Способ разборки отработавших ресурс аккумуляторных батарей

 

Использование: утилизация свинцовых аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: из отработанной аккумуляторной ба тареи сливают электролит, отделяют дно и подключают к выпрямителю , после чего промывают дистиллированной водой, сушат и погружают в ванну с электролитом. Обе клеммы аккумуляторной батареи подсоединяют к положительному полюсу выпрямителя и подают ток, не превышающий 40 А/кг веса металлосодержащей части. В ванне может быть установлена диафрагма, разделяющая катодное и анодное пространства. Нерастворившиеся металлсодержащие остатки отделяют от моноблока и сепаратора.

СОК!3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (лг)5 Н 01 M 10/54

/ «

ГОСУДАРСТВЕН11ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5044538/07 (22) 28.05.92 (46) 30.07.93. Бюл. NÜ 28 (75) P.À. Герасимов и А,Г. Герасимов (73) P.À. Герасимов (56) 1. Патент Бельгии М 789581.

° кл. Н 01 m. 1973.

2. Патент Англии N 1486738, кл. Н 01 М 10/54, 1977. (54) СПОСОБ РАЗБОРКИ ОТРАБОТАВШИХ

РЕСУРС АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ (57) Использование: утилизация свинцовых аккумуляторных батарей. Сущность изобреИзобретение относится к области электротехники и может быть использовано для разборки отработавших своей ресурс свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Целью изобретения является повышение производительности процесса разборки при уменьшении загрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями, Цель решается за счет того; что в известном электрохимическом способе извлечения свинца из аккумуляторов при погружении аккумулятора в ванну с электролитом при подаче тока на аккумулятор происходит процесс селективного растворения токоподводящей решетки электрода. Переход металлов токоподводящей решетки в ионной форме в объем электролита приводит к тому, что токоподводящая решетка становится непрочной, распадается на части и отделяется от металлических штырей.

„„5Ц „„1831737 А3 тения: из отработанной аккумуляторной батареи сливают электролит, отделяют дно и подключают к выпрямителю, после чего промываютдистиллированной водой, сушат и погружают в ванну с электролитом. Обе клеммы аккумуляторной батареи подсоединяют к положительному полюсу выпрямителя и подают ток, не превышающий 40 А/кг веса металлосодержащей части. В ванне может быть установлена диафрагма, разделяющая катодное и анодное пространства.

Нерастворившиеся металлсодержащие остатки отделяют от моноблока и сепаратора.

Это позволяет по окончании процесса извлечь из моноблока аккумулятора мало растворившуюся активную массу положительных и отрицательных электродов вместе с остатками металлических деталей, представляющими из себя однородную дисперсную массу, простым механическим вытряхиванием,.не дробя или разделяя моноблок и сепараторы, и проводить переработку полученного шлама известными методами.

Процесс электрохимической разборки можно проводить в любом из известных электролитов, в которых возможен процесс перехода свинца из сплавов решетки электродов в виде ионов в объем электролита, в частности в кремнийфтористоводородный, сульфанатный„ацетатный, фенолсульфоновый, алкилсульфоновый. хлоратный, хлори.стый, щелочной электролит. В данной работе в ванне электрохимической разбор1831737 ки использовался борфтористоводородный электролит. Борфтористоводородный электролит состоит из борфторводородной кис лоты HBF4 в количестве 10 — 550 г/л, борфтористоводородного свинца в концентрации по свинцу от 5 — 600 г/л, борной кислоты 0 — 40 г/л, выравнивающей добавки

-0,01-50 г/л. Чтобы в электролите не накапливались ионы свинца, можно осуществить выделение свинца или его сплава на электродах, находящихся в том же растворе электролита в виде плотного осадка и/или в виде дендритов, или.в виде губчатого осадка металлического свинца, одновременно можно выделять свинец в виде гальванически осажденного диоксида свинца на нерастворимых в данном электролите анодах, или осаждая свинец в виде его нерастворимых химических соединений, 8 данном способе может использоваться диафрагма, разделяющая анодное и катодное пространство, причем в анодном пространстве находится аккумулятор. а в катодном — электрод. подсоединенный к отрицательной клемме источника питания, Диафрагма может изготавливаться из любого химически устойчивого а данной среде материала или катионо -ипи анионообменной мембраны.

Цел ью и рименения диафрагмы является разделение катодного и анодного пространства, чтобы, во-первых, предотвратить попадание частичек сурьмяносодержащего шлама на катод, что может привести к загрязнению катодного свинца, и, во-вторых, возможности использовать в катодном пространстве электролит с другой концентрацией кислоты и/или свинца и/или выравнивающей добавки. В случае отсутствия в анодном пространстве ионов свинца, ионы свинца будут накапливаться в катодном пространстве и, для извлечения их из электролита. можно использовать дополнительную ванну, в которой свинец осаждается на катодах, а диоксид свинца — на анодах.

В ходе процесса электрохимической разборки в аккумуляторе, положительная и отрицательная клеммы которого подсоединены к положительной клемме источника тока, а анодный ток через аккумулятор не превышает 40 А на килограмм металлов и соединений металлов, содержащихся в батарее, происходят следующие химические и зле ктрохимические реакции:

1. Токоподводящие решетки электродов, состоящие из сплава свинец-сурьма, с

2-7,5 процентным содержанием сурьмы и других легирующих добавок, подвергаются анодному растворению.

РЬ вЂ” Pb +2е анодный ток, величина которого не превы55 шает 40 А на килограмм свинцового сплава и окислов, содержащихся в свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. При величине анодного тока более указанной селективное растворение затруднена из-за нагревания электролита и образования ди10

Сурьма и добавки преимущественно не растворяются и переходят в шлам.

2, Отрицательная активная масса, состоящая преимущественно из свинца, оксида свинца и сульфата . свинца, взаимодействует с электролитом в основном химически.

РЬО + 2HBF4 = Pb(8 F4)2+H20

3. Положительная активная масса, состоящая из диоксида свинца и сульфата свинца в основном взаимодействует со свинцом, содержащимся в токоподводящей решетке положительного электрода, и вызывает ее растворение. Реакция взаимодействия с свинцом решетки с диоксидом свинца описывается общей формулой

РЬ+РЬ02+4Н В F4=P Ь(В F<)2+2 H20

Таким образом селективное растворение токоподводящих решеток и массивных металлических деталей происходит за счет электрохимического растворения под воздействием анодного тока, и взаимодействия свинца решеток с диоксидом свинца

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в ходе процесса электрохимической разборки происходит преимущественное растворение решетки электродов, что позволяет извлечь активную массу электродов из аккумулятора.

Новизна предлагаемого технического решения заключается в том, что.преимущественное растворение токоподводящей решетки осуществляется за счет подсоединения положительной и отрицательной клеммы аккумулятора к положительному полюсу выпрямителя. Это приводит к растворению токоподводящей решетки как положительного так и отрицательного электрода во scex ячейках аккумуляторной батареи. Описанный в прототипе способ подсоединения не может привести к растворению решетки аккумулятора во всех ячейках батареи и токоподводящая решетка остается целой и удерживает активную массу внутри моноблока батареи с целью дости- жения полноты растворения активной массы.

Новизна предлагаемого способа разборки заключается также в том, что для проведения сел ектив ного растворения токоподводящих решеток используется

1831737 оксида свинца на токоподводящей решетке.

В прототипе величина тока растворения электродов не указана, однако, из анализа косвенных данных — времени растворения электродов аккумулятора, которое составляет 4 — 10 сут, можно сделать вывод, что в предлагаемом решении ток, подаваемый на батарею больше в 2 — 8 раз чем у прототипа.

Новизной предлагаемого решения является использование в частном случае диафрагмы; разделяющей анодное и катодное пространство. В прототипе диафрагма не используется.

Заявляемый способ отличается от известного еще и тем, что имеет различные операции предобработки аккумуляторной батареи по сравнению с прототипом — в прототипе сначала происходит заряжение батареи, а потом слив электролита и промывка, в заявляемом способе отсутствует предваряющий промывку заряд батареи.

Способ электрохимической разборки аккумуляторных батарей осуществляется следующим образом. Из аккумулятора сливается электролит, удаляется дно моноблока и/или проделывается отверстие в дне и/или стенке каждой ячейки моноблока любого размера и формы. После удаления дна происходит соединение клемм аккумулятора с изолированными проводами, место контакта гибких проводов с клеммами аккумулятора может быть изолировано для предотвращения растворения контакта. Последующей операцией является промывка аккумулятора струями воды и/или погружением в ванну с проточной водой. После промывки батареи возможна сушка аккумуляторной батареи, После чего ее помещают в ванну с борфтористоводородным электролитом. Изолированные кабели, подсоединенные к клеммам аккумулятора подсоединяют к положительной клемме источника питания до или после погружения аккумулятора в электролит, вторую клемму выпрямителя соединяют с электродом, выполненным из токоподводящего материала, устойчивого в среде данного электролита— меди, свинца, графита, и др, Данный электрод находится в той же ванне и может быть отделен от аккумулятора- диафрагмой. Источник постоянного тока включают до или после погружения аккумулятора в обьем электролита. Процесс селективного растворения токоподводящей решетки продолжается от 6 ч и более и зависит от величины подаваемого на ванну тока, в общем случае величина которого не превышает 40 А на килограмм веса металлсодержащей части.

Аккумулятор вынимают из ванны электрохимической разборки и механически отделяют

40 бой дисперсный конгломерат. Остатки токоподводящей решетки и массивных

5

35 активную массу аккумулятора от пластмассового моноблока, после чего разделенные части поступают на дальнейшую переработКу.

Пример . На лабораторной установке была проведена разборка отработавшего свой ресурс. малогабаритной мотоциклетной аккумуляторной батареи 3-МТ-8. После слива электролита у батареи было отделено дно. К клеммам батареи были подсоединены изолированные кабели, подсоединенные другим концом к клеммам стабилизированного источника постоянного тока. Батарея была помещена в ванну промывки, обьемом

3 л, заполненную дистиллированной водой.

После данной операции аккумулятор вынимается из промываемого раствора, сушится на воздухе при комнатной температуре в течение 6 часов и помещается в ванну электрохимической разборки. Кабели, подсоединенные к клеммам аккумулятора, подсоединяются к положительной клемме источника тока, отрицательная клемма подсоединяется к катоду. выполненному из меди или листового свинца. катод находится в ванне с борфтористоводородным электролитом, объем 5 литров. Электролит, находящийся в ванне, представляет собой смесь борфтористоводородной кислоты, борфтористоводородного свинца, выравнивающей добавки. Ток. подаваемый на ванну от выпрямителя, не превышал 40 А на килограмм веса металлсодержащей части. По окончании процесса электрохимразборки батарея вынималась из ванны, после чего активная масса с остатками токоподводящей решетки извлекалась из аккумулятора. Нерастворенная активная масса с остатками токоподводящей решетки представляет сотокоподводов представлены в виде рассыпающихся, мажущихся структур, сохранивших внешнюю форму решеток и токоподводов.

Пример 2. На укрупненной лабораторной установке была проведена разборка прошедшей срок службы автомобильной аккумуляторной батареи 6-.СТ-55ЭМ. Процесс проводился аналогично процессу, описанному в примере 1. У батареи удалялось дно, подсоединялись кабелями клеммы аккумулятора к положительной клемме источника тока, проводилась отмывка батареи от остатков серной кислоты в баке емкостью 100 л, наполненном водой, далее аккумулятор полностью опускался в ванну с борфтористоводородным электролитом емкостью 85 л. Электрохимическая разборка проводилась током, не превышающим 40 А/кг, после

1831737

Формула изобретения

1. Способ разборки отработавших ресурс аккумуляторных батарей, заключающийся в сливе электролита из аккумуляторной батареи, удалении дна, подключении полюсов аккумуляторной батареи к полюсам выпрямителя, промывке и сушке батареи, полном погружении батареи в ванну с электролитом, подаче электричеСоставитель Р,Герасимов

Техред M.Ìoðãåí Tàë Корректор Л,Пилипенко

Редактор

Заказ 2553 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНT СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 чего нерастворившэяся активная масса выгружалэсь из моноблока. Состояние активной массы, степень растворения токоподводов, полученные в примере 2, были близки к результатам, полученным в примере 1, Заявляемый процесс позволяет:

1. Сделать более производительным процесс разборки аккумуляторной батареи.

2. Провести электрохимическую разборку отработавших ресурс аккумуляторных батарей, высокая степень амортизации которых характерна для территории СНГ.

3. Упростить технологический процесс разборки, сделать его более экологически безопасным. ского тока на батарею, отличающийся тем, что, растворение решеток электродов ведут при подключении обоих полюсов аккумуляторной батареи к положительному

5 полюсу выпрямителя и подаче анодного тока, не превышающего 40 А нэ килограмм общего веса свинцового сплава и свинцовых соединений, и последующем отделении нерастворившихся металлсодержащих ос10 татков и активной массы от моноблока и сепарато ра.

2. Способпоп.1.отлича ю щийся тем, что осаждение растворенного металла производят на катоде в том же электролите.

15 3, Способ по и. 1 — 2, о т л и ч. а ю шийся тем, что растворенный металл осаждают на аноде в виде диоксида свинца электролитическим путем.

4, Способ по пп. 1 — 3, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем, что ионы металла из электролита осаждают в виде нерастворившихся соединений.

5. Способ по и. 1, отличающийся тем, что в ванну с электролитом устанавли-

25 вают диафрагму, разделяющую катодное и анодное пространство.