Спосіб вилучення цінних компонентів з відпрацьованих джерел живлення

Спосіб вилучення цінних компонентів з відпрацьованих джерел живлення за допомогою їх контактування з розчином мінеральної кислоти, який відрізняється тим, що процес вилучення проводять у два прийоми з різною початковою концентрацією кислоти. (19) (21) u200814436 (22) 15.12.2008 (24) 25.08.2009 (46) 25.08.2009, Бюл.№ 16, 2009 р. (72) КОЗУБ ПАВЛО АНАТОЛІЙОВИЧ, КОЗУБ СВІТЛАНА МИКОЛАЇВНА, ГРИНЬ ГРИГОРІЙ ІВАНОВИЧ, ЛАВРЕНКО АНТОНІНА ОЛЕКСАНДРІВНА, ПАНЧЕВА ГАННА МИХАЙЛІВНА 3 В основі запропонованого способу поставлено задачу шляхом обробки відпрацьованих елементів живлення розчинами мінеральної кислоти (нітратної, сірчаної, хлоридної, фосфорної) різної концентрації провести повне розчинення неорганічної складової з отриманням розчину збагаченого залізом та розчину збагаченого нікелем, кадмієм та іншими цінними компонентами, при цьому запропонований винахід дозволяє: - досягти 100% переводу цінних сполук відпрацьованих елементів живлення у розчинну форму; - знизити витрати енергії за рахунок усунення стадії подрібнення сировини; - спростити технологію отримання чистих продуктів із розчинів їх солей; - підвищити екологічну безпеку виробництва; - підвищити економічні показники виробництва. Істотною відмінністю заявленої корисної моделі від способу-прототипу, що забезпечує технічний результат, є те, що вилучення проводять за допомогою розчину мінеральної кислоти у два прийому з різною початковою концентрацією кислоти. При цьому концентрацію першого розчину приймають меншою порівняно з концентрацією другого розчину, а процес взаємодії з першим розчином проводять до повного розчинення залізної оболонки елементів живлення. При додаванні більш концентрованого розчину кислоти проводять остаточне розчинення всіх неорганічних складових відпрацьованих елементів живлення. Оптимальна концентрація першого розчину складає - 3-20%, другого розчину 10-40% мас, оптимальна температура процесу розчинення становить від 30 до 120°С, при часі проведення першої та другої стадій від 3хв. до 7 годин. Нами встановлено, що розчинення компонентів в два етапи з різною концентрацією кислоти у розчині, відповідно до корисної моделі, що заявляється, дозволяє повністю перевести неорганічну складову відпрацьованих елементів живлення у розчинну форму, знизити енергетичні витрати не менше ніж на 50%, підвищити продуктивність процесу розчинення на 15-20% порівняно зі способомпрототипом. Позитивний ефект, що спостерігається в заявленій корисній моделі, можна пояснити цілим рядом взаємозалежних обставин. По-перше, всі неорганічні компоненти відпрацьованих елементів живлення є розчинними у кислих розчинах, що дозволяє переводити їх у розчинну форму без попереднього окиснення. Це значно зменшує енергетичні витрати на технологію. По-друге, повна розчинність сталевої оболонки дозволяє виключити з технологічного процесу таку енергетично затратну стадію як подрібнення сировини. Після повного розчинення оболонки внутрішня частина відпрацьованих елементів живлення є повністю доступною для дії кислого розчину. По-третє, більша хімічна активність заліза при взаємодії з кислими розчинами дає можливість майже повного розчинення оболонки ще до почат 43482 4 ку розчинення інших компонентів відпрацьованих елементів живлення, що дає змогу ще на етапі розчинення провести попереднє розділення цінних компонентів, що значно спрощує технологічну схему. У такий спосіб концентраційні межі розчинів що використовуються, а також інші параметри технологічного процесу визначаються фізикохімією процесів розчинення сполук перехідних металів і обираються таким чином, щоб забезпечити максимальну ефективність використання реагентів. Нами встановлено, що продуктивність технологічного процесу визначається швидкістю розчинення компонентів у металевій формі - заліза, нікелю, кадмію та їх сплавів, і нітратна, хлоридна, сірчана та фосфорна кислоти дозволяють проводити процес розчинення із швидкістю, достатньою для створення промислової технології. Проведені нами експериментальні дослідження показали, що менша швидкість розчинення металів у сірчаній та фосфатній кислотах може бути скомпенсована підвищенням температури їх розчинів. Так оптимальні температурні межі для процесу розчинення у сірчаній та фосфатній кислотах становлять 90-115°С, у хлоридній - 25-35°С, у нітратній 50-70°С. Додаткові дослідження кінетики процесу розчинення металів дозволили встановити оптимальні значення концентрацій кислих розчинів. Так, встановлено, що швидкість розчинення заліза при концентраціях кислот менш ніж 20% масових в 512 разів більше швидкості розчинення нікелю та кадмію, а при більших концентраціях, швидкості розчинення всіх металів є майже однаковими. Цей факт вказує на доцільність проведення розчинення залізної оболонки розчинами кислот з концентрацією менше ніж 20%, з отриманням розчину переважно сполук залізу, і розчинення внутрішньої частини елементів живлення у розчинах кислот 1540% масових, з отриманням розчину сполук інших металів з невеликою кількістю іонів заліза за той же час. Таким чином, для розчинення залізної оболонки оптимальними значеннями концентрацій вказаних кислот є 3-20% масових, що забезпечує необхідну швидкість реакції розчинення, кінцеву концентрацію солі у розчині та необхідну селективність процесу переводу у розчинну форму заліза. Для розчинення внутрішньої частини елементів живлення оптимальна концентрація кислот становить 10-40%, при більших концентраціях спостерігаються утворення газоподібних продуктів відновлення аніонів кислот (оксиди азоту, хлор, сірчастий газ) або пасивація поверхні металу при менших концентраціях, швидкість процесу розчинення стає недостатньою для використання в технології. Спосіб здійснюють таким чином: Відпрацьовані елементи живлення звільняють від пластикової плівки та складають в реактор, куди добавляють розчин нітратної, хлоридної, фосфатної або сульфатної кислот з концентрацією 315% масових. Після повного розчинення залізної оболонки збагачений залізом розчином зливають 5 43482 для подальшої переробки у сполуки заліза, а до внутрішніх частин елементів живлення добавляють розчин кислоти з концентрацією 10-30% масових. Після повного розчинення неорганічної складової розчин зливають для подальшої його переробки, а залишки органічного походження відправляють для подальшої переробки. Приклад 1. Відпрацьовані нікель-кадмієві елементи живлення у кількості 1кг звільняють від пластикової плівки та складають в реактор, куди добавляють 2кг нітратної кислоти з концентрацією 15% масових. Після повного розчинення залізної оболонки збагачений залізом розчин з концентрацією 30% масових нітрату заліза, зливають для подальшої переробки у сполуки заліза, а до внутрішніх частин елементів живлення добавляють свіжий розчин нітратної кислоти у кількості 2кг з концентрацією 25% масових. Після повного розчинення неорганічної складової розчин з концентрацією нітратів кадмію та нікелю близько 50% масових зливають для подальшої його переробки, а залишки органічного походження відправляють для подальшої переробки. Концентрація нікелю та кадмію в залізовмісному розчині становить не більше 2%, концентрація заліза в розчині солей нікелю та кадмію становить не більше 3%. Розчинення проводять без додаткового підігріву при температурі 50-65°С. Ступінь розчинення неорганічних сполук становить 100%. Приклад 2. Відпрацьовані нікель-метал-гідрідні елементи живлення у кількості 1кг звільняють від пластикової плівки та складають в реактор, куди добавляють 3кг хлоридної кислоти з концентрацією 13% масових. Після повного розчинення залізної оболонки збагачений залізом розчин з концентрацією 25% масових хлориду заліза, зливають для подальшої переробки у сполуки заліза, а до внутрішніх частин елементів живлення добавляють свіжий розчин хлоридної кислоти у кількості 3кг з концентрацією 25% масових. Після повного розчинення неорганічної складової розчин з концентрацією хлоридів нікелю, кобальту, мангану, міді, лантану, ітрію, церію, неодиму та інших металів близько 50% масових зливають для подальшої його переробки, а залишки органічного походження відправляють для подальшої переробки. Концентрація металів інших ніж залізо в залізовмісному розчині становить не більше 2%, концентрація заліза в розчині солей нікелю та інших металів становить не більше 5%. Розчинення проводять без додаткового підігріву при температурі 35-45°С. Ступінь розчинення неорганічних сполук становить 100%. Приклад 3. Відпрацьовані нікель-кадмієві елементи живлення у кількості 1кг звільняють від пла Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 стикової плівки та складають в реактор, куди добавляють 1кг сірчаної кислоти з концентрацією 20% масових. Після повного розчинення залізної оболонки збагачений залізом розчин з концентрацією 45% масових сульфату заліза, зливають для подальшої переробки у сполуки заліза, а до внутрішніх частин елементів живлення добавляють свіжий розчин нітратної кислоти у кількості 1,5кг з концентрацією 40% масових. Після повного розчинення неорганічної складової розчин з концентрацією сульфатів кадмію та нікелю близько 60% масових зливають для подальшої його переробки, а залишки органічного походження відправляють для подальшої переробки. Концентрація нікелю та кадмію в залізовмісному розчині становить не більше 4%, концентрація заліза в розчині солей нікелю та кадмію становить не більше 4%. Розчинення проводять з додатковим підігрівом розчинів при температурі 90-100°С. Ступінь розчинення неорганічних сполук становить 100%. У такий спосіб, послідовне розчинення відпрацьованих елементів живлення у кислих розчинах різної концентрації відповідно до винаходу, що заявляється, дозволяє досягти 100% вилучення цінних компонентів. Спосіб дозволяє не проводити енергоємної стадії тонкого подрібнення сировини. В результаті переробки згідно заявленого способу отримують концентровані розчини, збагачені залізом та іншими цінними компонентами, що спрощує подальшу їх переробку та дозволяє отримувати більш чистий продукт навіть без додаткової стадії фінальної очистки. Все це дозволяє знизити собівартість кінцевого продукту на 30-50%. Джерела інформації: 1. Пат. №US5437705 Від 01.08.1995 2. Пат. CN1357938 Від 10.07.2002 3. Пат. DE19547151 Від. 19.06.1997 4. Пат. СА1200106 Від 04.02.1986 5. Пат. CN1063314 Від 05.08.1992 6. Пат. US5407463 Від 18.04.1995 7. Пат. RU2222618 Від 20.01.2004 8. Пат. RU2164956 Від 10.04.2001 9. Пат. СА2105373 Від 03.03.1994 10. Пат. СА2207575 Від 27.06.1996 11. Пат.US5728854 Від 17.03.1998 12. Пат. JP10060551 Від 03.03.1998 13. Пат. JB1475863 Від 10.06.1977 14. Пат. WO9530626Bw 16.11.1995 15. Пат. US5405588 Від 11.04.1995 16. Пат. ЕР0069117 Від 05.01.1983 17. Пат. JP2004255246 Від 16.09.2004 18. Пат. DЕ4329086 Від 02.03.1995 19. Пат. ЕР0650209 Від 26.04.1995 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601