Обеспечение экологической безопасности путем разработки малоотходного способа реутилизации сернокислых отходов аккумуляторных батарей

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложена следующая схема утилизации отработанного аккумуляторного электролита: удаление взвешенного свинца (отстаивание, центрифугирование) -" электрохимическая регенерация сернокислотного раствора -> утилизация образовавшихся отходов.

Из отслуживших свой срок свинцовых аккумуляторов сливают электролит в отстойник (первая операция), в котором он находится не менее 24 ч. Это время необходимо для осветления электролита. Осветлённый электролит, содержащий 0,001 % по массе соединений свинца, подаётся на электрохимическую обработку (вторая операция). Осевший аккумуляторный шлам собирается, удаляется из отстойника и подается в технологический процесс переработки свинцового шлама. После завершения цикла электрохимической обработки раствор подаётся в ёмкость, в которой контролируются параметры электролита (ГОСТ 667-73) и, при необходимости, проводится его корректировка (третья операция) добавлением аккумуляторной серной кислоты или дистиллированной воды. Откорректированный электролит разливается в тару и отправляется потребителю.

Из катодной камеры электродиализного аппарата сернокислый отбросной раствор, содержащий примеси металлов, подаётся на нейтрализацию (четвертая операция). В нейтрализатор при перемешивании поступает известь или известковое молоко. Процесс ведётся до достижения рН = 6 + 7. После отстаивания продуктов реакции (пятая операция) воду с осадка сливают и используют для заполнения анодной камеры или иных технологических мероприятий. Образовавшийся в ёмкости гипс удаляют и отправляют потребителю.

Для одновременного удаления ионов железа, меди, марганца, хлора, свинца электрохимическая очистка проводится в две стадии (рис. 2). Это обусловлено тем, что при прохождении постоянного тока через очищаемый сернокислый раствор наблюдается переход ионов меди из катодной области в анодную через анионитовую мембрану МА-40. Причем с увеличением плотности тока увеличивается интенсивность перехода, но в то же время растут и затраты. Целесообразно проводить очистку от ионов меди при плотности тока 200 — 400 А/м2 в течение 1,7 — 2,5 ч. За данный интервал времени (1,7 ч при 300 - 400 А/м2 и 2,5 ч при 200 А/м2) содержание ионов меди в катодной области снижается до минимально возможного — 0,0001 % по массе. При дальнейшем ведении процесса содержание меди в катодной области электродиализатора не уменьшается или изменяется незначительно.

Для очистки от ионов железа, марганца, хлора, свинца раствор, уже освобожденный от ионов меди, помещают в катодную камеру двухкамерного электродиализатора (анодная камера заполнена 0,3 - 0,5 %-ной H2S04) и методом электродиализа при катодной плотности тока 600 — 1000 А/м2 извлекают серную кислоту из отходов аккумуляторного электролита.

Расход электроэнергии при проведении процесса электродиализа довольно значительный. Удельный расход электроэнергии в процессе удаления избыточной кислотности при заданном расстоянии между мембранами и рабочим сечением электродиализатора определяется разностью концентраций ионов в соседних камерах. Чем выше исходная кислотность, тем больше требуется энергии для получения заданной кислотности. Поэтому выгоднее вести процесс последовательно, число ступеней должно быть тем больше, чем выше исходная кислотность и чем ниже конечная.

Согласно полученным данным (рис. 3) по мере накопления очищенной кислоты в анодной области возрастают и затраты энергии в соответствии с выражением у = lO5*4 - 0,0004л:3 + 0,0052х2 -- 0,004л-; R2 = 0,9973, где х — концентрация очищенной кислоты.

Основные затраты энергии приходятся на концентрирование аккумуляторного раствора, в котором после электродиализа содержится 24 % по массе серной кислоты (см. рис. 3), поэтому необходимо добиться компромисса между выходом кислоты и затратами электроэнергии.

Для снижения затрат электроэнергии на процесс регенерации было предложено оценить эффективность двухступенчатого способа концентрирования.

Первая ступень процесса предполагает концентрирование серной кислоты в анодной камере в течение 5 ч до содержания 24 % по массе. Катодная плотность тока поддерживается на уровне 800 А/м2. Концентрация сульфат-ионов в катодной камере снижается до 11 — 12 % по массе.

На второй ступени процесса в анодную камеру электродиализатора заливают 0,5 %-ный раствор серной кислоты. В катодной камере находится частично исчерпанный аккумуляторный раствор, содержащий 11,5 % по массе серной кислоты. Кинетика второй ступени процесса (рис. 4) описывается выражением

у = -0,021л-3 - 0,4469х2 + + 4,375л- + 0,5669; R2 = 0,9946.

Согласно полученным данным процесс концентрирования целесообразно проводить в течение 3 ч: скорость процесса в это время достаточно высокая. В результате в анодной области концентрация серной кислоты повышается с 0,5 до 9,1 % по массе. Оставшийся в камере исчерпывания отработанный раствор, содержащий 1,9 — 2,1 % по массе серной кислоты, направляется на дальнейшую нейтрализацию. Причем в результате снижения концентрации кислоты в растворе, поступающем на нейтрализацию, уменьшается расход щелочных реагентов.

Другие статьи по экологии

Государственные природные заповедники
Все земли, недра, воды, леса в нашей стране законом объявлены общенародной собственностью и находятся под охраной государства. В связи с развитием технического прогресса, усилением воздейс ...

Технологические схемы очистки природных вод
Очистка природных вод и водоподготовка — комплекс физических, химических и биологических процессов для снижения содержания в воде вредных примесей и обогащения ее недостающими ингредиентами ...

Реализация технологии некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота на мусоросжигательном заводе
Очистка воздуха, загрязненного выхлопными выбросами автотранспорта, теплоэлектростанций, химических и нефтехимических производств, является актуальной проблемой. Наиболее опасными токсичными ...