Срок службы гальванических элементов кончается (разряд ХИТ) после полного или частичного использования активных материалов, работоспособность которых после разряда может быть восстановлена путем заряда, то есть пропусканием тока в направлении, обратном направлению тока при разряде: такие гальванические элементы называются аккумуляторами. Отрицательный электрод, который при разряде аккумулятора был анодом, при заряде становится катодом. Условиями лучшего использования активных материалов являются низкие плотности тока, высокие температуры до нормы. Обычно причиной нарушения работы ХИТов является пассивация электродов – резкое уменьшение скорости электрохимического процесса при разряде, вызванное изменением состояния поверхности электродов при разряде из-за образования оксидных слоев или солевых пленок. Способ борьбы с пассивацией – уменьшение истинных плотностей тока разряда путем применения электродов с развитыми поверхностями. Производство ХИТ отличается применением разнообразных токсичных веществ (сильных окислителей, соединений Pb, Hg, Zn, Cd, Ni, применяемых в мелкодисперсном состоянии; кислот, щелочей, органических растворителей). Для обеспечения нормальных условий труда предусмотрена автоматизация производственных процессов, рациональные системы вентиляции, включающие применение местных отсосов от аппаратов с токсичными выделениями, герметизация оборудования, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, очистка загрязненного воздуха и газов от аэрозолей, очистка промышленных сточных вод. Массовое использование ХИТ в народном хозяйстве связано с проблемами экологии. Если свинец из аккумуляторов в основном может быть возвращен потребителями на заводы по его переработке, то утилизация небольших бытовых первичных ХИТ экономически нецелесообразна.
Каждая батарея Hg – Zn обеспечивает работу слухового аппарата в течение 5 – 7 дней.
Проводится разработка электромобилей с использованием ХИТ вместо двигателей внутреннего сгорания, которые отравляют атмосферу городов выхлопными газами. По степени отрицательного воздействия на окружающую среду гальваническое производство стоит на первом месте. Причина крайне негативного воздействия гальванического производства заключается в том, что на подавляющем большинстве предприятий в технологических процессах нанесения покрытий полезно расходуется только 10 – 30% солей тяжелых металлов, остальная же часть при неудовлетворительной работе попадает в среду. Выход – максимально сократить потери солей цветных металлов, то есть уменьшить вынос деталями электролитов из гальванических ванн. Это приведет к уменьшению концентраций и объемов сточных вод и создаст тем самым необходимые условия для ведения малоотходной (МОТ) и безотходной (БОТ) технологий нанесения гальванических покрытий. Надо первоначально правильно подобрать электролит. Основополагающий принцип МОТ и БОТ – уменьшать расход химикатов на входе и меньше поставлять ядов на выходе процесса.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Что такое утилизация хит
Сегодня Владимир Мацюк выступает с докладом на тему «Утилизация ХИТ и РОП» на выставке «Автономные источники тока».
С 1 января 2015 года очередной редакцией ФЗ № 89 «Об отходах производства и потребления» введена расширенная ответственность производителя и импортёра (РОП). Именно на них теперь легла задача утилизировать свою продукцию, которая перестала работать. В список товаров, за утилизацию которых отвечают производители, не сразу включили химические источники тока (ХИТ). Но теперь в нём появились аккумуляторы, а позже и батарейки.
Но включение в список РОП далеко не всегда означает, что завтра каждый сможет сдать около дома батарейки, путь ещё предстоит неблизкий. Сначала специалисты рассчитывают для каждого продукта норматив утилизации, который является долей от общего объёма выпущенных в оборот товаров, а потом ставку экологического сбора, она зависит от средних затрат на сбор, транспортирование, обработку и утилизацию. Обычно это занимает несколько лет. Например, сейчас есть уже и ставка для аккумуляторов, но нет для батареек. И норматив для последних в этом году — 0%, правда к 2020 году он вырастет до 20%, как и у аккумуляторов. Это время производители и импортёры используют, чтобы выстроить систему и приготовиться реально, а не по документам, выполнять свои обязательства по РОП.
1 апреля производители аккумуляторов первый раз будут сдавать отчёт о выполнении нормативов утилизации, а производители батареек в следующем году. Поэтому специалисты «Мегаполисресурс» приготовили презентацию, где собрали всю свежую информацию об утилизации батареек в рамках РОП. Кроме того, мы создали памятку, которую можно сохранить себе и заглядывать, когда возникнут вопросы. Их вы можете найти на странице посвящённой практике РОП.
Что такое утилизация хит
ПИ № ФС 77-69346
ISSN 2541-9250
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»
Январь, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (10) 2018
Автор: Кядыкова Анна Сергеевна, магистр
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Проблема утилизации ХИТ
Статья просмотрена: 395 раз
Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника
Кафедра «Химии и электрохимической энергетики»
Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника
Кафедра «Инновационные технологии наукоемких отраслей»
Алтухова Татьяна Андреевна
Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника
Кафедра «Инновационные технологии наукоемких отраслей»
Жукова Екатерина Альбертовна
Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника
Кафедра «Энергетика высокотемпературных технологий»
Национальный Исследовательский Университет «Московский Энергетический Институт»,
Аннотация . В настоящее время не осталось сфер деятельности, в которых можно обойтись без автономной электротехники. Она широко применяется как в повседневной жизни – телефоны, ноутбуки, так и в медицине, сельском хозяйстве, разработке месторождений полезных ископаемых, транспорте. Быстрый темп развития автономной электротехники увеличивает число химических источников тока, наиболее часто используемых в настоящее время. Необходимость утилизации ХИТ обусловлена использованием веществ, представляющих опасность для здоровья человека и наносящих вред окружающей среде. По данным Всемирной организации здравоохранения кадмий, ртуть и свинец являются наиболее опасными химическими веществами для организма человека. Широкое применение свинца привело к значительному загрязнению окружающей среды и возникновению проблем со здоровьем населения во многих странах.
Ключевые слова: ХИТ, утилизация ХИТ, загрязнение окружающей среды, аккумуляторы
В настоящее время не осталось сфер деятельности, в которых можно обойтись без автономной электротехники. Она широко применяется как в повседневной жизни – телефоны, ноутбуки, так и в медицине, сельском хозяйстве, разработке месторождений полезных ископаемых, транспорте. Быстрый темп развития автономной электротехники увеличивает число химических источников тока, которые на данный момент используются чаще всего.
Химический источник тока (ХИТ) – устройство, в котором энергия химических реакций непосредственно превращается в электрическую , основой его работы является реакция взаимодействия окислителя и восстановителя. ХИТ состоят из положительного и отрицательного электродов, электролита и корпуса. При химической реакции окисления-восстановления электродов происходит накопление энергии.
Первый ХИТ – «элемент Вольта», изобретенный итальянским ученым Алессандро Вольта в 1800 году, представлял собой сосуд с солёной водой и помещенными в нее цинковой и медной пластинками с проволочными токовыводами . Позже ученый собрал первичный ХИТ (батарею) из этих элементов, названную впоследствии «вольтовым столбом». Вторичный ХИТ был создан в 1803 года Иоганном Вильгельмом Риттером , в отличие от батареи Алессандро , первый прообраз аккумулятора можно было многократно заряжать.
То, что положительный электрод, погруженный в разведенную серную кислоту, покрывается двуокисью свинца, а отрицательный не подвергается изменениям, установил немецкий военный врач Вильгельм Зинстеден в 1854 году. Если такой элемент замкнуть накоротко и прекратить пропускание через него тока от постоянного источника, то в нем появляется постоянный ток до тех пор, пока вся двуокись свинца не растворится в кислоте. Это вплотную приблизило Зинстедена к созданию аккумулятора, но врач ограничился наблюдениями, не делая практических выводов. Начало аккумуляторная техника получила только пять лет спустя, в 1859 году, когда французский инженер Гастон Планте случайно повторил открытие Зинстедена и построил первый в истории свинцовый аккумулятор.
В настоящее время используется огромное количество разнообразных ХИТ – солевые, литиевые, серебряные, ртутные и щелочные первичные ХИТ. Самый небольшой заряд, маленький срок хранения (2 года) и низкую цену имеют солевые батарейки. Щелочные или алкалиновые батарейки имеют срок хранения до 5 лет, их работоспособность практически не зависит от температуры окружающей среды. Литиевые батарейки – срок хранения до 12 лет, отличаются высокой плотностью и емкостью энергии, небольшой массой. Ртутные батарейки запрещены в ряде стран и не имеют широкого распространения в наше время из-за токсичности и проблем при утилизации, но 30 назад они широко использовались в качестве источника питания для электронных часов, кардиостимуляторов, слуховых аппаратов, в авиации и космических аппаратах. Также, различают свинцовые, никель-кадмиевые, никель-железные , серебряно-цинковые, серно-натриевые, литий-ионные и другие типы вторичных ХИТ. Масса таких устройств может составлять как несколько грамм, так и сотни килограмм. Наиболее широкое распространение как самые экономичные на данный момент получили свинцовые аккумуляторы, которые часто применяются в автомобилях в качестве стартовых.
Необходимость утилизации ХИТ обусловлена использованием веществ, представляющих опасность для здоровья человека и наносящих вред окружающей среде. Кадмий, свинец и ртуть являются наиболее опасными химическими веществами для организма человека по данным Всемирной организации здравоохранения. К значительному загрязнению окружающей среды и возникновению проблем со здоровьем населения во многих странах привело широкое применение свинца, так как он обладает кумулятивным токсическим воздействием на организм человека – мозг, почки, нервную систему, систему крови, желудочно-кишечную и сердечно-сосудистую системы. Особенно уязвимы к нейротоксическому воздействию свинца дети – даже относительно низкий уровень его воздействия может вызвать серьезные и даже необратимые неврологические последствия. Серная кислота в свинцово-кислотных батареях крайне агрессивна, и потенциально более вредна, чем кислоты, используемые в других аккумуляторных системах. Например, ее конта кт с гл азами может привести к постоянной слепоте, при проглатывании она повреждает внутренние органы, что может привести к смерти. Кадмий, используемый в никель-кадмиевых батареях, считается более вредным при попадании внутрь, чем свинец. В Японии было установлено, что рабочие на заводах, которые работают с никель-кадмиевыми батареями, испытывают серьезные проблемы со здоровьем, что является следствием длительного воздействия металла. Утилизация на свалке таких батарей запрещена во многих странах. Поведенческие и неврологические расстройства после вдыхания, проглатывания или кожного контакта с различными соединениями ртути проявляются такими симптомами, как тремор, бессонница, потеря памяти и нервно-мышечные расстройства. К проблемам использования лития относиться и опасность его воспламенения.
Актуальной является и проблема дефицита сырья, например, лития, для изготовления ХИТ. В мире перерабатывается лишь 3% от общего объема производимых аккумуляторов и батарей, при этом в распределении процента переработки по странам прослеживается неоднородность.
Таблица 1. Распределение процента переработки ХИТ
Что такое утилизация хит
Изобретение относится к экологически безопасной утилизации отработанных химических источников тока. Проблема их утилизации достаточно актуальна. Количество практических работ, направленных на комплексное решение проблемы утилизации отработанных химических источников тока (ХИТ), сравнительно мало. Причина скрывается в естественной сложности ее решения, поскольку современные химические источники тока весьма многообразны по своему химическому составу. В состав ХИТ входят более тридцати двух химических элементов таблицы Д.И.Менделеева, из них двадцать два — металлы, в элементарном и ионном виде. Суммарное количество реакционно-активных соединений, входящих в состав ХИТ, — свыше шестидесяти, и они охватывают все классы соединений: металлы, металлоиды, оксиды, основания, кислоты, соли, органические соединения. Трудности для утилизации представляют и современные, наиболее энергоемкие источники тока, в состав которых входят огне- и взрывоопасные щелочные и щелочно-земельные металлы (литий, натрий, кальций).
Известные способы утилизации химических источников тока ограничиваются лишь определенными типами ХИТ.
Так, описан способ переработки отработанных марганцевоцинковых ХИТ, разработанный японской фирмой «Фудзи денки Кагаку» (JP 61-261443, 19.11.1986.). Элементы ХИТ дробят и прокаливают в печи при 400-1000°С в течение 3-20 часов в присутствии воздуха. При этом горючие материалы (бумага, угольные стержни, графит, сажа, пластмасса, крахмал, каменноугольная смола) сгорают. Прокаленную массу сначала измельчают в мельнице, а затем пропускают через магнитный сепаратор и отделяют железный лом. Измельченный материал просеивают через сито с целью извлечения корольков цинка. Тонкий порошок обрабатывают 20%-ной соляной кислотой. Водный раствор, содержащий соли марганца, цинка, железа, меди, никеля, кадмия, очищают от железа нейтрализацией аммиачной водой при рН 5, отстаивают, фильтруют и удаляют гидроксиды железа вместе с другими, не растворившимися в соляной кислоте, примесями. Осветленный раствор нейтрализуют аммиачной водой до рН 9 и добавляют диоксид марганца, перемешивают в течение 24 часов и осаждают оксид марганца (III). Раствор, содержащий соли цинка, железа, меди, никеля, марганца, кадмия и хлорида аммония, поступает на операцию извлечения цинка гидрометаллургическим способом.
— узкий спектр типов утилизируемых химических источников тока;
— большие энергозатраты на прокалку сырья при высокой температуре;
— повышенный расход соляной кислоты на практически полное растворение измельченного тонкого порошка;
— повышенный расход водного аммиака и других реагентов при переработке растворов;
— загрязнение окружающей среды и рабочей зоны продуктами сгорания, а также хлористым водородом и аммиаком.
Наиболее близким по совокупности признаков, принятым за прототип, является способ утилизации отработанных марганцевоцинковых ХИТ гидрометаллургическим способом (Патент RU, №2164955, кл. С22В 7/00, С22В 19/00, С22В 47/00, 2001).
Способ включает измельчение исходных материалов, магнитную сепарацию измельченных марганцевоцинковых ХИТ с извлечением железного скрапа, окислительный обжиг измельченного сырья при 650°С в течение 2 часов, классификацию обожженного материала с отделением металлического цинка, отмытый огарок подвергают флотации и сернокислотному выщелачиванию, при рН не более 3, температуре 30-60°С, с отделением твердого осадка оксидов марганца, а оставшийся раствор, содержащий сульфаты марганца и цинка, подвергают электролизу, с осаждением металлического цинка на катоде, а диоксида марганца — на аноде.
— узкий спектр типов утилизируемых химических источников тока; в частности, способ исключает утилизацию наиболее распространенных и энергоемких химических источников тока; содержащих щелочные и щелочно-земельные металлы, такие как литий, натрий, кальций;
— значительные энергетические затраты на термообработку сырья;
— загрязнение окружающей среды и рабочей зоны продуктами сгорания.
Технический результат изобретения состоит в разработке способа экологически безопасной утилизации отработанных химических источников тока, как массового, так и ограниченного выпуска, таких как солевые, щелочные, литиевые, никельоксигидроксидные (NiOOH), никель-металл гидридные (Ni-MH) и другие химические источники тока: на основе металлического натрия, кальция, кадмия, магния, серебра, свинца и других химических элементов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе утилизации отработанных химических источников тока, включающем измельчение химических источников тока, выщелачивание, магнитную сепарацию, электролиз продуктов выщелачивания с осаждением металлов на электродах, согласно изобретению и измельчение химических источников тока, и последующее выщелачивание полученного скрапа водой проводят в атмосфере углекислого газа, без доступа кислорода; измельченный скрап выщелачивают водой в реакторе до полного окисления щелочных металлов в ионы этих металлов; выделяющийся в ходе реакции водород очищают от попутных газов газоочистным устройством; после полного растворения щелочных металлов в воде скрап, вместе с водным выщелачивателем, перемещают из реактора во флотатор и флотацией удаляют из скрапа легкие фракции; далее скрап отделяют от водного раствора фильтрацией; фильтрат обрабатывают сорбентами органических соединений и глинистыми минеральными сорбентами для удаления из него органических веществ и ионов цветных металлов соответственно; после фильтрации скрап промывают водой, сушат и удаляют из него электромагнитными сепараторами фрагменты черных и цветных металлов; далее скрап выщелачивают раствором серной кислоты; сернокислотную пульпу последовательно фильтруют через фильтр с инертным материалом, фильтр с угольной загрузкой и фильтр с катионообменной смолой, происходит удаление нерастворимых частиц от раствора, органических соединений и катионов цветных металлов соответственно; сорбированные катионообменной смолой ионы ряда d- и p-металлов селективно десорбируют растворами серной кислоты заданных концентраций, причем растворы десорбированных ионов собирают раздельно; сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда d-металлов, раздельно подвергают электролизу в электролизерах с осаждением металлов на электродах, а сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда р-металлов, нейтрализуют до рН 3-4 и обрабатывают глинистыми минеральными сорбентами; нерастворимый осадок после сернокислотного выщелачивания промывают водой и подвергают выщелачиванию раствором азотной кислоты; из азотнокислого раствора удаляют фильтрацией нерастворимый осадок двуокиси марганца, а фильтрат нейтрализуют до рН 7 и подкисляют соляной кислотой до рН 3; выпавший осадок отфильтровывают; фильтрат, содержащий ионы ртути, подвергают катодному восстановлению в электролизере, а осадок, содержащий хлориды свинца и серебра, растворяют в азотной кислоте и подвергают катодному восстановлению в электролизере с раздельным осаждением металлов на электродах.
Использование заявляемого технического решения позволит получить следующий технический результат:
— утилизировать любые типы химических источников тока, в том числе и ХИТ на основе металлического лития, натрия и кальция, которые повышенно взрыво- и огнеопасны при их разгерметизации;
— вернуть в сферу производства цветные и благородные металлы;
— снизить техногенную нагрузку на окружающую среду при утилизации отработанных ХИТ.
Способ экологически отработанных химических источников тока, включающий измельчение химических источников тока, выщелачивание, магнитную сепарацию, электролиз продуктов выщелачивания с осаждением металлов на электродах, отличается от известного, принятого за прототип, тем, что и измельчение химических источников тока, и последующее выщелачивание полученного скрапа водой проводят в атмосфере углекислого газа, без доступа кислорода; измельченный скрап выщелачивают водой в реакторе до полного окисления щелочных металлов в ионы этих металлов; выделяющийся в ходе реакции водород очищают от попутных газов газоочистным устройством; после полного растворения щелочных металлов в воде скрап, вместе с водным выщелачивателем, перемещают из реактора во флотатор и флотацией удаляют из скрапа легкие фракции; далее скрап отделяют от водного раствора фильтрацией; фильтрат обрабатывают сорбентами органических соединений и глинистыми минеральными сорбентами для удаления из него органических веществ и ионов цветных металлов соответственно; после фильтрации скрап промывают водой, сушат и удаляют из него электромагнитными сепараторами фрагменты черных и цветных металлов; далее скрап выщелачивают раствором серной кислоты; сернокислотную пульпу последовательно фильтруют через фильтр с инертным материалом, фильтр с угольной загрузкой и фильтр с катионообменной смолой, происходит удаление нерастворимых частиц от раствора, органических соединений и катионов цветных металлов соответственно; сорбированные катионообменной смолой ионы ряда d- и p-металлов селективно десорбируют растворами серной кислоты заданных концентраций, причем растворы десорбированных ионов собирают раздельно; сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда d-металлов, раздельно подвергают электролизу в электролизерах с осаждением металлов на электродах, а сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда р-металлов, нейтрализуют до рН 3-4 и обрабатывают глинистыми минеральными сорбентами; нерастворимый осадок после сернокислотного выщелачивания промывают водой и подвергают выщелачиванию раствором азотной кислоты; из азотнокислого раствора удаляют фильтрацией нерастворимый осадок двуокиси марганца, а фильтрат нейтрализуют до рН 7 и подкисляют соляной кислотой до рН 3; выпавший осадок отфильтровывают; фильтрат, содержащий ионы ртути, подвергают катодному восстановлению в электролизере, а осадок, содержащий хлориды свинца и серебра, растворяют в азотной кислоте и подвергают катодному восстановлению в электролизере с раздельным осаждением металлов на электродах.
Сопоставимый анализ заявляемого решения с известным позволяет сделать вывод о том, что предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения «новизна».
Из патентной и научной литературы не известен способ утилизации отработанных химических источников тока, включающий измельчение химических источников тока, выщелачивание, магнитную сепарацию, электролиз продуктов выщелачивания с осаждением металлов на электродах, отличающийся тем, что и измельчение химических источников тока и последующее выщелачивание полученного скрапа водой проводят в атмосфере углекислого газа без доступа кислорода; измельченный скрап выщелачивают водой в реакторе до полного окисления щелочных металлов в ионы этих металлов; выделяющийся в ходе реакции водород очищают от попутных газов газоочистным устройством; после полного растворения щелочных металлов в воде скрап, вместе с водным выщелачивателем, перемещают из реактора во флотатор и флотацией удаляют из скрапа легкие фракции; далее скрап отделяют от водного раствора фильтрацией; фильтрат обрабатывают сорбентами органических соединений и глинистыми минеральными сорбентами для удаления из него органических веществ и ионов цветных металлов соответственно; после фильтрации скрап промывают водой, сушат и удаляют из него электромагнитными сепараторами фрагменты черных и цветных металлов; далее скрап выщелачивают раствором серной кислоты; сернокислотную пульпу последовательно фильтруют через фильтр с инертным материалом, фильтр с угольной загрузкой и фильтр с катионообменной смолой, происходит удаление нерастворимых частиц от раствора, органических соединений и катионов цветных металлов соответственно; сорбированные катионообменной смолой ионы ряда d- и p-металлов селективно десорбируют растворами серной кислоты заданных концентраций, причем растворы десорбированных ионов собирают раздельно; сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда d-металлов, раздельно подвергают электролизу в электролизерах с осаждением металлов на электродах, а сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда р-металлов, нейтрализуют до рН 3-4 и обрабатывают глинистыми минеральными сорбентами; нерастворимый осадок после сернокислотного выщелачивания промывают водой и подвергают выщелачиванию раствором азотной кислоты; из азотнокислого раствора удаляют фильтрацией нерастворимый осадок двуокиси марганца, а фильтрат нейтрализуют до рН 7 и подкисляют соляной кислотой до рН 3; выпавший осадок отфильтровывают; фильтрат, содержащий ионы ртути, подвергают катодному восстановлению в электролизере, а осадок, содержащий хлориды свинца и серебра, растворяют в азотной кислоте и подвергают катодному восстановлению в электролизере с раздельным осаждением металлов на электродах, позволяющим достичь описанный эффект. Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение может быть использовано для промышленной, экологически безопасной утилизации всех типов отработанных химических источников тока.
Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию «промышленная применимость».
Заявляемый способ осуществляют с помощью технологической линии, принципиальная схема которой показана на фиг.1.
Способ осуществляется следующим образом.
Отработанные химические источники тока подаются с помощью шнека в загрузочный бункер и через шлюзовой питатель дозированно загружают в дробилку 1 и измельчают до крупности минус 3-5 мм. Измельченный скрап через второй шлюзовой питатель дозированно подают в реактор водного выщелачивания 2, заполненный на 0,5 его объема водой. Реактор 2 представляет собой емкость типа чан, с крышкой и люками, снабжен мешалкой, рубашкой для охлаждения и системой регуляции температуры реакционной среды. Выщелачивание скрапа водой ведут при температуре 30-40°С, до полного окисления водой щелочных металлов в ионы этих металлов, с образованием гидроксидов лития, натрия, кальция.
Дробление ХИТ и выщелачивание скрапа водой ведется в атмосфере углекислого газа, без доступа кислорода. Для создания углекислотной атмосферы межшлюзовое пространство, в котором находится дробилка 1, и свободное пространство реактора 2 заполняют углекислым газом под небольшим давлением. Выделяющийся в ходе реакции водород отводят из реактора через газоотводную систему и очищают от попутных газов газоочистным устройством 3. В среде углекислого газа возгорание водорода исключено из-за отсутствия кислорода.
После полного растворения щелочных металлов в воде скрап, вместе с водным выщелачивателем, перекачивают из реактора во флотатор 4 и флотацией удаляют из скрапа легкие «водоплавающие» фракции: уголь, графит, кокс, органические сорбенты, полимеры, бумагу, хлопьевидные взвешенные гидроксиды алюминия и железа (III). Далее скрап отделяют от водного выщелачивателя фильтрацией на фильтре 5 и промывают водой.
Фильтрат, в зависимости от типов перерабатываемых ХИТ, с большой вероятностью может содержать органические соединения — гелеобразователи, растворители и следующие ионы растворимых в воде неорганических соединений: катионы лития, калия, натрия, кальция, магния, бария, меди, цинка, никеля, висмута, титана, водорода, аммония; анионы фтора, хлора, брома, йода, гидроксил-анионы, бихромат-анионы, анионы хлорноватистой, хлорной, серной, оловянной, сурмянистой кислот.
Для очистки фильтрата от перечисленных соединений и ионов его подают в сорбционный аппарат 6 и при перемешивании последовательно обрабатывают сорбентом (например, «Пороласт-F») для удаления из водного раствора органических веществ и после фильтрации на фильтре 7 обрабатывают в аппарате 6 глинистыми минеральными сорбентами (например, «Ирлит-1» или «Ирлит-7») для удаления из раствора ионов цветных металлов. Рекомендованная загрузка сорбента — не более 5 г/л (см. патент RU, №2263718, кл. С22В 3/24, 2005.11.10). Воду отфильтровывают от сорбентов цветных металлов на фильтре 7 и возвращают в оборот. Глинистые минеральные сорбенты после выщелачивания кислотами и щелочами утилизируют на полигонах.
После промывки скрапа водой его сушат в устройстве 8 и подают в устройство 9, где электромагнитными сепараторами черных и цветных металлов удаляют из скрапа черные и цветные металлы: железо, цинк, кадмий, магний, олово, сурьму, лантан, свинец, серебро, и сплавы металлов: литий/алюминий, литий/кобальт, кобальт/марганец, лантан/никель, висмут/индий.
После удаления металлов скрап, содержащий оксиды (меди, цинка, марганца, висмута, свинца, ртути, серебра), гидроксиды (никеля, свинца, олова, бария) и нерастворимые соли серебра, загружают в реактор 10 и выщелачивают его раствором 3 н. серной кислоты в течение 0,5 часа. Пульпа сернокислотного выщелачивания содержит катионы (никеля, цинка, меди, висмута), нерастворимые в серной кислоте оксиды (двуокись марганца, оксид ртути, оксид серебра), нерастворимые соли (сульфат свинца, сульфат серебра, хлорид серебра, сульфат бария) и ионы (цинка, никеля, меди).
Пульпу сернокислотного выщелачивания последовательно фильтруют через фильтр 11 с инертным материалом, устойчивым к кислотам, через фильтр 12 с угольной загрузкой (например, АГ-3, АГ-ОВ) и фильтр 13 с катионообменной смолой (например, KУ-23Na) для удаления из сернокислого раствора нерастворимых частиц, органических соединений и катионов цветных металлов соответственно.
Сорбированные катионообменной смолой ионы ряда d- и p-металлов селективно десорбируют растворами серной кислоты соответственно: цинка — 0.2 н. раствором; никеля — 2 н. раствором; меди — 5 н. раствором, висмута — 3 н. (см. http://referat.dirx.ru/?i=4134091 Очистка хромсодержащих сточных вод гальванопроизводства). Растворы десорбированных ионов собирают раздельно. Сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда d-металлов (цинка, меди, никеля), раздельно подвергают электролизу в электролизерах 14 с осаждением металлов на электродах, а раствор, содержащий ионы ряда р-металлов, например ионы висмута, нейтрализуют до рН 3-4 и обрабатывают глинистыми минеральными сорбентами в аппарате 6.
Нерастворимый осадок после сернокислотного выщелачивания промывают водой и подвергают выщелачиванию раствором 2 н. азотной кислоты в аппарате 15 в течение 0,5 часа. Соли ртути, бария, свинца и серебра растворяются в азотной кислоте. Нерастворимую двуокись марганца отфильтровывают на фильтре 16 и промывают водой. Фильтрат нейтрализуют до рН 7 и подкисляют 1 н. соляной кислотой до рН 3 в аппарате 17. Выпавший осадок отфильтровывают на фильтре 18, а фильтрат, содержащий ионы ртути и бария, подвергают катодному восстановлению в электролизере 19, с осаждением элементарной ртути. Осадок, содержащий хлориды свинца и серебра, растворяют в азотной кислоте в аппарате 20 и подвергают катодному восстановлению в электролизере 21, с раздельным осаждением металлов на электродах.
Способ утилизации отработанных химических источников тока, включающий измельчение химических источников тока, выщелачивание, флотацию, магнитную сепарацию, электролиз растворов выщелачивания с осаждением металлов на электродах, отличающийся тем, что измельчение химических источников тока и последующее выщелачивание полученного измельченного скрапа водой проводят в атмосфере углекислого газа без доступа кислорода до полного окисления щелочных металлов в ионы этих металлов, а выделяющийся в ходе реакции растворения водород очищают от попутных газов газоочистным устройством, после полного растворения щелочных металлов в воде скрап вместе с водным выщелачивателем перемещают из реактора во флотатор и флотацией удаляют из скрапа легкие фракции, далее скрап отделяют от водного раствора фильтрацией, фильтрат обрабатывают сорбентами органических соединений и глинистыми минеральными сорбентами для удаления из него органических веществ и ионов цветных металлов, соответственно, после фильтрации скрап промывают водой, сушат и удаляют из него электромагнитными сепараторами фрагменты черных и цветных металлов, далее скрап выщелачивают раствором серной кислоты, сернокислотную пульпу последовательно фильтруют через фильтр с инертным материалом, фильтр с угольной загрузкой и фильтр с катионообменной смолой, при этом обеспечивают удаление нерастворимых частиц от раствора, органических соединений и катионов цветных металлов, соответственно, сорбированные катионообменной смолой ионы ряда d- и р-металлов селективно десорбируют растворами серной кислоты заданных концентраций, причем растворы десорбированных ионов собирают раздельно, сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда d-металлов, раздельно подвергают электролизу в электролизерах с осаждением металлов на электродах, а сернокислотные растворы, содержащие ионы ряда р-металлов, нейтрализуют до рН 3-4 и обрабатывают глинистыми минеральными сорбентами, нерастворимый осадок после сернокислотного выщелачивания промывают водой и подвергают выщелачиванию раствором азотной кислоты, при этом из азотнокислого раствора удаляют фильтрацией нерастворимый осадок двуокиси марганца, а фильтрат нейтрализуют до рН 7 и подкисляют соляной кислотой до рН 3, выпавший осадок отфильтровывают, фильтрат, содержащий ионы ртути, подвергают катодному восстановлению в электролизере, а осадок, содержащий хлориды свинца и серебра, растворяют в азотной кислоте и подвергают катодному восстановлению в электролизере с раздельным осаждением металлов на электродах.