Спосіб десульфатації оксидно-сульфатної фракції при переробці брухту свинцево-кислотних акумуляторів

Спосіб десульфатації оксидно-сульфатної фракції при переробці брухту свинцево-кислотних акумуляторів, відповідно до якого здійснюють десульфатацію фракції карбонатом лужного металу з утворенням карбонату свинцю й сульфату лужного металу, реакцію десульфатації здійснюють при температурі 20-50°С при постійному перемі C2 2 (19) 1 3 десульфатації здійснюють при оптимальній температурі 20-50°С у продовж 0,5-5 годин при постійному перемішуванні компонентів. Потім роблять поділ продуктів реакції на нерозчинну частину й розчин сульфату лужного металу. Недоліком зазначеного способу десульфатації оксидно-сульфатної фракції є високий вміст залишкової сірки у вигляді сульфату свинцю PbSO4 у кінцевому продукті - порядку 3-5мас.% від маси десульфатованої пасти. Щоб зменшити цю кількість до 1,0-1,5мас.% необхідно збільшити час процесу десульфатації до 40-60 годин, що веде до надмірного подовження технологічного циклу. В основу винаходу поставлено завдання вдосконалення способу десульфатації оксидносульфатної фракції при переробці лому свинцевокислотних акумуляторів, при якому досягається істотне зменшення кількості сульфату свинцю в кінцевому продукті без збільшення тривалості процесу десульфатації. Поставлене завдання вирішувалося тим, що в способі десульфатації оксидно-сульфатної фракції при переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів, відповідно до якого роблять десульфатацію фракції карбонатом лужного металу з утворенням карбонату свинцю й сульфату лужного металу, реакцію десульфатації здійснюють при температурі 20-50°С при постійному перемішуванні й наступному поділі продуктів реакції на нерозчинну частину й розчин сульфату лужного металу, відповідно до винаходу, спосіб десульфатації здійснюють у два етапи, на першому етапі при температурі 20-50°С роблять десульфатацію фракції карбонатом лужного металу й розчином, що утвориться на другому етапі способу, у кількості m, рівному 40-70мас.% від маси оксидносульфатної фракції, реакцію десульфатації роблять протягом часу t, що залежить від m по формулі: (1) t(ч)=(-0,1 m(мас.%)+8,0)±0,25 на другому етапі протягом часу 0,1-0,4год. роблять вилуджування нерозчинної частини, що утворюється на першому етапі, вилуджування роблять у потоці демінералізованої води з інтенсивністю потоку 0,35-2,50л/хв. на кг маси нерозчинної частини й температурою 50-85°С, отримані продукти вилуджування розділяються на нерозчинну частину й розчин, при цьому відділений розчин використають для проведення реакції на першому етапі способу десульфатації. Розкриємо суть заявленого технічного рішення. На першому етапі способу реакції десульфатації оксидно-сульфатної фракції можуть бути представлені в такий спосіб: (2) PbSO4+Me2CO3 PbCO3+Me2SO4 PbSO4+2МеНСО3 PbCO3+Me2SO4+H2O+CO2 (3) де Me - лужний метал, а МеНСО3 - бікарбонат лужного металу, що утвориться на другому етапі способу десульфатації й використовується в реакціях першого етапу способу. У реальних умовах кінцевий продукт десульфатації (нерозчинна його частина) після його відділення від розчину сульфату лужного металу містить частину сульфату свинцю й карбонату 91871 4 лужного металу, що не прореагувала. Цю кількість сульфату свинцю й карбонату лужного металу потрібно зменшити. На другому етапі способу відбувається вилуджування продукту десульфатації потоком демінералізованої води по реакції: 3PbSO4+4Me2CO3+2H2O 2PbCO3+ (4) +Pb(OH)2+3Me2SO4+2MeHCO3 причому бікарбонат лужного металу МеНСО3, що утворюється, який утримується в розчині після поділу продуктів вилуджування на нерозчинну частину й розчин, використовується в реакціях першого етапу способу десульфатації. Розглянемо перший етап процесу десульфатації. Оптимальна температура його проведення 20-50°С. Емпірично встановлено, що швидкість реакцій десульфатації можна помітно збільшити, якщо перед початком у суміш додати розчин солей лужного металу, отриманого після поділу продуктів вилуджування. Це пов'язане з наявністю в розчині бікарбонату лужного металу, що володіє значно більшою реакційною здатністю в порівнянні з його карбонатом. Тоді процес десульфатації на першому етапі йде по двох реакціях - (2) і (3). Кількість розчину, який містить бікарбонат лужного металу, що додається, повинна бути не менш 40мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції, інакше послабляється ефект його додавання. Одночасно, підвищення кількості розчину, що додається, більше 70мас.% від маси оксидносульфатної фракції вже практично не скорочує вміст сульфатів свинцю в кінцевому продукті. У зазначених межах добавок розчину тривалість t процесу десульфатації до вмісту сульфату свинцю 2,0-3,0мас.% у кінцевому продукті першого етапу десульфатації лінійно залежить від кількості розчину m, що додається, як це зазначено у формулі (1). Якщо реакцію проводити тривалістю менше нижньої межі, зазначеного у формулі (1), то вміст сульфатів у кінцевому продукті десульфатації буде більш, ніж 3,0мас.%. Реакцію недоцільно проводити довше, ніж верхня межа часу, зазначена у формулі (1), оскільки вміст сульфатів свинцю в кінцевому продукті не опускається нижче 2,0мас.%. Вміст сульфату свинцю 2,0-3,0мас.% після першого етапу процесу виправдано умовами проведення другого етапу процесу. Тепер розглянемо другий етап процесу десульфатації. У ході реакції (4) відбувається доочищення десульфатованого продукту від сульфатів свинцю й карбонатів лужного металу з утворенням бікарбонату лужного металу й нерозчинного залишку. Емпірично встановлено, що при інтенсивності потоку води менш 0,35л/хв на кг маси нерозчинної частини і її температурі нижче 50°С реакція (4) сповільнюється й ефект додаткової десульфатації губиться. Одночасно, підвищення інтенсивності потоку більше 2,50л/хв. на кг маси нерозчинної частини й температури вище 85°С недоцільно, тому що не дає збільшення ефекту при додатковій витраті енергоресурсів. Другий етап процесу десульфатації триває 0,1-0,4год., що дозволяє домогтися кінцевого вмісту сульфату свинцю 1,01,5мас.% від маси десульфатованої фракції. Якщо тривалість етапу буде менш 0,1год., то кінцевий 5 зміст сульфату свинцю буде більше 1,5мас.%; тривалість етапу не слід витримувати більше 0,4год., тому що при цьому однаково кінцевий зміст сульфату свинцю не стане менш 1,0мас.%. Таким чином, сукупна реалізація пропонованих у винаході процесів забезпечує зниження змісту сульфату свинцю в кінцевому продукті з одночасним збереженням часу проведення реакцій. Десульфатовану фракцію, що містить оксиди, гідроксид і карбонати свинцю направляють на відновлювану плавку в плавильні агрегати. Водорозчинний продукт (водяний розчин сульфату лужного металу) направляють на випарювання сульфату як кінцевого продукту. За наявними в авторів відомостями запропоновані істотні ознаки, що характеризують суть винаходу, не відомі в даному розділі техніки. Запропоноване технічне рішення може бути використане на підприємствах по переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів й акумуляторних батарей. На кресленні (Фіг.) представлена схема процесу десульфатації оксидно-сульфатної фракції при переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів. Опишемо, як здійснюється заявлений спосіб десульфатації оксидно-сульфатної фракції у виробничих умовах. У початковий момент процесу десульфатації (до утворення розчину після вилуджування твердого продукту десульфатації) пульпа оксидно-сульфатної фракції й карбонат лужного металу надходять у реактор. У реакторі при температурі 20-50°С при постійному перемішуванні відбувається реакція (2). Після проходження реакцій пульпа із продуктами реакції подається на фільтр-прес, у якому протягом 0,30-0,35год виконується їхній поділ на тверду оксидно-карбонатносульфатну фракцію й розчин сульфату лужного металу, що направляється потім на його випарювання й сушіння. Після закінчення циклу поділу продуктів у фільтр-прес подається потік демінералізованої води з інтенсивністю потоку 0,352,50л/хв. і температурою 50-85°С, що робить додаткове промивання кеку, що перебуває між пластинами фільтр-пресу. При цьому відбувається реакція (4) з додатковим зниженням вмісту сульфату свинцю й утворенням бікарбонату лужного металу, як реагенту, що інтенсифікує протікання реакції (3). Розчин після додаткової операції вилуджування направляється в накопичувальні ємності, твердий залишок, що містить оксиди, гідроксид і карбонати свинцю, передається на відновлювану плавку в плавильних агрегатах. Наступним кроком здійснюється повноцінний перший етап процесу десульфатації: у реактор завантажується оксидносульфатна фракція, карбонат лужного металу й розчин вилуджування з накопичувальної ємності в кількості 40-70мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції. Після заповнення реактора включається мішалка для перемішування реагентів, і процес десульфатації проводиться протягом часу, обумовленого по формулі (1). Після проходження реакцій пульпа із продуктами реакції подається на фільтр-прес, у якому протягом 0,30-0,35год. виконується їхній поділ на тверду фракцію й розчин 91871 6 сульфату лужного металу. Потім здійснюється другий етап процесу десульфатації: у фільтр-прес подається потік демінералізованої води, що робить додаткове промивання кеку, що перебуває між пластинами фільтр-пресу, зменшуючи в ньому вміст сульфату свинцю; бікарбонат лужного металу, що утворився, надходить у накопичувальну ємність, і т.д. Приклад 1. На 1-ому етапі процесу десульфатації в реактор подавали оксидно-сульфатну фракцію й карбонат натрію (Na2CO3) у стехіометричних кількостях, відповідно до формули реакції (2), а також розчин вилуджування з накопичувальної ємності в кількості 42мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції й проводили десульфатацію при постійному перемішуванні при температурі 27°С у продовж часу 3год. На другому етапі процесу десульфатації проводили вилуджування демінералізованої водою з інтенсивністю потоку 0,5л/хв. на кг маси нерозчинної частини й температурою 65°С у продовж 0,15год, причому отриманий розчин вилуджування подавали в накопичувальну ємність. Хімічний аналіз твердого залишку показав, що кількість сульфату свинцю в ньому було 1,23мас.%. Приклад 2. На 1-ом етапі процесу десульфатації в реактор подавали оксидно-сульфатну фракцію й карбонат натрію (Na2CO3) у стехіометричних кількостях, відповідно до формули реакції (2), а також розчин вилуджування з накопичувальної ємності в кількості 53мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції й проводили десульфатацію при постійному перемішуванні при температурі 33°С у продовж часу 2год. На другому етапі процесу десульфатації проводили вилуджування демінералізованою водою з інтенсивністю потоку 2,2л/хв. на кг маси нерозчинної частини й температурою 73°С у продовж 0,35год, причому отриманий розчин вилуджування подавали в накопичувальну ємність. Хімічний аналіз твердого залишку показав, що кількість сульфату свинцю в ньому було 1,25мас.%. Приклад 3. На 1-ом етапі процесу десульфатації в реактор подавали оксидно-сульфатну фракцію й карбонат натрію (Na2CO3) у стехіометричних кількостях, відповідно до формули реакції (2), а також розчин вилуджування з накопичувальної ємності в кількості 68мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції й проводили десульфатацію при постійному перемішуванні при температурі 45°С у продовж часу 1год. На другому етапі процесу десульфатації проводили вилуджування демінералізованою водою з інтенсивністю потоку 1,5л/хв. на кг маси нерозчинної частини й температурою 61°С у продовж 0,2год, причому отриманий розчин вилуджування подавали в накопичувальну ємність. Хімічний аналіз твердого залишку показав, що кількість сульфату свинцю в ньому було 1,32мас.%. Як видно з наведених прикладів, при дотриманні умов формули винаходу досягається необхідний технічний результат. 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 91871 8 Підписне Тираж 26 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