ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА СВИНЦА ИЗ РЕШёТКИ ОТРАБОТАННОГО СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2008. № 1

УДК 669.4

ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА СВИНЦА ИЗ РЕШЁТКИ ОТРАБОТАННОГО СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА

© 2008 г. Г. Ф. Ахмадова, Ф.Г. Гасанова

Введение

Предотвращение загрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями является одной из важнейших экологических проблем современности. Легкоплавкий, удобный в переработке свинец находит широкое применение. Из свинца изготавливают оболочки кабелей, электроды аккумуляторов, боеприпасы. Он входит в состав многих сплавов, например сплавов для подшипников, типографского металла. Свинец хорошо поглощает рентгеновские и радиоактивное излучение, поэтому его используют для защиты от излучения при работе с радиоактивными веществами. При процессах производства свинца и его сплавов в атмосферу выбрасывается значительное количество свинцовой пыли. Свинец, содержащийся в этой пыли вовлекается в биологический круговорот, негативно воздействуя при этом на все живое [1, 2].

Большую роль в загрязнении свинцом играют отработанные аккумуляторы, отравляющие почву и воду соединениями свинца. Главное требование к возможным схемам переработки аккумуляторного лома -максимальная экологическая безопасность при минимальных капитальных вложениях. С этой точки зрения интересны электрохимические методы, не связанные с выделением диоксида серы и других газообразных веществ [3, 4].

В предлагаемой статье приведены данные по утилизации металлической фракции отработанных свинцовых аккумуляторов с получением гидроксида свинца.

Методика эксперимента

Экспериментальные результаты были получены с использованием потенциостата П-5827М, потенцио-динамические кривые снимались на двухкоординат-ном самописце типа «ХУ- ЯекоМег еМшш. 620.02.». В качестве рабочего электрода использовался точечный свинцовый электрод, электродом сравнения служил насыщенный хлорсеребряный электрод.

Экспериментальные данные по влиянию плотности тока на катодное восстановление свинца из отработанных аккумуляторов были получены методом гальваностатического электролиза. Для проведения электролиза использовалась двухэлектродная ячейка из стекла объемом 500 мл, в качестве анода применяли решетки отработанного аккумулятора, для катода -сталь-3. Электролит - натриевая соль сульфаминовой кислоты.

Экспериментальные данные и их обсуждение

Для разработки технологического процесса были изучены электродные реакции, происходящие в растворе сульфамата натрия.

На рис. 1 представлены вольтамперные кривые, полученные в растворе сульфамата натрия на электродах из свинца, железа и графита (кривые 1-4). Кривая 2 снята при наличии в растворе 10 г/л ионов свинца. Как видно из рис. 1, кривые 1, 3 и 4 идут параллельно. На этих электродах протекает процесс восстановления воды с образованием газообразного водорода в соответствии с перенапряжением, характерным для каждого металла в растворе сульфамата натрия. Восстановление ионов свинца (кривая 2) протекает в области потенциалов -0,6 ... -1,1 В, далее в промежутке потенциалов -1,1 ... -1,4 В наблюдается область предельного тока, и при дальнейшем снижении потенциала выделяется газообразный водород.

Рис. 1. Катодные вольтамперные кривые. СОТ2803ыа= 0,5 М;

Г = 20 °С, V = 10 мВ/с. Электрод: 1, 2 - свинец; 3 - железо;

4 - графит. СРЬ2+, г/л : 1, 3, 4 - 0; 2 - 10 г/л

Таким образом, полученные данные показывают, что для электрохимического синтеза гидроксида свинца, являющегося сырьём для получения свинцовых белил, целесообразно использовать графитовый электрод.

Для изучения влияния плотности тока на выход по току гидроксида свинца электролиз проводился в 0,5 М растворе сульфамата натрия. Интервал плотностей тока 10 - 30 мА/см2. Массу образовавшегося гидроксида свинца определяли гравиметрическим методом. Полученные данные приведены в табл. 1.

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2008. № 1

Таблица 1

Зависимость выхода по току от плотности тока (Q = 0,2 Ач, CNH2SG3Na = 0,5 М)

i, мА/см2 mPb г ВТ, %

10 0,5683 63,20

15 0,7683 85,44

20 0,8621 95,87

25 0,7997 88,93

30 0,4894 54,43

Как показали результаты исследования кинетики катодных реакций, при низких плотностях тока (до 10 мА/см2) идет процесс восстановления ионов свинца:

РЪ2+ + 2е ^ РЬо.

Увеличение плотности тока приводит к параллельному протеканию реакции восстановления свинца и выделения водорода, а при плотности тока более 15 мА/см2 идет только реакция выделения водорода и образование белого осадка гидроксида свинца:

2Н2О + 2е ^ 2ОН- + Н2|;

РЬ2+ + 2ОН- ^ РЬ(ОН)2.

При этих же плотностях тока был рассчитан расход электроэнергии. Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Расход электроэнергии в зависимости от плотности тока (Q = 0,2 Ач, С = 0,5 М)

i, мА/см2 10 15 20 25 30

W, кВт ч/кг 0,680 0,503 0,520 0,600 1,130

содержащий сульфаминовую кислоту и ионы свинца, нейтрализуют раствором гидроксида натрия. Катодным материалом является графит, анодным - свинцовая решетка отработанного аккумулятора, в качестве электролита используют полученный после нейтрализации раствор. К системе подключают постоянный ток. Далее проводится электрохимическое получение гидроксида свинца при одновременном растворении отработанных свинцовых пластин.

Решетки с активной массой

Решетки

Фильтрование

Г

Фильтрат

I

Сульфатно-оксидная фракция

Электролиз

т

Нейтрализация NaOH

Гидроксид свинца

Рис. 2. Технологическая схема получения гидроксида свинца при утилизации отработанного аккумулятора

Таким образом, проведенные исследования позволили разработать технологическую схему утилизации отработанных аккумуляторов с получением гид-роксида свинца.

Оптимальная плотность тока, соответствующая максимальному выходу по веществу и минимальным затратам электроэнергии, равна 15-25 мА/см2.

Возможная схема получения гидроксида свинца при утилизации отработанных свинцовых аккумуляторов представлена на рис. 2. В электролизер заливается раствор сульфаминовой кислоты, и в него опускаются неразрушенные свинцовые пластины с активной массой. После отделения активной массы от решеток, решетки извлекают из раствора, сульфатно-оксидную фракцию отделяют фильтрованием. Фильтрат,

Литература

1. Морачевский А.Г. Человек, наука, производство. Перспективы развития. Ч. 1. СПб., 1992.

2. Морачевский А.Г., Вайсгант З.И. Переработка вторичного свинцового сырья. СПб., 1993.

3. Морачевский А.Г., Вайсгант З.И., Калько О.А. и др. // Журн. прикл. химии. 1997. Т. 70. № 1. С. 3 -16.

4. Морачевский А.Г., Коган М.С., Демидов А.И., Вайсгант З.И. // Журн. прикладной химии. 1993. Т. 66. № 8. С. 1871-1874.

Дагестанский государственный университет, Махачкала 24 октября 2007 г.