УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА, УТРАТИВШИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области технологии переработки отходов производства и потребления, а именно к утилизации химических источников тока, утративших потребительские свойства (далее — источники), — отработанных, бракованных, поврежденных, предпочтительно, но не исключительно литиевых, — методом быстрого безопасного вскрытия предварительно подготовленного к переработке источника.
Уровень техники
В современной технологии переработки источников задача безопасного вскрытия их корпусов с возможностью последующего выделения полезных компонентов для их повторного использования на сегодняшний день не имеет распространенного общепринятого решения.
С точки зрения цели применения, наиболее близким техническим решением, по отношению к предлагаемому, является устройство, описанное в монографии В. К. Кулифеев, В. П.Тарасов, О. Н. Криволапова, «Утилизация литиевых источников тока», ИД МИСиС, Москва, 2010.
В публикации описывается использование мощной шаровой мельницы для разрушения корпусов источников с последующей нейтрализацией содержимого в щелочном растворе.
Недостатком этого является необходимость использования крупногабаритного дорогостоящего оборудования — шаровой мельницы, а также сложность осуществления защиты оператора и окружающей среды от возможных негативных факторов вскрытия корпусов источников. В смежных отраслях, например, в области стройматериалов, для целей дробления материалов имеются решения с использованием вальцовых дробилок.
С точки зрения конструкции, наиболее близким техническим решением, по отношению к предлагаемому, является устройство, описанное в патенте на полезную модель RU 172043 «Пресс-валковый агрегат для получения кубовидного материала» используются валки в виде барабанов, по краям одного из них имеются реборды и продольные выступы клиновидной формы, а на втором валку имеются продольные выступы клиновидной формы, причем валки установлены так, что вершины продольных выступов при их встречном вращении совпадают, а высота выступов не превышает половины минимального зазора между валками.
Недостатком этого устройства для разрушения корпусов отработанных источников тока является то, что в случае попадания корпуса в «мертвую зону» между выступами не гарантируется разрушение корпуса.
Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели положена задача создания устройства для гарантированного вскрытия корпуса источника с такой системой подачи обрабатываемых источников в рабочую зону, которая обеспечила бы гарантированную безопасность оператора от возможных «хлопков» (взрывообразное самопроизвольное разрушение корпуса источника, вызванное быстрым разогревом остатков активной массы источника вследствие инициирующего механического, теплового или иного воздействия) недоразряженных источников, сопровождающихся, как правило, выбросами вредных химических компонентов и осколков конструкции источника. Также важным является наличие узлов сбора и удаления газообразных продуктов реакции (в случае их образования) с абсорбцией в поглотительных элементах. Техническим результатом настоящей полезной модели является высокая производительность (до 250 элементов размера D в час) установки, небольшие по сравнению с промышленными шаровыми мельницами габариты и энергопотребление установки, гарантированная защита оператора и окружающей среды от возможных негативных последствий вскрытия недоразряженных источников. Указанный технический результат достигается применением в качестве рабочего органа механических вальцов давяще-размалывающего типа с редукторным приводом. Конфигурация рабочих органов вальцов (геометрия расположения дробящих выступов на рабочих поверхностях вальцов) выполнена предпочтительно, но не исключительно, по специальным эпюрам в виде эвольвентных спиралей встречно-поперечной направленности. (Фиг. 2) В процессе дробления данная конфигурация рабочих вальцов совместно с приложением предварительно рассчитанного заданного усилия сжатия (в зависимости от типоразмера разрушаемого элемента), прилагаемого к вращающимся валам позволяет обеспечить безопасное разрушение корпуса источника и предварительно рассчитанную заданную глубину его деформации для оптимального для последующей обработки разрушения корпуса.
Подача исходных источников в рабочую зону осуществляется по закрытому каналу круглого сечения, предварительно рассчитанные длина, угол уклона и материал которого позволяют обеспечить как гарантированное попадание источников в рабочую зону в течение заданного техпроцессом времени, так и гарантированное улавливание осколков источников в случае «хлопка», т. е. недопущение их выброса из рабочей зоны в окружающую среду.
Для этого канал поступления разрушаемых элементов имеет клапанную насадку на входе и параболический изгиб на выходе, формирующий криволинейную траекторию движения источников в рабочую зону и «непрозрачный» для обратного движения тракт.
Дополнительно, на случай возможного выброса газообразных продуктов разрушения источников, рабочая зона ограждена колпаком из химически стойкого материала, прозрачного либо имеющего прозрачные окна для наблюдения за процессом, подключенным к системе вытяжной вентиляции через поглотительный фильтр-патрон, заполненный поглотительным материалом, предпочтительно, но не исключительно — активированным углем. Это позволяет поддерживать в рабочей зоне пониженное давление воздуха и гарантированно собирать все газообразные продукты химических реакций, происходящих как при штатном вскрытии корпуса, так и в случае «хлопка».
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана принципиальная схема установки.
На Фиг.2 показан эскиз рабочих поверхностей вальцов.
На Фиг.3 показана схема работы установки в технологическом процессе.
На Фиг.4 показана фотография общего вида установки.
На Фиг.5 показаны фотографии источников до и после обработки на установке.
Осуществление полезной модели
Установка, изображенная на схеме (Фиг. 1) выполнена в виде стола рамной конструкции, на котором закреплен вальцовый механизм (1), двигатель (2), редуктор (3), узел подачи источников (4), узел сбора газообразных продуктов реакции с поглотительным фильтр-патроном (5), а также устройства управления приводом и установкой (на схеме не показаны). В узел подачи оператором загружаются заранее подготовленные к обработке (доразряженные мокрым коротким замыканием в охладительно-поглотительном растворе) источники. Под действием силы тяжести источники падают в рабочую зону, где вальцы давяще-размалывающего типа деформируют их на предустановленную глубину для оптимальной степени разрушения корпуса. Далее источники с разрушенными корпусами падают в приемный лоток, заполненный нейтрализующим раствором. Над рабочей зоной установки находится узел сбора газообразных продуктов реакции с поглотительным фильтр-патроном, подключенный к системе вытяжной вентиляции, предназначенный для сбора газообразных продуктов химических реакций, происходящих при вскрытии корпусов источников.
Эскиз геометрии расположения дробящих выступов на рабочих поверхностях вальцов приведен на Фиг. 2.
Схема работы установки в технологическом процессе показана на Фиг. 3.
Вальцы установки (1) приводятся в движение электродвигателем (2) с редуктором (3). Выделяющиеся в процессе разрушения источников газы прокачиваются через узел сбора газообразных продуктов реакции с поглотительным фильтр-патроном (5) вентилятором (6) и выводятся в атмосферу через дефлектор (7). Подготовленные к переработке источники находятся на стеллаже (8), с которого загружаются в установку ручным или роботизированным способом.
При достижении заданного времени предварительной и заключительной химических обработок исходный источник перерабатывается в полезные компоненты — карбонат лития (в случае утилизации литиевых источников), лом цветных металлов и незначительное количество (до 8 % от исходной массы источников) отходов 4-го класса опасности на утилизацию. Все растворы, участвующие в процессе, являются оборотными.
Техническим результатом осуществления данной полезной модели является безопасный, экономически эффективный способ утилизации источников с выделением до 92 % полезных компонентов.
Действующая установка показана на фотографии Фиг. 4. Установка прошла испытания, в результате которых корпуса источников были безопасно (без «хлопков» и выделения газообразных продуктов) разрушены до кондиции, пригодной для следующей фазы обработки — процесса растворения и сепарации компонентов.
Фотографии источников до и после обработки приведены на Фиг. 5.