОНЭ никель-кадмиевых аккумуляторов показало ее экономическую эффективность, что послужило основанием для организации в ОАО «Завод АИТ» участка по использованию гидрометаллургического способа утилизации никельсодержащих отходов в промышленных масштабах.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ

ПЕРЕРАБОТКИ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

На рис. 1 представлена гидравлическая схема обвязки комплекса технологического оборудования для утилизации никельсодержащих отходов. В состав комплекса входят: эмалированный реактор с механической мешалкой фирмы «SHINKO-PFAUDLER COMPANY, LTD» (Япония) с объемом рабочего пространства 6 м3, шесть ёмкостей из кислотостойкого полимерного материала объемом 1 м3 для транспортировки концентрированной серной кислоты, два контейнерных насоса PVDF 41-DL HC (поливинил-денфторид) фирмы «Lutz» (Германия), предназначенных для перекачивания высокоагрессивных жидкостей, счетчики конденсата СКБГ 150-20/40ГК и

кислоты ТЮ20-РУВР, прибор контроля температуры ЩТС 02 50М 0-180°С, фильтр-пресс высокого давления, агрегат электронасосный дозировочный мембранный НД6М4000/10КВ для подачи раствора сульфата никеля(11) на фильтр-пресс, одна емкость из нержавеющей стали объемом 1.5 м3 для накопления отфильтрованного раствора сульфата никеля(11), насос Х65-50-125Д-С для перекачивания отфильтрованного раствора сульфата никеля(П), две сообщающиеся между собой ёмкости из нержавеющей стали объемом 4.1 м3 для накопления раствора сульфата никеля(11). Монтаж и обвязка оборудования проведены в соответствии со специально разработанным проектом, с учетом высокой категории опасности данного производства.

Процесс проведения растворения активной массы ОНЭ из щелочных аккумуляторов производился в следующей последовательности. Емкость с 96%-ной аккумуляторной кислотой (ГОСТ 5375-79) транспортировали к реактору, расположенному на открытой площадке. Предварительно в реактор через краны К3 и К5 заливали 3 м3 конденсата с температурой не более 50°С. Количество конденсата контролировали по показаниям счетчика воды РМ. Затем контейнерным насосом Н2 через расходомер Д.РМ. закачивали 550± 10 л (1000±20 кг) серной кислоты при непрерывном перемешивании мешалкой и сжатым воздухом во избежание сильного локального разогрева раствора и выброса его из бака-реактора. Активную массу из ламельных ОНЭ с содержанием никеля (II) 3050 мас.% добавляли через трубопровод в верхнюю часть реактора (рис. 2). Температура жидкости при растворении должна быть в пределах 75± 15°С. Заданный тем-пературный диапазон обеспечивали подачей пара или промышленной воды в рубашку реактора. После окончания загрузки раствор перемешивали в течение 6 часов и отбирали пробы контейнерным

© В. В. ВОЛЫНСКИЙ, А. В. ЛОПАШЕВ, С. В. ГРИШИН, В. А. РЕШЕТОВ, И. А. КАЗАРИНОВ, 2007

Рис. 1. Гидравлическая схема участка растворения никельсодержащих отходов: К1-К19 — краны; Н1, Н2 — насос РУЭБ 41-ЭЬ НС; Н3 — насос НД6М4000/10КВ; Н4 — насос Х65-50-125Д-С; Р.М. — счетчик воды СКБГ 150-20/40ГК, или СКБИ-40, или ОСВ-40; Д.Р.М. — расходомер ТК120-РУЭР; СУ1, СУ2 — схема управления; Бпр — бак-приемник раствора N1804; Бсб — бак-сборник раствора ШБОд; Р — манометр; КО — конденсатоотводчик

насосом Н1 для определения рН раствора и контроля соответствия его химического состава требованиям технологической документации (ТД) (табл. 1).

Рис. 2. Фото площадки с баком-реактором для растворения никельсодержащих отходов

Таблица 1

Требования к содержанию основных компонентов и примесей в растворе сульфата никеля

Наименование параметра Значение параметра

Никель + кобальт, не менее 71 г/л

Железо к никелю, не более 0.12%

Медь к никелю, не более 0.015%

Магний к никелю, не более 0.2%

Кислотность раствора (рН) 4-6

Плотность при t = 45-50°С, не менее 1160 кг/м3

Дозирование реагентов, отбор проб, контроль температуры, подачу теплоносителя осуществляли через технологические отверстия в корпусе реактора. С целью отвода взрывоопасных продуктов реакции (возможно образование водорода при наличии металлической составляющей в активной массе) к одному из смотровых окон реактора подвели вытяжную вентиляцию инжекционного типа.

Раствор сульфата никеля(11), соответствующий требованиям технологической документации, насосом Н3 подавали на фильтр-пресс высокого давления и отфильтровывали от нерастворимых механических примесей, в том числе и графита. Из фильтр-пресса раствор стекал в бак-приемник Бпр, откуда в последующем его перекачивали насосом Н4 в два сообщающихся между собой бака-сборника Бсб для дальнейшего использования в производственном процессе

получения гидроксида никеля (II). Графит, оставшийся на фильтр-прессе, промывали конденсатом и утилизировали. После промывки конденсат, содержащий №2+, закачивали в реактор для приготовления очередной порции раствора серной кислоты. Затем вышеописанный процесс повторяли вновь.

С учетом расчетных мощностей участка экономический эффект от внедрения результатов работы составит около 115 млн руб. в год (табл. 2-4).

Таблица 2

Расход основных материалов и энергоресурсов на получение 1 т N1804 •7Н2 О путем переработки оксидноникелевых электродов

ОНЭ, кг/руб. Масса- выбивка кг/руб. Серная кисло- та, кг/руб. Конден- сат, л/руб. Пар, Гкал/руб Электро-энер-. гия, кВт/руб. Итого, руб

1384/- 621/- 538/4508 2395/67 4.9/1582 256/300 6457

Таблица 3

Трудовые затраты на получение 1 т N1804^7^0 путем переработки оксидноникелевых электродов

Сушка, руб. Выбивка, руб. Растворе- ние, руб. Единый социальный налог, руб. Итого, руб.

1668 1662 745 1080 5155

Таблица 4

Экономический эффект от использования никельсодержащих отходов в качестве сырья для получения гидроксида никеля

Цена 1 т N1804-7^0, тыс. руб. Цена 1 т N1804-7Н2 О (из отходов), тыс. руб. Годовая потребность в №804^0, т Экономиче ский эффект, тыс. руб.

171.19 11.61 720 114898

Созданный комплекс оборудования позволяет перерабатывать не только активную массу из ОНЭ щелочных аккумуляторов, но и производственные никельсодержащие отходы, которые накапливаются на очистных сооружениях, в установках очистки воздуха и т. д. Использование этих материалов в качестве добавок к положительной массе ОНЭ нецелесообразно по причине наличия в них большого количества соединений железа, кальция, магния и механических примесей различной дисперсности. Поэтому при переработке такого вида отходов возникает необходимость их дополнительной очистки от вышеуказанных примесей. Химический состав раствора сульфата ни-келя(П), полученного из отходов, накопленных на очистных сооружениях ОАО «Завод АИТ», до и после очистки представлен в табл. 5.

Соответствующий требованиям технологической документации раствор сульфата никеля(П), полученный при переработке оксидноникелевых электродов и никельсодержащих отходов производства

никель-кадмиевых аккумуляторов, использовали в действующем производстве для получения гидроксида никеля (II) по принятой в ОАО «Завод АИТ» технологии.

Таблица 5

Содержание основных компонентов и примесей в сульфате никеля(П), полученном при переработке никельсодержащих отходов, до и после очистки

Наименование параметра Содержание параметра

Никель + кобальт, не менее 71 г/л 111.9 г/л 73 г/л

Железо к никелю, не более 0.12% 2.3% 0.025%

Медь к никелю, не более 0.015% 0.009% 0.002%

Магний к никелю, не более 0.2% 0.7% 0.07%

Кислотность раствора (рН) 4-6 0.38 4.8

Плотность при 1 = 45-50°С, не менее 1160 кг/м3 1400 кг/м3 1160 кг/м3

ВЫВОДЫ

1. Разработан эффективный способ переработки ламельных оксидноникелевых электродов, в котором отделение металлической составляющей от анодной

массы проводят деформацией ламелей ОНЭ при давлении 19-45 Н/мм2 в течение 0.5-1.0 с. Извлеченную анодную массу выщелачивают раствором серной кислоты концентрацией 200-300 г/л при температуре 60-80°С до содержания №2+ в растворе 65-110 г/л и pH, равной 3.5-5.0. Полученный раствор сульфата никеля (II) по своему химическому составу соответствует требованиям технологической документации и может быть использован для получения гидроксида никеля (II).

2. Создан комплекс промышленного оборудования, производственные мощности которого позволяют переработать до 462 т ламельных оксидноникелевых электродов в год и обеспечить получение сульфата никеля в количестве до 355 т в год.

3. При полной загрузке мощностей участка экономический эффект от внедрения результатов работы в ОАО «Завод АИТ» составит 115 млн руб. в год.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волынский В. В., Лопашев А. В., Казаринов И. А. // Электрохимическая энергетика. 2004. Т.4, №3. С. 165.

2. Волынский В. В., Казаринов И. А., Грибанова Л. Н. // Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики: Материалы VI Междунар. конф. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та,

2005. С. 456.

3.Пат. РФ № 2264000, МПК7Н 01 М 4/26, 4/32. Способ получения гидрата закиси никеля для щелочных аккумуляторов.

4. Волынский В. В. Способы переработки электродов никель-кадмиевых аккумуляторов // Вестн. Сарат. гос. техн. ун-та.

2006. №3 (14). С. 104.