Способ утилизации никель-цинковых щелочных аккумуляторов

Авторы патента:

H01M10/54 - ремонт или восстановление пригодности частей отработавших аккумуляторов

Владельцы патента RU 2479078:

Воржев Владимир Фёдорович (RU)
Стекольникова Наталья Юрьевна (RU)
Мамонтова Юлия Евгеньевна (RU)

Изобретение относится к электротехнической промышленности и промышленной экологии. Способ механической и химической переработки утилизируемых Ni-Zn аккумуляторов заключается в механической сепарации пластмассовой и металлической составляющей, в химической стадии растворения активной массы внутренней части в серной кислоте с последующей нейтрализацией в щелочи, сепарацией осадка гидроокиси никеля, сбором фильтрата метацинковой кислоты, сушкой и сбором готового продукта. Техническим результатом является обеспечение утилизации с получением товарных продуктов и ресурсосбережения. 1 ил.

Техногенная деятельность человека приводит к огромному накоплению отходов, многие из которых в результате переработки могут стать полезными ресурсами вторичного использования. В отработанных аккумуляторах содержатся такие металлы, как железо, кадмий, цинк, никель, медь и другие, многие из них обладают токсическим эффектом при попадании в почву и далее по растительному пути к человеку, так как они зачастую выбрасываются. В связи с этим переработка отработанных аккумуляторов позволит не только снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду, но и позволит вернуть в производство указанные металлы. Как известно, в состав аккумуляторов входят пластмассовый корпус, активные массы положительного и отрицательного электродов, электроды (сетки), электролит. Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при утилизации аккумуляторов. Техническим результатом является разработка способа утилизации с получением товарных продуктов.

В основу способа утилизации Ni-Zn аккумуляторов положена реагентная утилизация. Способ состоит из технической и химической переработок. Техническая представляет из себя операцию разделения измельченного пластмассового корпуса путем всплытия в водной среде деталей, металлических токоотводов от металлосодержащей внутренней части аккумулятора механическим способом путем дробления с образованием металлопластмассового лома, из которого далее методом водной декантации (осаждаются) отделяются металлы, которые поступают на переработку, то есть происходит сепарация (разделение) пластмассового и металлического лома. Химическая переработка состоит в добавлении щелочного электролита и в растворении металлосодержащей части (активной массы, остатков металлических решеток) в серной кислоте, что приводит к образованию концентрированных растворов сульфатов никеля и цинка. Используя различную растворимость сульфатов никеля и цинка, можно провести их химическое разделение, за счет разделения на две фазы - жидкую, растворимую двузамещенную соль метацинковой кислоты и нерастворимую в виде твердого осадка гидроокиси никеля, которые можно разделить путем фильтрации, то есть произвести декантацию (отделение) осадка гидроокиси никеля. Отметим, что при взаимодействии с серной кислотой происходит выделение водорода, который тоже может быть собран. Механическая и химическая переработка составляют схему утилизации Ni-Zn аккумуляторов, которую можно представить следующим образом. Переработка активной массы в валковой дробилке → бункер накопитель → откуда дозированная подача в химический реактор с дозировкой серной кислоты, в котором происходит образование сульфатов цинка и никеля, выделение водорода → сбор водорода в газгольдер → обработка сульфатных растворов никеля и цинка через дозатор раствором щелочи (NaOH или КОН) до нейтрального рН → подача нейтрализованного раствора на барабанный фильтр → отделение сульфата натрия или калия → упаривание → сушка → готовый продукт сульфат натрия или калия (склад); осадок (гидроксиды Ni и Zn) дополнительно обрабатываются гидроксидом натрия (дозированием) → фильтрация на барабанном фильтре (гидроксид никеля выпадает в осадок) так как он нерастворим, упаривается и собирается, а фильтрат из-за амфотерных свойств гидроокиси цинка остается в растворе и в виде метацинковой кислоты, после упаривания и сушки складируется. Предлагаемый способ и составляет технологию реагентной рекуперации (извлечения и переработки исходных заложенных материалов) Ni-Zn аккумуляторов, является ресурсосберегающим, безотходным, аналоги отсутствуют, хотя исследования в этом направлении ведутся. Продукты переработки возвращаются в промышленное производство и могут быть использованы в различных ее отраслях в виде полезных веществ.

Разработана принципиальная схема рекуперационной утилизации никель-цинковых щелочных аккумуляторов (рис.1).

Активную массу, никель и цинк загружают в питатель 1, откуда они поступают в валковую дробилку 2 и затем в бункер 3. Конвейер 4 подает диспергированный материал в дозатор 5А, откуда он порциями поступает в реактор 6. Серная кислота из емкости 7 через дозатор 5Б также поступает в реактор 6, где происходит растворение активной массы, дробленого Zn и Ni, то есть химическая реакция между компонентами с образованием сульфатов цинка (II), никеля (II), никеля (III) и выделением водорода. Образующийся водород через каплеотбойник 8 и обратный холодильник 9 собирают в газгольдер 10.

Из реактора 6 насосом Н раствор подают в емкость 11 и через дозатор 11А в реактор 12. В реактор также поступает порциями щелочь (гидроксид натрия) из емкости 13 через дозатор 11Б, где происходит взаимодействие сульфатов цинка и никеля с подаваемой гидроокисью натрия (до рН≈7), в результате чего образуются осадки (твердая фаза) гидроокисей никеля и цинка, а также жидкая фаза сульфата натрия. Нейтрализованный раствор, который содержит гидроксиды никеля, цинка и сульфат натрия, из реактора подают на барабанный фильтр 14. Фильтрат (сульфат натрия) после упаривания в аппарате 15 и сушки в аппарате 16 поступает в виде готового продукта на склад.

Осадок (гидроксиды никеля и цинка) шнеком 17 подают в реактор 18. Сюда же подают щелочь (гидроксид натрия) из емкости 19 через дозатор 20. Осадок (гидроксиды никеля и цинка) в реакторе 18 после добавления гидроокиси натрия разделяются на две фазы - жидкую (гидроксид цинка вследствие амфотерных свойств переводится в растворимую двузамещенную соль метацинковой кислоты), которая остается в фильтрате, и твердую (гидроксиды) никеля. Смесь из реактора выпускают на барабанный фильтр 21. Осадок с фильтра (гидроксид никеля (III)) после упаривания в аппарате 22 и сушки в аппарате 23 поступает в виде готового продукта на склад.

Фильтрат (двузамещенная натриевая соль метацинковой кислоты) подают на упаривание в аппарат 24 и сушку в аппарат 25, после чего готовый продукт поступает на склад.

Способ химической рекуперации отработанных аккумуляторов, заключающийся в сепарации пластмассового и металлического лома, а также в растворении металлосодержащей внутренней части аккумулятора в серной кислоте с последующей нейтрализацией в щелочи и декантацией осадка гидроокиси никеля и сбором фильтрата метацинковой кислоты с последующей сушкой и сбором готового продукта.

Изобретение относится к области переработки свинцовых аккумуляторов. .

Способ восстановления аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления // 2437190

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

Способ переработки оксидно-никелевых электродов // 2410801

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

Способ восстановления негерметичного щелочного аккумулятора // 2373617

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

Способ извлечения кремнезема, имеющегося в сепараторах между элементами свинцово-кислотных батарей // 2359370

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.

Способ извлечения никеля из отработанных щелочных аккумуляторов ламельной конструкции // 2345449

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для извлечения никеля из отработанных щелочных аккумуляторов ламельной конструкции. .

Способ изготовления компонентов активных масс отрицательных электродов для щелочных аккумуляторов при их регенеративной переработке // 2344520

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

Способ очистки раствора сульфата никеля от железа // 2328061

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.

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током // 2313863

Изобретение относится к электротехнике и касается сокращения времени формирования и восстановления герметичных аккумуляторных батарей (АБ). .

Способ и устройство для восстановления аккумуляторной батареи // 2309509

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для восстановления различных типов аккумуляторных батарей, предназначенных для использования на транспортных или иных технических средствах.

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов переменным асимметричным током // 2521607

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.

Способ восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей // 2539876

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.

Способ разделения материалов из перерабатываемых электрохимических элементов и батарей // 2553805

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.

Способ переработки батарей // 2573650

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.