Способ переработки сырья отработанных аккумуляторных батарей

 

Использование: cбор и переработка лома цветных металлов, в частности аккумуляторного лома. Сущность: исключение потерь сырья при его транспортировке путем отказа от операции загрузки-выгрузки отработанных аккумуляторных батарей, полный отказ от дополнительного свинца для разделения фракций при проведении разделительной плавки, получение в результате восстановительной плавки мягкого свинца, более обедненного по содержанию сурьмы. Для этого сырье после освобождения от серной кислоты и отделения от корпуса аккумуляторов загружают в транспортно-разделительные контейнеры, которые нагревают до выплавления из сырья металлической фракции и слива ее через донные сепараторы контейнеров. Оставшуюся в контейнерах окисно-сульфатную фракцию загружают для восстановительной плавки в питательно-смесительный бункер в объемном соотношении с углеродсодержащим восстановителем, равным 1:3.1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам сбора и переработки лома цветных металлов, в частности к способам переработки аккумуляторного лома.

Известен способ переработки свинцового лома аккумуляторов, включающий отделение его от корпуса, освобождение от серной кислоты и переплавку в пламенных печах с использованием процессов восстановления.

Полученный при этом черновой свинец очищают от металлических примесей (рафинируют) посредством добавки кислорода воздуха и цинка.

Образующийся при рафинировании шлак вместе с богатым по содержанию сурьмы шлаком пламенных печей используют в шахтных печах и выплавленный обогащенный сурьмой черновой свинец многократно рафинируют с использованием специальных реагентов (серы, и др. ) и доводят до свинцово-cурьмянистого сплава (Г. Шуберт "Подготовка металлических вторичных материалов". Ресурсы. Классификация. Измельчение. Москва, "Металлургия", 1989, с. 138-139).

Воздействие на аккумуляторный лом в пламенной печи одновременно двух процессов: плавления свинцово-сурьмянистого сплава и восстановление до металла оксидов и сульфатов мягкого свинца при температуре 1200^oC, значительно превышающей температуру плавления свинцово-сурьмянистого сплава (290-310^oC) в мощных воздушно-газопламенных потоках приводит к выгоранию свинца и сурьмы и выносу их в виде пылевидных окислов в значительных количествах, что является причиной экологических загрязнений.

Флюсовые материалы (Na₂СO₃, СaО, NaCl), вводимые в шихту для улучшения плавления в пламенной печи образуют новый продукт-шлак, обогащенный свинцом и сурьмой, который можно возвратить в процесс с большими энергетическими затратами на извлечение с образованием новых шлаков, загрязняющих атмосферу и почву.

Интенсивный воздушно-газопламенный поток в пламенной печи требует усиленного отсоса продуктов горения, вместе с которыми уносится большое количество пыли, состоящей, в основном, из окисей свинца и сурьмы, что требует дорогостоящего оборудования, больших энергетических и капитальных затрат для пылеулавливания, сбора пыли и возвращения ее после агломерирования в процесс.

В процентном отношении пылеунос составляет от 10-15% от общего веса переплавляемых материалов, причем на рукавных фильтрах задерживается 95-97% веса пыли. Остальная часть пыли улетает в окружающую среду и создает экологически опасную зону.

При производстве аккумуляторов используют свинцово-сурьмянистый сплав и чистый (мягкий) свинец для приготовления пасты, В аккумуляторном слое свинцово-сурьмянистый сплав находится в решетках и перемычках, а чистый (мягкий) свинец в оксидах и сульфатах свинца. Одновременный переплав сплава и восстановление до металла окислов и сульфатов мягкого свинца приводит к потере последнего и образованию обедненного по сурьме свинцово-сурьмянистого сплава.

При использовании такого сплава в аккумуляторном производстве требуется как тщательное рафинирование полученного сплава до мягкого свинца, так и восстановление в нем прежнего содержания сурьмы.

Наиболее близким к заявляемому является способ переработки отработанных аккумуляторных батарей, включающий разделение их на металлизированную и окисно-сульфатную фракции с последующей электроплавкой в присутствии углекислого натрия, используемого в качестве шихты, углеродсодержащего восстановителя и флюса. При этом плавку окисно-сульфатной фракции ведут с использованием в качестве флюса шлака, полученного в результате плавки металлизированной фракции, и углекислого натрия в соотношении (2-4):1, а плавку металлизированной фракции ведут под слоем флюса, в качестве которого используют шлак плавки окисно-сульфатной фракции.

В процессе плавки по этому способу получаются пыль и шлак, с которыми теряется до 1,7% свинца и 15% сурьмы.

В этом способе извлекают сурьму в сурьмянистый сплав, а затем рафинированием получают мягкий свинец с содержанием сурьмы 0,1% (т.е. обедненный по сурьме свинец, а.с. СССР N 996488 С 22 В 7/00 опубл. 1983).

Таким образом, полученные в результате осуществления способа продукты непригодны без дальнейшей переработки для производства пасты, перемычек и решетчатых пластин аккумуляторных батарей.

Кроме того, недостатками известного способа являются ведение процесса при высокой температуре 1200^oC, значительный пылеунос и, вследствие этого, загрязнение атмосферы.

Ведение процесса при высокой температуре требует наличия шлаков для сокращения угара металлов. Переработка этих шлаков для дальнейшего извлечения свинца и сурьмы ведет к образованию отвальных продуктов, загрязняющих почву.

В известном способе не предусмотрено мер по ресурсосбережению аккумуляторного лома с момента выхода из строя аккумуляторов до начала его пеpеработки по известному способу. Действующая ныне централизованная переработка аккумуляторного лома сопряжена с огромными безвозвратными потерями сырья (до 30-40% ). Практически, при загрузке, транспортировке, разгрузке, а также при разделке на предприятиях переработки отработанных аккумуляторных батарей теряется (высыпается) вся окисно-сульфатная фракция. На правильных печах ВЦМ с открытым пламенем теряется еще до 20% свинцовых отходов.

В основу изобретения положена задача получения из отработанных аккумуляторных батарей, отделенных от корпуса и освобожденных от серной кислоты, свинцово-сурьмянистого сплава и мягкого свинца состава, непосредственно используемого для производства перемычек, решетчатых пластин и пасты аккумуляторных батарей без дополнительного добавления сурьмы и рафинирования, с минимальными затратами на осуществление способа и без загрязнения окружающей среды, исключения потери сырья при его транспортировке путем отказа от операций загрузки-выгрузки отработанных аккумуляторных батарей, получать в результате восстановительной плавки мягкий свинец, более обедненный по содержанию сурьмы.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки сырья отработанных аккумуляторных батарей, включающем разделение его на металлическую и окисно-сульфатную фракции путем предварительного нагрева до расплавления металлической фракции и плавку отделенной окисно-сульфатной фракции в присутствии углеродсодержащего восстановителя и флюса, разделение путем нагрева до выплавления металлической фракции осуществляют в транспортно-разделительном контейнере с перфорированным днищем, а восстановительную плавку оставшейся после расплавления и слива металлической фракции окисно-сульфатной фракции ведут в объемном соотношении с углеродсодержащим восстановителем, равном 1:3.

Кроме того, транспортно-разделительные контейнеры формируют в нагреваемом объеме в вертикально-горизонтальные ряды.

Переработка сырья отработанных батарей по предлагаемому способу позволяет сэкономить сотни тысяч тонн аккумуляторного лома и, прежде всего, его окисно-сульфатную фракцию, за счет того, что сырье после освобождения от серной кислоты и отделения от корпусов аккумуляторов загружают в транспортно-разделительные контейнеры в местах, наиболее приближенных к месту эксплуатации аккумуляторов (автобазах) или на пунктах их первоначального сбора. Эти загруженные контейнеры свозят к месту переработки сырья по предлагаемому способу и устанавливают рядами в устройствах предварительного нагрева сырья. Таким образом, сырье, сразу после вскрытия корпуса аккумулятора полностью загруженное в контейнеры, сбереженное и сохраненное, попадает на переработку без промежуточных выгрузок и загрузок.

Предварительный нагрев сырья в контейнерах до температуры 300-400^oC обеспечивает расплавление металлической фракции, просачивание ее через сыпуче-комковую окисно-сульфатную фракцию и слив через перфорированные днища и перевернутые поддоны контейнеров в донную часть объема предварительного прогрева. Таким образом, разделение фракций при предварительном нагреве происходит в течение определенного времени, необходимого для более полного стока металлической фракции.

Такой сток металлической фракции с помощью поддержания определенной температуры позволяет получить сырье для восстановительной плавки, максимально обедненное по содержанию сурьмы.

Таким образом, в результате осуществления предлагаемого способа экономятся сотни тысяч тонн аккумуляторного лома и, прежде всего, его окисно-сульфатная фракция, составляющая 45% сырья, сырье для восстановительной плавки максимально обеднено по содержанию сурьмы. Предлагаемый способ не требует дополнительных энергетических затрат. Необходимость изготовлять транспортно-разделительные контейнеры многоразового пользования многократно окупается, обеспечив экологическую чистоту и громадные ресурсосбережения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен транспортно-разделительный контейнер для транспортировки и выгрузки сырья, на фиг. 2 для предварительного нагрева сырья.

Способ осуществляют следующим образом.

Каждый изготовленный транспортно-разделительный контейнер содержит объемное устройство 1 с металлическими стенками 2, крышкой 3, вогнутое цилиндрической формы перфорированное металлическое днище 4, сплошной металлической цилиндрической формы съемный поддон 5. Стенки 2, днище 4 обрабатывают лиофобным составом. В положении поддона 5, изображенном на фиг. 1, контейнер предназначен для загрузки, транспортировки и выгрузки сырья. Такие контейнеры отправляют предприятиям-потребителям аккумуляторов или на сборные пункты аккумуляторного лома.

Предварительно освобожденный от серной кислоты аккумулятор разрешают вскрыть только перед загрузкой его содержимого в контейнер. Отделенный от корпуса аккумуляторный лом загружают в контейнер. При этом окисно-сульфатная фракция, высыпавшаяся на дно корпуса аккумулятора, аккуратно тоже высыпается в контейнер.

Загруженные аккумуляторы транспортируют к месту переработки. Перед установкой в устройство предварительного нагрева в каждом из контейнеров снимают поддон и высыпавшуюся в них при транспортировке часть окисно-сульфатной фракции пересыпают в контейнеры. Сам поддон обрабатывают с обеих сторон лиофобным составом, переворачивают, устанавливают выпуклой стороной вверх под днищем и закрепляют. Лиофобным составом обрабатывается вся внешняя поверхность контейнера. В положении поддона 5, изображенном на фиг. 2, и без крышки 3 контейнер предназначен для предварительного нагрева сырья.

Контейнеры могут быть и другой конструкции. Например, днище может быть шаровой, пирамидальной или наклонно-плоской формы, но обязательно с перфорационными отверстиями диаметром 2-3 мм. Также различной формы могут быть поддоны, обязательно сплошные. Главное требование по всем конструкциям контейнеров состоит в том, чтобы расплавленный свинец протекал через перфорации на поддон, с которого, в свою очередь, направленно через поддоны сливался по внешним сторонам контейнера в донную часть устройства предварительного нагрева.

Именно днище и поддон контейнера представляют собой донный сепаратор, разделяющий металлическую и окисно-сульфатную фракции сырья.

Загруженные контейнеры устанавливают горизонтально-вертикальными рядами в нагреваемом через стенки объеме над донной частью устройства предварительного нагрева, включают нагрев через нагревательные элементы или газовые горелки.

Выплавленный из сырья в контейнерах свинцово-сурьмянистый сплав собирают в донную часть устройства предварительного нагрева, откуда, в свою очередь, его сливают в изложницы или на дальнейшую переработку.

По окончании разделительной плавки отключают нагрев, после охлаждения поднимают контейнеры, в каждом из них снимают поддон и переворачивают, плотно прикладывают снизу к днищу и закрепляют, как изображено на фиг. 1, выгружают из контейнеров окисно-сульфатную фракцию в питательно-смесительный бункер в объемном соотношении с углеродсодержащим восстановителем, равным 1: 3.

Полученную смесь загружают в аппарат восстановительной плавки в присутствии, например, содо-поташного расплава в качестве флюса. Результатом плавки является свинец, обедненный по содержанию сурьмы.

Опорожненные контейнеры обрабатывают с внутренней стороны лиофобным составом и отправляют для новых загрузок.

Пример: Изготовлены 1000 транспортно-разделительных контейнеров с донными сепараторами цилиндрической формы, каждый на 150 кг загруженного сырья. Контейнеры распределены на определенной административной территории из расчета заполнения каждого в течение месяца, т.е. ежегодно собирают сырье: 1000.12.0,15 1800 тонн Одна суточная загрузка в устройства предварительного нагрева вмещает 40 контейнеров общим весом 6 тонн сырья. Нагрев электрический, через стенку, мощностью 100 кВт, в течение 24 часов.

С донной части устройств предварительного нагрева снимают 2,893 тонн свинцово-сурьмянистого сплава.

Из контейнеров выгружают 3,09 тонн окисно-сульфатной фракции.

После восстановительной электроплавки в присутствии углеродсодержащего восстановителя и карбонатов натрия и калия в качестве флюса получают 2,367 тонн обедненного по содержанию сурьмы (до 0,1%) мягкого свинца.

Таким образом, годовое производство свинцово-сурьмянистого cплава составляет 867,9 тонн, годовое производство мягкого свинца составляет 710 тонн.

Оборудование: устройство предварительного нагрева в количестве 5 штук, причем, каждое с загрузочным объемом размером 1500х1000х3000 мм₃; объемом донной части размером 1500х500х500 мм², раздвижными нагревательными стенками.

Установка восстановительной электроплавки с объемом плавильной ванны размером 750х550х650 мм³.

Два трансформатора 380х220/20 мощностью 100 кВт.

Регулятор мощности типа "Термокон".

Подъемник Тележка с изложницами Производительность установки по металлу, т/сутки 5 Cебестоимость установки, тыс.руб. 2500-3000 Cтоимость вторичного свинца, тыс.руб./т 50 Cтоимость сертификатного свинца, тыс.руб./т 100 Эксплуатационные расходы, тыс.руб./т 10
Стоимость аккумуляторного лома, тыс.руб./т 0-20
Окупаемость установки, месяц 2,5
Годовая прибыль из расчета непрерывной работы за 300 суток, млн.руб. - 30-105
Для успешного использования предлагаемого способа необходимо провести соответствующие организационные мероприятия регионального и даже государственного масштаба.

Так, при ныне действующих правилах списания отработанных аккумуляторов на автобазах производят намеренную порчу корпуса, что приводит к необратимой потере сырья из-за его высыпания на почву, остатки разгромленных аккумуляторов внавал перевозят по железной дороге к заводам ВЦМ.

Необходимо ввести правило вскрытия списываемого аккумулятора при наличии транспортно-разделительного контейнера, в который следует загружать сырье аккумулятора в соответствии с предлагаемым способом.

Необходимо также запретить перевозку отработанных аккумуляторов по железной дороге, а разрешить перевозить аккумуляторный лом лишь загруженным в транспортно-разделительные контейнеры.

Необходимо также запретить централизованный завоз аккумуляторного лома на заводы ВЦМ или на участки переработки сырья при аккумуляторных заводах, т. к. в этом случае при разделе аккумуляторов (простым ударом кувалды) имеет место наибольшая невозвратная потеря сырья.

Свинец ценнейшее сырье, при неправильном отношении к которому при переработке, использовании и транспортировке имеют место неблагоприятные воздействия на окружающую природу и невозвратные его потери.

Предполагаемым изобретением заявляется способ отношения к свинцовому сырью, по своим последствиям сравнимым с действующими способами обеспечения безопасности и ресурсосбережения радиоактивных материалов и драгметаллов, что принесет народному хозяйству России колоссальные выгоды.

Для полной и систематической переработке всего аккумуляторного лома в Российской Федерации необходимо разместить минимум около 100 установок, работающих по предлагаемому способу. В ближнем зарубежье требуется еще 60 установок. Каждое из этих предприятий должно представлять собой предприятие с круглосуточным режимом работы со штатом 30-40 человек. В задачу такого предприятия должно входить: сбор сырья по предложенному способу (контейнерами), размещение, установка, пуск и эксплуатация оборудования, реализация продукции. Каждое из таких предприятий должно объединяться с другими единством технологии, научного сопровождения и хозяйственной деятельностью через холдинговую ассоциацию.

Задачей такой ассоциации являются: разработка и совершенствование технологии, научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, изготовление, пуско-наладка и ремонт оборудования, поставка продукции аккумуляторным заводам России по договорам, создание и совершенствование инфраструктуры управления, финансирования, изготовления, строительно-монтажных и пуско-наладочных работ, подготовка и обучение производственных кадров и т.д.

Научно-производственное предприятие "Ионика", как заявитель о выдаче патента на предполагаемое изобретение и как возможный его патентообладатель, предлагает Российскому патентному ведомству, администрации Свердловской области и другим заинтересованным организациям и физическим лицам учредить Российскую холдинг-ассоциацию по переработке аккумуляторного лома и поставке сертификатного свинца и его сплавов аккумуляторным заводам России.

Исторически так сложилось, что почти все аккумуляторные заводы находятся в России, а заводы по переработке аккумуляторного лома и выпуску его сплавов для аккумуляторных заводов находятся на Украине и в Казахстане, т.е. в нынешнем ближнем зарубежье. В результате при современной ситуации варварским способом собираемый и транспортируемый Россией аккумуляторный лом везется в Казахстан и Украину и оттуда обратным путем сертификатный свинец поступает на российские заводы. Цены на него монопольно устанавливаются в ближнем зарубежье, в результате продажная цена аккумуляторов становится недоступной простому потребителю, предприятиям в городах и сельской местности.

Региональная экологически чистая переработка отработанных аккумуляторов по предлагаемому способу, максимально приближенная к месту эксплуатации аккумуляторов благодаря холдинговым предприятиям позволяет обеспечить выход по свинцу до 99% Причем, посредством разделительной плавки получают сразу вторичный свинцово-сурьмянистый сплав почти соответствующий сертификату, и готовое исходное сырья (оксиды и сульфаты свинца) для восстановительной плавки по предлагаемому способу, в которой получают свинец с содержанием сурьмы до 0,1% как исходное сырье для значительно более дешевого получения мягкого свинца рафинированием.

Оснащение регионов России установками по предлагаемому способу различной производительности и типоразмеров, включаемыми по мере накопления сырья, позволит исключить экологически вредные и дорогие перевозки аккумуляторного лома, вернуть в хозяйственный оборот сотни тысяч тонн свинца, перевести часть заводов ВЦМ России на режим рафинирования (получения мягкого свинца) и выпуск свинцово-сурьмянистого сплава по сертификату из слитков вторичного свинца, получаемого на установках холдинговых предприятий.

Возможно и непосредственно производство мягкого свинца и сертификатного свинцово-сурьмянистого сплава на холдинговых предприятиях по договору с аккумуляторными заводами России, которые в настоящее время находятся в большой зависимости от поставок сырья из монопольного ближнего зарубежья. Такие договоры с аккумуляторными заводами значительно повысили бы заинтересованность автобаз в сдаче аккумуляторного лома за готовые аккумуляторы. Для успеха дела требуется экспансивный стиль деятельности договаривающихся сторон.

Успешное начало дела требует всего 15-230 миллионов рублей первоначального (учредительного) капитала для выполнения в течение календарного года следующих работ:
проведение проектно-конструкторских работ, выпуск проектно-конструкторской документации и получение экологического паспорта;
изготовление и комплектация установки, работающей по предлагаемому способу;
размещение и пуско-наладка оборудования на первом холдинговом предприятии;
опытно-промышленная эксплуатация;
организация учебного центра по подготовке кадров для холдиновых предприятий.

Дальнейший рост числа холдинговых предприятий можно обеспечить на основе их самоокупаемости, а для более быстрого расширения дела возможны региональные льготные кредиты, инвестиции.

Накопление опыта, наличие всей необходимой документации позволит передавать установки и организовывать производства на основе лицензионных соглашений с предприятиями ближнего и дальнего зарубежья.

Формула изобретения

1. Способ переработки отработанных аккумуляторных батарей, включающий разделение его на металлическую и окисно-сульфатную фракции путем предварительного нагрева до расплавления металлической фракции и плавку отделенной окисно-сульфатной фракции в присутствии углеродсодержащего восстановителя и флюса, отличающийся тем, что разделение осуществляют путем нагрева до выплавления металлической фракции в транспортно-разделительном контейнере с перфорированным днищем, а восстановительную плавку оставшейся после расплавления и слива металлической фракции окисно-сульфатной фракции ведут в объемном соотношении с углеродсодержащим восстановителем, равным 1 3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что транспортно-разделительные контейнеры устанавливают в нагреваемом объеме в многоярусные вертикально-горизонтальные ряды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.03.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2003

Извещение опубликовано: 27.05.2003        

---