Способы переработки свинцовых аккумуляторов

Из-за закрытия ряда производств и нехватки концентрата главным источником свинца в большинстве стран давно является его вторичная переработка. Однако во многих странах СНГ большая часть свинецсодержащих отходов (в том числе аккумуляторы) в связи с недостатком заготовительных пунктов и перерабатывающих предприятий оказывается на свалках ТБО, а также в местах неорганизованного складирования, что

приводит к попаданию свинца в почву, подземные воды, включению в трофические цепи. На законодательном уровне многими странами СНГ принят ряд нормативных документов, предусматривающих обязательный сбор и переработку свинцово-кислотных аккумуляторов с применением технологий, обеспечивающих соблюдение экологических норм, однако на практике возникает ряд трудностей.

Во-первых, на территории бывшего СССР существовало небольшое число заводов по переработке свинецсодержащих отходов (в основном свинцово-кислотных аккумуляторов). Наиболее крупные из них находятся на территории Казахстана и Украины. В России доля переработки свинцового аккумуляторного лома заметно уступает уровню развитых стран (в США > 95 %) и даже мировому уровню (~ 50 %).

Во-вторых, в странах СНГ основной способ переработки таких аккумуляторов — пирометаллургический. Моральная и физическая изношенность используемого оборудования и очистных сооружений приводит к образованию огромного количества высокотоксичнъгх отходов, поступающих в окружающую среду в виде свинецсодержащих пыли и шлаков. Так, концентрация свинцовой пыли на границе санитарно-защитной зоны наиболее крупного предприятия по переработке вторичного свинцового сырья в Украине ЗАО "Свинец", получающего сырье не только из Украины, но и из России (Дальний Восток), Польши, при производительности 12 тыс. т свинца в год достигает 1,2 — 1,42 ПДК (валовой выброс 24 — 46 т/год). Поэтому необходимо внедрять новые технологии, способные снизить нагрузку на окружающую среду.

Одной из таких технологий может стать электрохимическая, основанная на химическом либо электрохимическом растворении свинецсодержащих компонентов аккумуляторов (пластин, шлама) и извлечении свинца из электролита методом электрорафинирования или электроэкстракции [2 — 4]. Существует несколько схем электрохимической переработки аккумуляторов: с предварительным разделением на металлическую и сульфатно-оксидную фракции (в этом случае металлическая фракция подлежит пирометаллургической переплавке, а сульфатно-оксидная — растворению после предварительной обработки подходящим реагентом с последующим извлечением свинца из полученного электролита электрорафинированием) и без разделения (извлечение свинца из цельных пластин электрорафинированием или после измельчения пластин, обработки и растворения электроэкстракцией).

С экологической и технологической точек зрения, электрохимические технологии обладают рядом преимуществ по сравнению с пирометаллургическими. Товарными продуктами, получаемыми в процессе металлургического передела, являются свинцово-сурмянистый сплав марок ССуА (ГОСТ 1292-81) и УС-1 (ТУ87,РК00200928-98-98), свинец марки С2 (ГОСТ 3778-77), в то время как при электрохимической переработке возможно получение свинца марок С2-С1, так как металлы-примеси, содержат продукты электролиза либо выпадают в виде шлама, либо переходят в раствор электролита, а на катоде не осаждаются. Выход по продукту при пирометаллургической переработке составляет 50 — 70 %, при электрохимической — 75 — 90 %.

Все электрохимические технологии включают предварительную разделку аккумуляторных блоков на органическую и металлическую фракции, что исключает процесс сжигания органики и выделение образующихся в этом процессе вредных веществ.

Процесс электрохимической переработки сопровождается гораздо меньшими выбросами свинца в атмосферу: при металлургическом способе выброс свинца в виде пыли составляет 2 кг/т, при электрохимическом в виде аэрозоля — 0,01 кг/т.

Кроме того, переработка аккумуляторных пластин электрорафинированием (анодным растворением пластин с одновременным осаждением свинца на катоде) сопровождается очень малым выделением газообразных продуктов электролиза на аноде и катоде: кислород на аноде не выделяется, так как анод является растворимым, водород на катоде практически не выделяется из-за высокого выхода свинца по току. В связи с этим барботажный унос вредных веществ из электролита невелик. Например, удельные выбросы фтористых соединений (фтористого водорода и тетрафторида кремния) с поверхности кремнефтористоводородного электролита составляют 0,004 — 0,006 г/(с-м2) в зависимости от концентрации кремнефтористоводородной кислоты в электролите, что в 1,5 — 3 раза меньше, чем при свинцевании с нерастворимыми анодами.

Было определено, что выбросы газообразных загрязняющих веществ с поверхности электролита не зависят от электродной плотности тока при электролизе [5, 6], поэтому повышение скорости электролиза за счет увеличения электродной плотности тока приходит к снижению валовых выбросов загрязняющих веществ с поверхности электролита. Авторы статьи установили, что введение поверхностно-активных веществ (ПАВ), повышающих допустимую катодную, а следовательно, и рабочую плотность тока и скорость переработки, приводит не к уменьшению, а к повышению удельных выбросов газообразных загрязняющих веществ с поверхности электролита в единицу времени [6]. Так, введение в кремнефтористоводородный электролит анионактивных и неионогенных ПАВ (ССБ, желатина, зтиленгликоля), дающих хорошие результаты по повышению допустимой катодной плотности тока, приводит к повышению выбросов фторидов с поверхности электролита в 2 — 5 раз. Вместе с тем за счет ускорения процесса переработки путем увеличения электродной плотности тока валовые выбросы фторидов в таких электролитах снижаются в 1,5 — 2 раза.

Большинство электролитов, пригодных для переработки (кремнефтористоводородный, борфтористоводородный), являются достаточно ядовитыми, их пары отравляют воздух рабочей зоны. Однако некоторые исследователи, изучавшие процессы свинцевания в кремне-фтористоводороднъгх электролитах, установили, что выделение вредных веществ с поверхности электролита в процессе электролиза обусловлено его испарением, а также распадом кремнефтористоводородной кислоты, а не электрохимическими процессами [5, 6], поэтому снижение температуры электролита и повышение скорости переработки способствуют снижению валовых выбросов вредных веществ с его поверхности. В последнее время сообщается об экспериментах по апробированию сульфаминового электролита, однако допустимая катодная плотность тока в нем, а следовательно, и скорость переработки в 1,6 — 6 раз ниже, чем в борфтористоводородном и кремнефтористоводородном электролитах.

К недостаткам электрохимических технологий переработки можно отнести относительно низкую скорость процесса. Время растворения аккумуляторных пластин в зависимости от параметров электролиза составляет около суток. Повысить скорость электрохимической переработки можно двумя путями: за счет технологических (переработка пластин целиком без разделения на сульфатно-оксидную массу и металлические решетки; совмещение во времени стадий растворения и осаждения свинца путем переработки методом электрорафинирования, а не электроэкстракции) и технических решений (повышение скорости анодного растворения аккумуляторных пластин и осаждения свинца на катоде путем введения в электролитного перемешивания электролита, подбора оптимальной температуры, расстояния между анодом и катодом и т.д.). Так, электрорафинирование вместо электроэкстракции ускоряет процесс в 1,5 — 2 раза, подбор оптимального как с технологической, так и с экологической точек зрения состава электролита позволяет повысить скорость переработки в 2 — 2,5 раза.

 Скачать реферат