Гидрометаллургическая переработка аккумуляторного лома с использованием комплексообразующего реагента
В стабильном обеспечении предприятий электрохимической энергетики высококачественным кадмийсодержащим сырьем для изготовления электродных материалов определяющая роль должна отводиться вторичным ресурсам. Решение проблемы наиболее полного рециклинга кадмия позволит не только вернуть в производственный цикл основные ценные металлы, но и выполнить комплекс природоохранных задач. Результатами… Читать ещё >
Содержание
- 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КАДМИЙСОДЕРЖАЩЕГО ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
- 1. 1. Химический и фазовый состав кадмийсодержащего вторичного сырья. Источники и объемы образования
- 1. 2. Методы переработки кадмийсодержащих аккумуляторных батарей
- 1. 2. 1. Пирометаллургические методы
- 1. 2. 2. Гидрометаллургические методы
- 1. 3. Выводы. Выбор направления исследований
- 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ КАДМИЯ В ТРИЛОНАТНЫХ РАСТВОРАХ
- 2. 1. Формы существования соединений кадмия и железа в растворах Трилона Б. Термодинамические параметры процесса выщелачивания
- 2. 2. Влияние рН на растворимость и устойчивость комплексных соединений кадмия и примесей
- 2. 3. Исследование взаимодействия оксидов кадмия и железа с Трилоном Б
- 2. 4. Механизм образования трилонатно-кадмиевого комплекса
- 2. 5. Кинетические особенности процесса выщелачивания соединений кадмия в растворах Трилона Б
- 2. 5. 1. Исследование выщелачивания оксидов кадмия и железа методом потенциометрического титрования. Влияние рН, температуры и начальной концентрации Трилона Б
- 2. 6. Кинетические особенности процесса выщелачивания соединений кадмия в растворах Трилона Б
2.7. Определение влияния параметров выщелачивания (Т:Ж, температура, концентрация растворителя, рН, гидродинамический режим) на скорость и полноту перевода кадмия в раствор методом планирования эксперимента.
Выводы к главе 2.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ ТРИЛОНА Б И ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА КАДМИЯ.
3.1. Исследование процесса регенерации Трилона Б методом потенциометрического титрования.
3.2. Влияние температуры на скорость и полноту осаждения Трилона Б.
3.3. Исследование гидролитического осаждения гидроксида кадмия из сульфатных растворов и получения гидроксида кадмия высокой чистоты.
3.3.1. Термодинамика гидролитического осаждения кадмия из сульфатных растворов.
3.3.2. Особенности гидролитического осаждения кадмия.
3.3.3. Изучение гидролитического осаждения кадмия методом потенциометрического титрования.
Выводы к главе 3:.
4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ КАДМИЙСОДЕРЖАЩЕГО ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ.
4.1. Методика проведения испытаний. Технологическая схема.
4.2. Результаты и их обсуждение. Технологические показатели и состав продуктов.
4.3. Результаты испытаний по применению полученного гидроксида кадмия для производства аккумуляторных батарей.
4.4. Рекомендации по использованию промпродуктов и очистке сточных вод. Экологическая оценка технологии.
4.5. Расчет экономической эффективности разработанной технологии.
4.6. Выводы.
Гидрометаллургическая переработка аккумуляторного лома с использованием комплексообразующего реагента (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В настоящее время наблюдается стремительный рост объёмов производства аккумуляторных батарей, которые находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.
К числу наиболее применяемых источников тока промышленного назначения относятся щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы. По сочетанию эксплуатационных свойств, к которым относятся работоспособность при отрицательных температурах, минимальные затраты при обслуживании, устойчивость к перезарядам, высокая удельная мощность, низкая стоимость и большой ресурс, такие батареи по-прежнему остаются непревзойденными и широко востребованными. В тоже время, входящий в состав батарей токсичный кадмий, представляет чрезвычайную опасность для человека и окружающей среды.
Все острее стоит проблема комплексной переработки выработавших ресурс батарей, объемы которых достигают в России десятков тысяч тонн и с каждым годом увеличиваются.
На сегодняшний день экологически чистой и рентабельной технологии, которая позволила бы переработать исчерпавшие свой срок аккумуляторные батареи с получением продуктов надлежащего качества не существует.
Рассматриваемая проблема актуальна для многих стран, в связи с широким использованием подобных батарей в электронике, электротехнике и транспорте. Особо остро проблема с утилизацией аккумуляторных батарей стоит в России, т.к. несовершенство законодательной базы в области обращения с опасными отходами приводит к тому, что отработанные аккумуляторы складируют вместе с твердыми промышленными и бытовыми отходами, нанося тем самым непоправимый ущерб окружающей среде.
В стабильном обеспечении предприятий электрохимической энергетики высококачественным кадмийсодержащим сырьем для изготовления электродных материалов определяющая роль должна отводиться вторичным ресурсам. Решение проблемы наиболее полного рециклинга кадмия позволит не только вернуть в производственный цикл основные ценные металлы, но и выполнить комплекс природоохранных задач.
Настоящая диссертационная работа посвящена созданию инновационной технологии переработки отработанных №-Сс1 источников питания с применением комплексообразующего растворителя — динатриевой соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты (Трилона Б). Исследованы и оптимизированы процессы: выщелачивания отрицательных ламелей водным раствором Трилона Б, очистки полученного трилонатного раствора от металлов-примесей, регенерации растворителя из трилонатно-кадмиевого раствора, а так же гидролитического осаждения кадмия.
Автор диссертационной работы выражает глубокую благодарность руководителю — доктору технических наук, профессору Карелову Станиславу Викторовичу, а также доктору технических наук, главному научному сотруднику Мамяченкову Сергею Владимировичу и кандидату технических наук, старшему научному сотруднику Анисимовой Ольге Сергеевне, принимавшим участие в обсуждении результатов и редактировании отдельных разделов и коллективу кафедры «Металлургия тяжелых цветных металлов» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина за помощь в работе над диссертацией.
4.6. Выводы.
Результатами опытно-промышленных испытаний подтверждены данные лабораторных исследований гидрометаллургической технологии кадмийсодер-жащих ламелей щелочных аккумуляторов в растворе комплексообразующего реагента, включающей операции: приготовление растворащелочное выщелачивание кадмийсодержащего сырьяосаждение ескагидролитическое осаждение гидроксида кадмия.
При соблюдении оптимальных режимов, выявленных в лабораторных исследованиях, в опытно-промышленных испытаниях достигнуты сопоставимые показатели:
1. На стадии выщелачивания степень перехода кадмия в раствор находится на уровне 96%, при этом удалось достигнуть высокой чистоты растворов, что в конечном итоге позволило получить продукт высокого качества;
2. При осаждении еска из раствора удалось достигнуть степени регенерации на уровне 97%;
3. При осаждении гидроксида кадмия извлечение кадмия из раствора составило 99,9%.
В целом общее извлечение кадмия находится на уровне 95,5−96%, повысить степень извлечение кадмия можно, проводя противоточное двух стадийное выщелачивание.
Таким образом, полученные результаты опытно — промышленных испытаний подтверждают возможность эффективной и комплексной переработки кад-мийсодержащих ламелей щелочных аккумуляторов в растворе комплексообра-зующего реагента и могут быть использованы при разработке технологического регламента на проектирование промышленного участка.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Созданная принципиально новая гидрометаллургическая технология переработки щелочных кадмийсодержащих аккумуляторов использованием ком-плексообразующего реагента, позволяет:
— по несложной технологии получить качественные кадмийсодержащие продукты (оксид и гидроксид), пригодные для производства новых аккумуляторных батарей и железный концентрат, используемый в получении стали;
— практически полностью регенерировать достаточно дорогостоящий комплексообразующий реагент.
Минимальная растворимость молекулярной формы еска при рН = 1−1,5 позволяет отделить ее кристаллический осадок от продуктивного раствора, содержащего сульфат кадмия, регенерируя, тем самым, комплексон, с потерями его не более 1 — 1,5%.
— обеспечить замкнутость технологической схемы по токсичным растворам, исключить выделения соединений кадмия в окружающую среду;
— использовать стандартное гидрометаллургическое оборудование и распространенные вспомогательные материалы, что обеспечивает низкие текущие затраты производства.
Выполненные подробные исследования кинетических особенностей ком-плексообразования в системе кадмий-железо-еска позволило выявить конкурентность формирования комплексов в зависимости от рН раствора: при повышении рН > 7 ионы кадмия вытесняют железо из координации, при этом осуществляется селективное выщелачивание кадмиевого сырья.
Оптимизация выщелачивания методом планирования трехфакторного эксперимента позволила определить оптимальные параметры ведения процесса выщелачивания: рН=7−9, Ж: Т=6, продолжительность — 60 минут для достижения 96−98% извлечения кадмия в раствор.
Результаты опытно-промышленных испытаний подтверждают возможность использования созданной технологии для создания предприятий по переработки отработанных кадмийсодержащих аккумуляторных батарей с извлечением кадмия на уровне 95,5−96% и получением продукта пригодного для производства новых аккумуляторов.
Выполненые технико-экономическое обоснование предполагаемого проектного решения позволяет утверждать, что благодаря низкой себестоимости единицы продукции и быстрому сроку окупаемости — технология является экономически эффективной.
Список литературы
- Багоцкий B.C. Скундин A.M. Химические источники тока. М.: Энерго-атомиздат, 1981. 360с.
- Розенцвейг С.А. Современные представления о работе железного и кадмиевого электродов в щелочном аккумуляторе. // Сб. работ по аккумуляторам. 1988. С.25−31. Шпак И. Г. Химические источники тока. Саратов: СГТУ, 2003. 95 с.
- Химические источники тока: Справочник / Под редакцией Н. В. Коровина и A.M. Скундина. М.: Издательство МЭИ, 2003. 740с.
- Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. М.: Энергоатомиздат. 1991. 264 с.
- Таганова А. А, Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источника тока: Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации: Справочник. СПб.: Химиздат, 2005. 264с.
- Андреев И.Н. Электрохимические устройства ХИТ. Казань: Изд-во КГТУ, 1999. 84с.
- Варыпаев В.Н., Дасоян М. А., Никольский В. А. Химические источники тока. М.: Высшая Школа, 1990. 240 с.
- Gemeinsames Rucknahmesystembaterien (GRS batterien): http: www/grs-batterien.de
- Fricke J.K., Knudsen N. Disposal of portable batteries. GRS batterien, May 2002. 21p.
- Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов/ М. Сит-тиг// Металлургия. 1985. 408 с.
- Domestic battery recycling in western Europe, in: Proceedings of the Second International Symposium in Recyclingof Metals and Engineered Materials/ J. Frenay, S. Feron// The Minerals, Metals & Materials Society. 1990. — vol. 2.- P. 639−647.
- The recycling of nickel-cadmium batteries experimental studies, in: Proceedings of the Sixth International Cadmium/ G. Horn, G. Holt// Conference, Paris, France, Cadmium Association (UK). — 1989. — P. 164−168.
- Recovery of Cd and Ni from batteries/ Delft, Holland, J. Van Erkel// Neder-lands Organisatie Voor Toegepast-NatuurwetenschappelijkOnderzoek (TNO), US Patent 5 407 463. April 18, 1992.
- Device and process for the recovery of cadmium and nickel/ R.J. Delisle,
- H.E. Martin, A. Wilkerson// Evereday Battery Company, Inc., St. Louis, MO, EU-AUS Patent 5 437 705. August 01,1995.
- Process for the recovery of metals from the scrap from nickel-cadmium electric storage batteries/ A.B. Sab Nife, S. Landskrona, A.L. Melin, V.H. Svensson// US Patent 4 401 463. August 30, 1983.
- Recycling of cadmium from domestic sealed NiCd battery waste by use of chlorination/ A. Cox, D.J. Fray// Trans. Inst. Min. Metall., Sect. C: Miner. Pro-cess.Extr. Metall. 108. 1999. -P 153-C158.
- Nickel-cadmium battery recycling evolution in Europe/ J. David// Power Sources 1995.- № 57. — P. 71−73.
- Inmetco—about Inmetco: http://www.inmetco.com/about.htm. -July25, 2002.
- Fundamental aspects of recycling of nickel-cadmium batteries through vacuum distillation/ Denise Crocce Romano Espinosa, Jorge Alberto SoaresTenorio// Journal of Power Sources. 2004. — № 135.-P. 320 — 326.
- Use of nitrogen in the recycling of nickel cadmium batteries/ Denise Crocce Romano Espinosa, Jorge Alberto Soares Tenorio// Journal of Power Sources. 2004. -№ 136. -P.* 186−190
- Recycling of nickel-cadmium batteries using coal as reducing agent/ Denise Crocce Romano Espinosa, Jorge Alberto Soares Tenorio// Journal of Power Sources. 2006. — № 157. -P. 600−604
- Recycling of nickel-cadmium batteries—Thermogravimetriс behavior of electrodes/ Denise Crocce Romano Espinosa, Jorge Alberto Soares Tenorio// Journal of Power Sources. 2006. — № 160.-P. 744−751.
- Волынский В. В., Лопашев А. В., Казаринов И. А., Гришин С. В., Соловьева Н. А. (ОАО «Завод АИТ», Саратов)/ Переработка отходов кадмия (П) аккумуляторной промышленности// Ж. прикл. химии. 2006. 79, N 11, с. 1844−1847. Библ. 6. Рус.
- Pfrepper Gerd/ Способ селективного выщелачивания кадмия из скрапа кадмий-никелевых батарей. Verfahren zur selektiven Laugung von Cadmium aus
- Ni/Cd-Sammlern//naT. 295 399 ФРГ, МПК5 С 22 В 3/14. Akademieder Wissenschaften. N3418402- Заявл. 20.06.90- Опубл. 31.10.91
- Pftrepper Gerd/Способ выщелачивания никеля и кадмия из лома. никель-кадмиевых аккумуляторов. Verfahren zur Laugungvon Nickel und Cadmium aus Ni/Cd-Sammlern// Пат. 286 190 ГДР, МПК 5c 22 В 7/00, С 01 G 11/00.
- Akademieder Wissenschaftender DDR. N 3 307 910- Заявл. 14.07.89- Опубл. 17.01.91.
- Pfrepper Gerd/Способ извлечения никеля и кадмия из скрапа. Verfahren zur Ruckgewinnungvon Nickel und Cadmium ausNi/Cd-haltigemSchrott// Пат. 288 179
- ФРГ, МПК 5C 22 В 3/14, С 22 В 3/06. Akademie der Wissenschaftender DDR. N 3 330 477- Заявл. 28.09.89- Опубл. 21.03.91
- Ramachandra Reddy В., Neela Priya D., Venkateswara Rao S., Radhika P. (Inorganic Chemistry Division, Indian Institute of Chemical Technology CSIR ,
- Uppal Road, Hyderabad-500 007, India)/ Жидкостная экстракция и разделение2+ 2+ 2+
- Comparison of bio-dissolution of spent Ni-Cd batteries by sewage sludge using ferrous ions and elemental sulfur as substrate/ Ling Zhao, Nan-Wen Zhu, Xiao-Hui Wang// Chemosphere. 2008. — № 70. — P. 974−981.
- Separation of Cadmium, Cobalt, and Nickel by Solvent Extraction using the Nickel Salts of the Extractants/ Carlos A. Nogueiraa- Paula C. Oliveiraa- Fatima M. Pedrosaa// Solvent Extraction and Ion Exchange. 2006. — vol. 23.
- Separation of Cd and Ni from Ni-Cd batteries by an environmentally safe methodology employing aqueous two-phase systems/ da Silva, Maria do Carmo Hes-panhol da Silva// Journal of Power Sources. 2009. — № 193 — P. 908−913
- Chloride leaching and solvent extraction of cadmium, cobalt and nickel from spent nickel-cadmium, batteries using Cyanex 923 and 272 / B. Ramachandra Reddy, D. NeelaPriya// Journal of Power Sources 2006.- № 161. — P. 1428−1434.
- Scrubbing of Cadmium and Nickel from Cyanex 272 Loaded with Cobalt/ C. A. Nogueiraa- P. C. Oliveiraa- F. M. Pedrosa.// Solvent Extraction and Ion Exchange. -2006.-vol. 23.
- Solvent Extraction Separation and Recovery of Components from Scraps Containing Nickel and Cadmium/1. Szilassya- L. Sumeghya- K. Vadasdia// Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2005. — vol. 26
- Solvent extraction and separation of Cd (II), Ni (II) and Co (II) from chloride leach liquors of spent Ni-Cd batteries using commercial organo-phosphorus extract-ants/ B. Ramachandra Reddy, D. Neela Priya, S. Venkateswara Rao and P. Radhika.
- Recycling of nickel from NiOOH/Ni (OH)2 electrodes of spent Ni-Cd batteries./ A. Rozario, R.K. Silva e Silva, M.B.J.G. Freitas// Journal of Power Sources. -2006.-№ 158.-P. 754−759.
- Mayen-Mondragon R., Ibanez J. G., Vasquez R. C., Baeza A., Oropeza M. Т/ Электрохимическое извлечение Cd из модельных растворов отработанных Ni
- Cd батареи. Electrochemical recovery of cadmium from simulated waste nickel-cadmium battery solutions// Water, Air, and Soil Pollut.2008. 194, N 1−4, c. 45−55.
- Chemical and electrochemical recycling of the negative electrodes from spent Ni-Cd batteries/ M.B.J.G. Freitas, T.R. Penha, S. Sirtoli// Journal of Power Sources.-2007 № 163-P. 1114−1119
- Electrochemical recovery of cadmium from spent Ni-Cd batteries/ M.B.J.G. Freitas, S.F. Rosalem// Journal of Power Sources. 2005. — № 139. — P. 366−370
- Recovery of heavy metals from spent Ni-Cd batteries by potentiostatic elec-trodeposition technique/ Chun-Chen Yang// Journal of Power Sources.- 2003. № 115.-P. 352−359.
- Переработка кадмиевой пыли двустадийным выщелачиванием. Treatment of cadmium dust with two-stage leaching process / Wang De-quan, Jiang Lan, Lin Mao-shen // Trans. NonferrousMetalsSoc. China. 2000. — 10, 2. — C. 267−269. -Англ.
- Дятлова H.M., Темкина В .Я., Колпакова И. Д. Комплексоны. М.: Химия. 1970.
- Дятлова Н.М., Темкина В. Я., Попов К. И. Комплексоны и комплексонаты металлов М: Химия, 1988.
- Martell А.Е., Smith R.M. Critical Stability Constants. N.Y., London: Plenum Press, 1974. V. l- 1982. V.5.
- Hagen R., Warren J.P., Hunter D.H., Roberts J.D. II J. Am. Chem. Soc. 1973. V. 95. P. 5712.
- Howarth O.W., Moore P., Winterton N.//J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1974. P. 2271.
- Координационная химия редкоземельных элементов/ Под ред. В.И. Спи-цына, Л. И. Мартыненко. М.: МГУ, 1979. 257 с.
- Россоти Ф., Россоти X. Определение констант устойчивости и других констант равновесия в растворах. М.: Мир, 1965. 364с.
- Порай-Кошиц М.А., Полынова Т.Н.// Коорд. хим. 1984. Т. 10. С. 725.
- Полынова Т.Н., Порай-Кошиц М.А. // Итоги науки и техники. Кристаллохимия. 1984. Т. 18 С. 64.
- Complexones / G. Anderegg // Comprehensive coordination chemistry, ed. G. Wilkinson. Pergamon. 1987 V. 2. P. 777.
- Терешин Г. С., Никифорова E.B. //Ж. неорг. хим. 1974. Т. 19. С. 1462.
- Anderegg G. // Helv. chim. acta. 1967. V.50 P. 109.
- Карелов C.B., Анисимова O.C., Мамяченков C.B., Сергеев В. А. // Цв. металлургия. 2008 № 2. С. 20.
- Льюис Дж., Уилкинс Р., Современная химия координационных соединений, Издатинлит, 1963.
- Ackerman H., Schwarzenbach G., Helv. Chim. Acta, 35, 485 (1952).
- Long F.A., J. Am. Chem. Soc., 80,33 (1958).
- Jones S., Long F.S., J. Phys. Chem., 56, 25 (1952).
- Taube H., Chem. Rev., 50, 69 (1952).
- Уразов Г. Г., Кирокосян A.K. Изв. сектора физ.-хим. анализа, ИОНХ АН СССР, 25, 1950 с. 268.
- G. Huttig, К. Mytyzek. Z. anorg. Chem, 190,1930, 353.
- Реми Г. Курс неорганической химии, т. II. М., «Мир», 1966, стр. 476.
- Гиллербранд В.Ф., Лендель Г. Э., Брайт Г. А., Гофман Д. И. Практическое руководство по неорганическому анализу. М., Госхимиздат 1957, стр. 270.
- Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М., «Химия», 1971.
- Шарло Г. Методы аналитической химии. М.-Л., «Химия», 1965, стр. 636.
- Вольдман Г. М. Зеликман Г. Н. Теория гидрометаллургических процессов. М., «Интермет Инжиниринг» 2003.1. УТВЕРЖДАЮ Главный инженер
- Проверка химического состава и электрохимической активности трех образцов (№ 2, № 3, № 4) гидроксида кадмия, полученного при гидрометаллургической переработке массы из отрицательных электродов отработанных никель-кадмиевых аккумуляторов.2 ЛСод работы.
- Полученные образцы были проанализированы в химической лаборатории ООО «КЗА». Данные химического анализа приведены в таблице 1