Способ переработки оксидно-никелевых электродов


 


Владельцы патента RU 2410801:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления компонентов активных масс положительных электродов щелочных аккумуляторов. Согласно изобретению способ переработки оксидно-никелевых электродов включает разрушение электродов, разделение металлической составляющей и активной массы, выщелачивание никельсодержащей составляющей раствором серной кислоты концентрацией 28-32 мас.%. Графит отделяют от раствора сульфата никеля фильтрованием, промывают на фильтре водой. Полученный промывной раствор упаривают до концентрации сульфата никеля, близкой к насыщению. Оба раствора, раствор сульфата никеля и промывной раствор, охлаждают до температуры 10-20°С, выдерживают при этой температуре до выпадения кристаллов сульфата никеля, которые отделяют от раствора маточные растворы объединяют и обрабатывают концентрированным водным раствором аммиака для получения основных солей никеля. После чего образовавшийся осадок отделяют фильтрованием и обрабатывают раствором гидроксида натрия 15-20 мас.% для получения гидроксида никеля(II) и раствора сульфата натрия. Гидроксид никеля(II) отфильтровывают, осадок промывают водой и сушат. Промывные воды добавляют к раствору сульфата натрия. Выделяющийся при получении гидроксида никеля(II) аммиак поглощают водой и возвращают на обработку маточного раствора. К раствору, оставшемуся после отделения основных солей никеля, добавляют гидроксид натрия 15-20 мас.% до выпадения гидроксида железа(III), который отфильтровывают от раствора сульфата натрия. Полученные растворы сульфата натрия объединяют, упаривают и кристаллизуют сульфат натрия. Техническим результатом является повышение экономичности способа переработки оксидно-никелевых электродов за счет уменьшения количества применяемой воды и уменьшения объема технологических растворов, повышение чистоты получаемого графита. 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления компонентов активных масс положительных электродов щелочных аккумуляторов.

Известен способ восстановления активной массы положительного электрода из отработавших железо-никелевых аккумуляторов, включающий разрушение электродов, отделение металлической составляющей от активной массы, промывку водой с последующим использованием активной массы для повторного применения в щелочных аккумуляторов [а.с. СССР №120236]. Недостатком данного способа является недостаточная чистота получаемой активной массы, что снижает срок службы щелочного аккумулятора и не отвечает требованиям ТУ-48-3-63-90, предъявляемых к гидроксиду никеля(II), используемому при производстве щелочных аккумуляторов.

Известен способ переработки отработанных щелочных аккумуляторов [патент РФ №2178933], выбранный за прототип. Способ включает разрушение электродов, разделение металлической составляющей и активной массы, отделение графита флотацией и выщелачивание активной массы серной кислотой с последующей гидрометаллургической переработкой раствора сульфата никеля в гидроксид никеля (II) по известной технологии [Дасоян М.А., Новодережкин В.В., Томашевский Ф.Ф. Производство электрических аккумуляторов. М.: Высшая школа, 1970. 428 с.]. Недостатком данного способа является его неэкономичность за счет использования большого количества воды для осуществления операции флотации и приготовления технологических растворов, концентрация сульфата никеля в растворах менее 1% (насыщенный раствор - 27,7%), недостаточная чистота получаемого графита.

Задачей изобретения является повышение экономичности за счет уменьшения количества применяемой воды и уменьшение объема технологических растворов, повышение чистоты получаемого графита.

Предложен способ переработки оксидно-никелевых электродов, включающий разрушение электродов, разделение металлической составляющей и активной массы, выщелачивание никельсодержащей составляющей раствором серной кислоты концентрацией 28-32 мас.%. Графит отделяют от раствора сульфата никеля фильтрованием, промывают на фильтре водой, снимают с фильтра и сушат. Полученный промывной раствор упаривают до концентрации сульфата никеля, близкой к насыщению, примерно в два раза по величине объема. Оба раствора, раствор сульфата никеля и промывной раствор, охлаждают до температуры 10-20°С, выдерживают при этой температуре до выпадения кристаллов сульфата никеля. Кристаллы сульфата никеля отделяют от раствора, маточные растворы объединяют и обрабатывают концентрированным водным раствором аммиака для получения основных солей никеля. После чего образовавшийся осадок отделяют фильтрованием и обрабатывают раствором гидроксида натрия 15-20% для получения гидроксида никеля(II) и раствора сульфата натрия. Гидроксид никеля(II) отфильтровывают, осадок промывают водой и сушат. Промывные воды добавляют к раствору сульфата натрия. Выделяющийся при получении гидроксида никеля(II) аммиак поглощают водой и возвращают на обработку маточного раствора. К раствору, оставшемуся после отделения основных солей никеля, добавляют гидроксид натрия 15-20 мас.% до выпадения гидроксида железа(III), который отфильтровывают от раствора сульфата натрия. Полученные растворы сульфата натрия объединяют, упаривают и кристаллизуют сульфат натрия.

Применение более концентрированных растворов серной кислоты позволяет, по сравнению с прототипом, исключить операции флотации и последующей гидрометаллургической доочистки пенного продукта. Использование более концентрированного раствора серной кислоты позволяет увеличить степень извлечения основного компонента в раствор, вследствие чего получается более чистый по сравнению с прототипом графит. Предлагаемый способ за счет введения новых операций, по сути, представляет собой замкнутый цикл, что значительно сокращает потери и приводит к повышению экономичности.

Таким образом, совокупность отличительных признаков является необходимым и достаточным условием для выполнения поставленной задачи.

Применение раствора серной кислоты с концентрацией 28-32% (мас.) обусловлено полнотой извлечения в раствор основного целевого компонента - никеля в форме сульфата, а также нейтрализацией остаточной щелочности активной массы. Использование для выщелачивания более концентрированного раствора серной кислоты более 32 мас.% нецелесообразно, так как в результате получаемый раствор будет обогащен сопутствующими компонентами (примесями). При использовании менее концентрированных растворов серной кислоты менее 28 мас.% увеличивается объем получаемого раствора и получается графит, загрязненный компонентами активной массы.

Охлаждение раствора сульфата никеля, образуемого после выщелачивания, осуществляется при температуре 10-20°С, поскольку именно при этих условиях создается необходимое пересыщение в растворе данного состава и наблюдается образование зародышей кристаллов. При температуре более 20°С образование кристаллов в получаемых растворах не наблюдается. При температурах менее 10°С происходит интенсивное зарождение кристаллов и возможно их загрязнение примесями за счет захвата раствора.

Интервал концентраций раствора гидроксида натрия выбирался по диаграмме растворимости в системе Na2SO4-NaOH-H2O при 25°С [Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) Ч.I. Л.: Химия, 1974. 792 с.]. Таким образом, чтобы образовавшийся сульфат натрия находился в растворе при данном соотношении сульфата и гидроксида натрия. При использовании раствора гидроксида натрия с концентрацией более 20% происходит выпадение твердой фазы сульфата натрия. При использовании раствора гидроксида натрия с концентрацией менее 15% получается большой объем технологического раствора.

Пример

Стадия 1. 10 г активной массы оксидно-никелевого электрода выщелачивали серной кислотой концентрацией 30% (мас.) в термостатированном реакторе при температуре 82°С. Количество серной кислоты, необходимое для выщелачивания, определялось содержанием никеля в активной массе с учетом остаточной щелочности - содержание карбонатов (6,1±1,0)% и гидрокарбонатов (7,3±1,0)% [Демидов А.И., Кохацкая М.С., Сун Любинь Определение остаточной щелочности в положительных и отрицательных электродах отработанного никель-железного аккумулятора. Журнал прикладной химии, 2005. Т.5, Вып.8. С.1303-1305]. Серную кислоту добавляли к сухой активной массе порционно, чтобы избежать вспенивания и разбрызгивания раствора. Затем суспензию, содержащую раствор сульфата никеля и графит фильтровали при 82°С. Графит, промытый на фильтре, был высушен при температуре 130°С, промывной раствор упаривали в два раза по величине объема. Оба раствора охлаждали до температуры 17°С и выдерживали при этой температуре в течение 3-6 суток для образования и роста кристаллов сульфата никеля. Кристаллы отделяли от маточного раствора с использованием фильтра Шотта. Полученные конечные продукты (графит, кристаллический сульфат никеля) подвергались рентгенофазовому анализу для характеристики степени их чистоты.

Полученный графит представляет собой порошок следующего состава, мас.%:

[С]≈99,2; [Fe]=0,01; [Са]=0,013; [Si]=0,008.

Кристаллы сульфата никеля представляют собой монокристаллы NiSO4·6Н2О, которые являлись рентгенографически чистыми.

Стадия 2. Маточный раствор, оставшийся после кристаллизации сульфата никеля, обрабатывали концентрированным водным раствором аммиака для получения основных солей никеля. Количество добавляемого аммиака контролировали по величине рН, добавление вели до значения рН≈2,5, чтобы исключить загрязнение образующейся соли гидроксидом железа(III). Раствор выдерживали до полного выпадения основной соли. Осадок отделяли от раствора фильтрованием, промывали водой и сушили при комнатной температуре. Промывные воды добавляли к основному раствору.

Стадия 3. 1 г высушенной основной соли никеля обрабатывался 10 мл раствора гидроксида натрия 20% (мас.). Полученный гидроксид никеля(II) отделяли фильтрованием, промывали на фильтре водой и сушили при температуре 130°С. Промывные воды добавляли к раствору сульфата натрия, содержащему гидроксид натрия.

Стадия 4. К раствору, оставшемуся после отделения основных солей никеля (стадия 2), был добавлен раствор сульфата натрия, содержащий гидроксид натрия, полученный в результате операции синтеза гидроксида никеля(II) (стадия 3), для очистки от железа путем осаждения в форме гидроксида железа(III). Осадок отделяли фильтрованием с последующим промыванием водой, промывные воды добавляли к раствору сульфата натрия. Раствор упаривали и подвергали кристаллизации для получения сульфата натрия по известной технологии. Выделявшийся в процессе образования гидроксида железа(III) аммиак поглощали водой для последующего использования на стадии получения основных солей никеля (стадия 2).

Последующие примеры выполняли аналогично примеру 1, изменяя концентрацию раствора серной кислоты, температуру охлаждения, а также концентрацию раствора гидроксида натрия. Результаты приведены в таблице.

Таблица
Концентрация H2SO4, мас.% tохл., °С Концентрация NaOH, мас.% Примечания
28 10 15 Получены: кристаллы NiSO4·6Н2О рентгенографически чистые, графит более чистый по сравнению с прототипом, гидроксид никеля и сульфат натрия.
30 17 18 Получены: кристаллы NiSO4·6Н2О рентгенографически чистые, графит более чистый по сравнению с прототипом, гидроксид никеля и сульфат натрия.
32 20 20 Получены: кристаллы NiSO4·6Н2О рентгенографически чистые, графит более чистый по сравнению с прототипом, гидроксид никеля и сульфат натрия.

Предлагаемый способ позволяет исключить операции флотации и последующей гидрометаллургической доочистки пенного продукта, что уменьшает объем использованной воды на 20 м3 на 1 т активной массы. Стоимость 1 м3 воды на 1.01.2009 составляет 15,45 рублей, водоотведение того же количества - 11,35 рублей. Экономия составляет 536 рублей на 1 т активной массы. Полученные кристаллы NiSO4·6Н2О являются рентгенографически чистыми и полученный графит обладает повышенной чистотой. Кроме того, предложенный способ является малоотходным, поскольку дополнительно позволяет получить гидроксид никеля из маточных растворов, сульфат натрия из промывных растворов.

Способ переработки оксидно-никелевых электродов, включающий разрушение электродов, разделение металлической составляющей электродов и активной массы, выщелачивание никельсодержащей составляющей активной массы раствором серной кислоты, получение раствора сульфата никеля, отличающийся тем, что для выщелачивания берут раствор серной кислоты концентрацией 28-32 мас.%, после чего суспензию фильтруют до получения графита и раствора, графит промывают водой и сушат, а полученный промывной раствор упаривают до концентрации сульфата никеля близкой к насыщению, оба раствора охлаждают до температуры 10-20°С и выдерживают до выпадения кристаллов, отделяют кристаллы сульфата никеля от маточных растворов, которые соединяют и обрабатывают концентрированным водным раствором аммиака, после чего образовавшийся осадок отделяют фильтрованием, осадок обрабатывают раствором гидроксида натрия 15-20 мас.% для получения гидроксида никеля(II) и раствора сульфата натрия, гидроксид никеля(II) отфильтровывают, промывают водой, сушат, промывные воды добавляют к раствору сульфата натрия, при этом выделяющийся аммиак поглощают водой и возвращают на обработку маточного раствора, а к раствору добавляют гидроксид натрия 15-20 мас.% до выпадения гидроксида железа(III), который отфильтровывают от раствора сульфата натрия, полученные растворы сульфата натрия объединяют, упаривают и кристаллизуют сульфат натрия.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, преобразующим химическую энергию в электрическую. .

Изобретение относится к области химической промышленности, а более конкретно к ее отрасли, связанной с извлечением кремнезема, имеющегося в диафрагмах, выполняющих функции сепараторов между элементами батарей свинцово-кислотного типа, использованием различных способов.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для извлечения никеля из отработанных щелочных аккумуляторов ламельной конструкции. .

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для изготовления компонентов активных масс отрицательных электродов при рециклинговой переработке отработанных щелочных аккумуляторов.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для очистки раствора сульфата никеля NiSO4 от примесей железа при рециклинговом изготовлении гидрата закиси никеля Ni(OH)2 из отработанных щелочных аккумуляторов.
Изобретение относится к электротехнике и касается сокращения времени формирования и восстановления герметичных аккумуляторных батарей (АБ). .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для восстановления различных типов аккумуляторных батарей, предназначенных для использования на транспортных или иных технических средствах.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности при производстве щелочных аккумуляторов с кадмиевыми электродами. .
Изобретение относится к области электротехники, в частности к восстановлению аккумуляторных батарей. .

Изобретение относится к обслуживанию аккумуляторных батарей закрытого типа. .

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам, преобразующим химическую энергию в электрическую, а конкретно к восстановлению источников напряжения, преимущественно аккумуляторных батарей

Изобретение относится к области переработки свинцовых аккумуляторов

Изобретение относится к электротехнической промышленности и промышленной экологии
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для сокращения времени формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов после их длительного хранения. Согласно предложенному изобретению зарядку аккумуляторов ведут переменным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов γ и соотношении длительностей разрядного и зарядного импульсов τ, определяемых индивидуально для каждого типа аккумуляторов, с помощью двухфакторного эксперимента в интервалах γ=1,1÷7 и τ=0,1÷0,9 соответственно, пауза между зарядным и разрядным импульсами равна длительности разрядного импульса, среднее значение переменного асимметричного тока заряда выбирают так, чтобы заряд проходил от 1 часа до 10 часов, при этом заряд производят до достижения на батареи порогового значения, контроль напряжения на батарее производят в паузе между разрядным и зарядным импульсами, частота переменного асимметричного тока может быть любая в интервале от 1 Гц до 50 кГц, разряд производят тем же током до достижения 1 В на аккумулятор. Повышение эффективности восстановления емкости аккумуляторов за счет оптимального восстановления активной массы при сокращении времени форматирования и восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов является техническим результатом изобретения. 2 пр.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для восстановления емкости герметичных аккумуляторных батарей, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур окружающей среды. Снижение времени восстановления емкости и повышение срока службы батарей достигается за счет того, что в способе восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, после предварительного разряда аккумуляторной батареи до (0-0,5В) и последующем заряде до максимального значения, перед разрядом аккумуляторной батареи осуществляют измерение напряжения батареи и сравнение его с заданным значением и контролируют остаточную емкость с последующим разрядом ее на нагрузочном элементе, при этом заряд батареи осуществляют только при положительных значениях температуры, для чего аккумуляторную батарею помещают в термоизоляционный корпус, и если температура в корпусе окажется отрицательной или ниже требуемой положительной температуры, то с помощью встроенного внутрь термоизоляционного корпуса нагревательного элемента, на который подают напряжение питания, доводят температуру до требуемого положительного значения, которое контролируют с помощью термодатчика, после чего осуществляют заряд аккумуляторной батареи с амплитудой тока заряда, выбираемой в пределах (0,5-1,0) от номинального значения емкости. 1 ил.
Изобретение относится к переработке электрохимических элементов и батарей. Способ разделения материалов в ломе батарей включает измельчение батареи, удаление материалов корпуса, суспендирование получаемой суспензии батареи в воде в резервуаре пенной флотации, добавление агента пенной флотации к данной суспензии, барботирование данного резервуара воздухом с образованием пены, вследствие чего гидрофобные материалы захватываются пузырьками воздуха, и позволяют захваченным материалам всплывать вверх в резервуаре и снимают захваченные материалы из резервуара. Соединения Pb (IV) отделяют от соединений Pb (II) в суспензии батареи в резервуаре пенной флотации. Способ разделения материалов в ломе свинцово-кислотных батарей включает извлечение пасты из отработанной батареи, суспендирование извлеченной пасты в воде, добавление агента пенной флотации к данной суспензии, содержащей пасту и воду, барботирование резервуара пенной флотации газом с образованием пены, отделение диоксида свинца (PbO2) от других свинецсодержащих соединений суспензии в резервуаре пенной флотации. Технический результат - повышение эффективности разделения материалов лома батарей. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 табл., 10 пр.
Изобретение относится к способу переработки выброшенных батарей путем измельчения или дробления для извлечения повторно используемых материалов, содержащему следующие этапы: сортировку множества батарей на группы по технологии батарей; удаление батарей с кнопочными элементами из упомянутых групп; измельчение упомянутых групп батарей на куски приблизительно одной четвертью дюйма или менее для получения конечной массы частиц; удаление ферромагнитного материала из упомянутой конечной массы частиц, передачу упомянутой конечной массы частиц в процесс очистки или переплавки для извлечения повторно используемых материалов; при этом измельчение батарей первоначально проводят при температуре от 40 до 50оС с использованием циклона для удаления выделяющихся газов, после чего полученную смесь через воздухопроницаемую транспортировочную трубу подают на окончательное измельчение. Повышение степени извлечения повторно используемых материалов отработанных батарей при минимальном вредном воздействии на окружающую среду является техническим результатом заявленного изобретения. 2 з.п. ф-лы.
Наверх