CC BY
150
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 699.4
УТИЛИЗАЦИЯ СВИНЦА ИЗ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОЙ
ФРАКЦИИ ЛОМА ОТРАБОТАННЫХ
АККУМУЛЯТОРОВ
© 2008 Ахмадова Г.Ф., Гасанова Ф.Г., Алиев З.М., Шапиев Б.И.*
Дагестанский государственный университет *Дагестанская государственная медицинская академия
В предлагаемой статье приведены данные по извлечению свинца из металлической фракции отработанных свинцовых аккумуляторов с использованием различных электролитов, дана их сравнительная характеристика. Приведена схема проведения процесса.
In the proposed article the data of lead extraction from metallic fraction of dead leaden batteries with the use of different electrolytes are brought. Their comparative analysis is given. The scheme of the undertaking the process is brought.
Ключевые слова: свинец, утилизация, аккумулятор, электролиз.
Keywords: lead, salvaging, battery, electrolysis.
Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями является наиболее опасным. Легкоплавкий, удобный в переработке свинец широко применяется в наши дни. Из него изготавливают оболочки кабелей, электроды аккумуляторов, аноды, используемые при хромировании, змеевики холодильников и другие части аппаратуры; им покрывают изнутри сосуды, предназначенные для хранения серной кислоты. Свинец идет на изготовление боеприпасов и выделку дроби. Он входит в состав многих сплавов, например, для подшипников,
типографского металла. Его применяют для получения тетраэтилсвинца и других его соединений. В процессе 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.
Немалую роль в загрязнении свинцом играют отработанные аккумуляторы, отравляющие почву и воду его соединениями. По экспертным оценкам, на свалках, транспортных площадках и других местах по всей территории России в настоящее время находится до 1 миллиона тонн свинца в виде отработанных аккумуляторов. При существующем положении с их переработкой эта величина возрастает на 50-60 тыс. тонн ежегодно [2, 3]. Для переработки свинцовых аккумуляторов используют пирометаллургические,
гидрометаллургические, электрохимические технологии [1, 4, 5]. Главное требование к возможным схемам переработки аккумуляторного лома -максимальная экологическая безопасность при минимальных капитальных
вложениях. И с этой точки зрения интересны электрохимические методы, не связанные с выделением диоксида серы и других газообразных веществ.
Экспериментальные данные по влиянию плотности тока на катодное восстановление свинца из отработанных аккумуляторов нами были получены методом гальваностатического
электролиза. Для его проведения использовалась двухэлектродная ячейка из стекла объемом 500 мл, в качестве катода использовали пластинку из чистого свинца, в качестве анода - пластину отработанного аккумулятора. Электролиз проводили в интервале плотностей тока 430 мА/см2.
Известно, что для анодного растворения свинца и его последующего катодного восстановления могут быть использованы как кислые, так и щелочные электролиты. Последние получали выщелачиванием свинца из решеток отработанных аккумуляторов
сульфаминовой кислотой (100 г/л) и раствором гидроксида (100 г/л) и гидротартрата натрия (80 г/л). Концентрацию (С) ионов свинца контролировали комплексоно-
метрическим титрованием. Данные по влиянию природы электролита и времени (т) проведения процесса на
выщелачивание свинца приведены в таблице 1.
Таблица 1
Влияние природы электролита и времени на процесс выщелачивания
т, мин ^4H5O6Na СNаOH = = 80 г/л, 100 г/л СNH2SO3H 100 г/л
Положительная Отрицательная Положительная Отрицательная
пластина пластина пластина пластина
60 54,6 47,8 16,5 5,2
120 55,7 60,2 23,7 16,4
180 56,1 61,4 27,3 21,7
240 56,1 61,5 29,8 25,4
Из полученных данных можно сделать следующие выводы. В статистических условиях без нагревания раствора активная масса выпадает из положительных и отрицательных пластин за 3-4 часа. Возможна одновременная переработка отрицательных и
положительных пластин, т.к. при их растворении достигается близкая концентрация ионов свинца в растворе. Полученная при выщелачивании концентрация свинца выше в щелочном
электролите. Для изучения влияния плотности тока на выходы по току свинца электролиз проводился в растворе, полученном при
выщелачивании свинца сульфаминовым и гидроксидно-гидротартратным
электролитом. В сульфаминовый электролит добавляли фенол (4 г/л) и клей (4 г/л) для улучшения структуры осадка. Экспериментальные данные представлены на рис. 1:
Рис 1. Зависимость выхода по току (ВТ) свинца от плотности тока 0). Q = 0,35 А ч. 1 - гидроксидно-гидротартратный электролит; 2 - сульфаминовый электролит.
При проведении электролиза при гидроксидно-гидротартратном
плотности тока 5-12 мА/см2 в электролите и 5-15 мА/см2 в
сульфаминовом электролите выход свинца по току около 90%. Дальнейшее повышение плотности тока приводит к снижению выхода по току. В таблице 2
приведены данные сравнительной
характеристики электролитов,
использованных для утилизации свинца из отработанных аккумуляторов.
Таблица 2
Сравнительная характеристика электролитов
Электролит. Характеристика Сульфаминовый Г идроксидно-гидротартратный
Переход сурьмы в раствор не обнаруживается не обнаруживается
SO 2~ Влияние на электролиз 4 не мешает не мешает
і, мА/см2 5-15 5-12
Концентрация свинца после выщелачивания, г/л 25-30 55-60
Электропроводность (х), Ом- ■ см- 0,42 0,30
Стоимость электролита, т. р/м3 3,8 3,2
W, Втч/г 0,31 - 0,34 0,13 - 0,17
Как видно из приведенных данных, щелочной электролит дешевле и при его использовании затраты электроэнергии меньше.
Полипропилен
і
Потребителю
Для утилизации лома отработанных аккумуляторов нами предлагается следующая технологическая схема (рис. 2):
Отработанные аккумуляторы
і
Решетки с активной массой
Разделение Эбонит Обезвоживание
на фракции ^ Сепараторы ^
Нетоксичные
отходы
Выщелачивание свинца
Электролиз раствора
Свинец
I
Потребителю
Рис. 2. Технологическая схема процесса утилизации лома отработанных аккумуляторов
Как видно из схемы, отработанные аккумуляторы разделяют на фракции: органическую (полипропилен, эбонит, сепараторы) и металлизированную (решетки с активной массой).
Полипропилен может быть использован при изготовлении различной продукции. Эбонит и сепараторы направляют на захоронение. В раствор электролита опускаются неразрушенные свинцовые
пластины с активной массой, которая отделяется от решеток, а свинец выщелачивается. Затем закрепляют катод из чистого свинца, в качестве анодов используют свинцовые решетки отработанного аккумулятора и проводят электролитическое выделение свинца при одновременном растворении
отработанных свинцовых пластин.
Примечания
1. Давыдова С.В. Доклад о свинцовом загрязнении окружающей среды и его влиянии на здоровье населения. Гос. Комитет РФ по охране окружающей среды // Зеленый мир. 1997. №5. 2. Морачевский А.Г. Человек, наука, производство. Перспективы развития. Ч. 1. - СПб: Изд-во СПбГУ, 1992. - С. 226. 3. Морачевский А.Г., Вайсгант З.И. Переработка вторичного
свинцового сырья. - СПб.: Химия, 1993. - С. 174. 4. Морачевский А.Г., Вайсгант З.И., Калько О.А. и др. Новые направления в технологии переработки лома свинцовых аккумуляторов // Журн. прикл. химии. 1997. Т. 70. № 1. - С. 3-16. 5. Морачевский А.Г., Коган М.С., Демидов А.И., Вайсгант З.И. Применение электрохимических методов в технологии производства вторичного свинца // Журнал прикладной химии. 1993. Т. 66. № 8. - С. 1871-1874.
