Способ извлечения кадмия из вторичного сырья
Владельцы патента RU 2469112:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (RU)
Изобретение относится к металлургии, а именно способам извлечения кадмия из вторичного сырья, и может быть использовано при переработке отрицательных ламелей никель-кадмиевых аккумуляторов. Способ включает выщелачивание кадмия из сырья в растворе этилендиаминтетраацетата натрия с последующим извлечением его из раствора и регенерацию этилендиаминтетраацетата. Выщелачивание кадмия проводят в две стадии. Раствор, полученный на первой стадии, отправляют на извлечение кадмия, а остаток первой стадии направляют на вторую стадию выщелачивания кадмия. Раствор, полученный на второй стадии, используют для выщелачивания кадмия из сырья на первой стадии. При этом выщелачивание на второй стадии проводят в присутствии пероксида водорода при поддержании его концентрации в диапазоне 10-15 г/дм3 в течение 2-2,5 часов. Техническим результатом является повышение степени извлечения кадмия. 2 табл., 2 пр.
Изобретение относится к металлургии, а именно способам получения кадмия, и может быть использовано при переработке отрицательных ламелей никель-кадмиевых аккумуляторов.
Наибольшее распространение получили методы переработки кадмийсодержащего сырья, основанные на сернокислотном выщелачивании, где на первой стадии процесса практически все компоненты скрапа переводят в раствор, а в дальнейшем различными методами выделяют металлы (1. Pfrepper Gerd, Deicke Liane. / Способ извлечения ценных металлов из Ni-Cd-скрапа. Verfahren zur Ruckgewinmmg von Wertmetallenaus Ni/Cd-haltigem Schrott// Пат.282925 ГДР, МПК4 C22B 7/00, C22B 11/04. Akademie der Wissenschaften der DDR. N 3283460; Заявл. 08.05.89; Опубл. 26.09.90).
Недостатками сернокислотного способа являются низкая степень извлечения кадмия за счет потерь его с железо- и никельсодержащими промпродуктами, технологические трудности очистки промышленных растворов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ переработки никель-кадмиевого скрапа (патент RU №2372412, 10.11.2009. Бюл №31), включающий выщелачивание кадмия раствором этилендиаминтетраацетата натрия с последующей регенерацией растворителя и осаждением кадмия.
Использование этилендиаминтетраацетата натрия обеспечивает высокий уровень безопасности производства, возможность регенерации растворителя, что повышает экономическую эффективность производства, а также обуславливает высокую степень извлечения кадмия. Вместе с тем способ прототипа не обеспечивает достаточной степени извлечения кадмия при наличии в сырье металлического кадмия. Так как при выщелачивании в среде этилендиаминтетраацетата натрия обеспечивается образование комплексов только лишь с окислами и солями кадмия, а с металлическим кадмием (количество которого значительно в сырье) этилендиаминтетраацетата натрия комплексов не образует. Тем самым с железным кеком теряется большое количество кадмия, что приводит к образованию железокадмиевого остатка, применение и утилизация которого затруднительны.
Задачей изобретения является повышение степени извлечения кадмия, при переработке сырья в котором содержится как металлический, так и не металлический кадмий, и получения продуктов переработки, использование которых не представляет каких-либо трудностей.
Указанная задача решается тем, что выщелачивание кадмия проводят в две стадии, причем раствор, полученный на первой стадии, отправляют на извлечение кадмия, а остаток направляют на вторую стадию выщелачивания кадмия, при этом раствор, полученный на второй стадии, используют для выщелачивания сырья на первой стадии, причем выщелачивание на второй стадии проводят в присутствии пероксида водорода при поддержании его концентрации в диапазоне 10 -15 г/дм3, в течение 2-2,5 часов.
Для окисления металлического кадмия в сырье и перевода его в раствор рационально использовать пероксид водорода, так как этот окислитель эффективно окисляет кадмий, при этом не загрязняя раствор посторонними ионами.
Противоточное двухстадийное ведение процесса выщелачивания, в присутствии окислителя, обеспечивает максимально полное извлечение в раствор кадмия, позволяет получить железосодержащий осадок, пригодный для дальнейшей переработки на предприятиях черной металлургии, а также полностью исключает возможность попадания железа в раствор.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что отрицательные ламели никель-кадмиевых аккумуляторов подвергают двухстадийному выщелачиванию. На первой стадии выщелачивание проводят раствором этилендиаминтетраацетата, полученным после второй стадии, при отношении Т:Ж=1:5, при этом полученный твердый остаток первой стадии направляют на выщелачивание свежим раствором этилендиаминтетраацетата, с концентрацией этилендиаминтетраацетата натрия и пероксида водорода: 100-120 г/дм3 и 15 г/дм3, соответственно. Суммарная продолжительность двух стадий выщелачивания составляет 2,5 часа.
После фильтрации полученный кек промывают водой, а промводы объединяют с фильтратом, направляемым на повторное выщелачивание.
В полученный раствор первой стадии выщелачивания добавляют серную кислоту до достижения рН раствора 1,0-1,6. При этом получают осадок этилендиаминтетраацетата, из которого после фильтрации готовят новый раствор для выщелачивания, и кадмийсодержащий раствор, который проходит стадии осаждения гидроксида кадмия, фильтрацию, промывку и прокалку методами, аналогичными прототипу.
При этом получается оксид кадмия, соответствующий требованиям ГОСТ 11120-75.
Таким образом, в данном способе удается совместить высокую скорость и степень извлечения кадмия.
Параметры выщелачивания определены опытным путем и могут быть проиллюстрированы следующими данными.
Пример 1
Навеску кадмийсодержащего сырья щелочных аккумуляторов размером частиц класса - 0,1 мм, содержащую CdO - 21,45%, Cd - 43,84%, Fe2O3 - 28,1%, выщелачивали в растворе этилендиаминтетраацетата натрия 100 г/дм3, полученном в ходе второго выщелачивания. Из полученного после фильтрации раствора отбирали пробу и анализировали на содержание кадмия.
Остаток после первой стадии подвергали выщелачиванию, с добавлением различного количества пероксида водорода, в свежем растворе этилендиаминтетраацетата натрия, той же концентрации, полученном в результате регенерации осажденного этилендиаминтетраацетата.
На основании полученных данных рассчитывали полноту извлечения кадмия. Для сравнения одну навеску выщелачивали по способу прототипа в одну стадию, без добавления окислителя. Результаты приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Результаты опытов по выщелачиванию отрицательных ламелей никель-кадмиевых аккумуляторов | ||||
| № п/п | Концентрация H2O2, г/дм3 (начальная) | Температура, °C | Продолжительность выщелачивания, мин | Степень извлечения Cd, % |
| 1 | 8 | 30 | 200 | 85,2 |
| 2 | 10 | 45 | 180 | 93,8 |
| 3 | 12 | 40 | 190 | 96,8 |
| 4 | 15 | 50 | 150 | 98,5 |
| 5 | 17 | 50 | 150 | 98,5 |
| Выщелачивание по прототипу, при температуре 25°C, Ж:Т=1:5, концентрации этилендиаминтетраацетата натрия 100-120 г/дм3, рН=8-9. Продолжительность выщелачивания 120 мин | 54,3 |
Пример 2
Отличается от примера №1 тем, что в опытах использовалось сырье без металлического кадмия и окислитель не применялся.
Навеску активной массы отрицательной ламели никель-кадмиевого аккумулятора размером частиц класса - 0,1 мм, содержащую CdO - 21,5%, Fe2O3 - 51,1%, графит - остальное, подвергали двухстадийному противоточному выщелачиванию в растворе этилендиаминтетраацетата натрия концентрацией 100-120 г/дм3 и рН=7. Для сравнения одну навеску выщелачивали по способу прототипа в одну стадию. Результаты приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Результаты опытов по выщелачиванию отрицательных ламелей никель-кадмиевых аккумуляторов | |||
| № п/п | Продолжительность выщелачивания 1-й стадии, мин | Продолжительность выщелачивания 2-й стадии, мин | Степень извлечения Cd, % |
| 1 | 50 | 50 | 96,8 |
| 2 | 60 | 60 | 98,0 |
| 3 | 70 | 70 | 98,1 |
| Выщелачивание по прототипу, при температуре 25°C, Ж:Т=1:5, концентрации этилендиаминтетраацетата натрия 100-120 г/дм3, рН=8-9. Продолжительность выщелачивания 120 мин | 82,5 |
Сопоставительный анализ известных технических решений, в т.ч. способа, выбранного в качестве прототипа, и предлагаемого изобретения позволяет сделать вывод, что именно совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение усматриваемого технического результата. Реализация предложенного технического решения позволяет значительно повысить извлечение кадмия при выщелачивании сырья, в котором кадмий находится в окисленной форме, и почти в два раза поднять извлечение при переработке сырья, в котором кадмий находится в виде металла.
Способ извлечения кадмия из вторичного сырья, включающий выщелачивание кадмия из сырья в растворе этилендиаминтетраацетата натрия с последующим извлечением кадмия из раствора и регенерацию этилендиаминтетраацетата, отличающийся тем, что выщелачивание кадмия проводят в две стадии, причем раствор, полученный на первой стадии, отправляют на извлечение кадмия, а твердый остаток первой стадии направляют на вторую стадию выщелачивания кадмия, при этом раствор, полученный на второй стадии выщелачивания, используют для выщелачивания кадмия из сырья на первой стадии, причем выщелачивание на второй стадии проводят в присутствии пероксида водорода при поддержании его концентрации в диапазоне 10-15 г/дм3 в течение 2-2,5 ч.
