Спосіб отримання сульфату натрію при переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів

Реферат: UA 102882 C2 (12) UA 102882 C2 Винахід належить до металургії вторинного свинцю, зокрема, переробка ломи свинцевокислотних акумуляторів і акумуляторних батарей. Спосіб передбачає десульфатацію оксидносульфатної фракції карбонатом натрію з утворенням карбонату свинцю і сульфату натрію, перед початком реакції в суміш додають карбонат свинцю в кількості m, рівному 6-10 мас. % від маси оксидно-сульфатної фракції, реакцію десульфатації проводять протягом часу t, що . залежить від m в відповідності до формули: t (год.) = (- 0,50 m (мас. %) + 6,00) ± 0,25 (1), реакцію десульфатації здійснюють при температурі 20-50 °C при постійному перемішуванні компонентів в реакторі. Згідно винаходу перемішування компонентів в реакторі здійснюють лопатевою мішалкою, при цьому відношення сумарної площі всіх лопатей мішалки до квадрата лінійних розмірів реактора підбирають в межах 0,1-0,7, а кутову швидкість ω обертання мішалки витримують не менше 30 об/хв. Зменшення кількості домішок карбонату натрію в кінцевому продукті. UA 102882 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до переробки лому свинцево-кислотних акумуляторів і акумуляторних батарей і може знайти використання у відповідних технологіях. При переробці лому акумуляторів проводиться десульфатація оксидно-сульфатної фракції (активної маси електродів), внаслідок чого виходить промисловий сульфат натрію. Сульфат натрію (сірчанокислий натрій, Na2SO4, натрієва сіль сірчаної кислоти) знаходить широке застосування. Донедавна велика кількість сульфату натрію використовувалася при виробництві синтетичних миючих засобів. Але останніми роками це його застосування різко знизилося у зв'язку з переходом на миючі засоби нового типу, в яких сульфат натрію або не використовується, або використовується в невеликих кількостях. Сульфат натрію широко використовується в скляній промисловості (як компонент шихти у виробництві скла), в кольоровій металургії (гідросульфат натрію використовується, як флюс), в будівництві (як антифризна добавка і прискорювач схоплювання бетонної суміші), для отримання сульфатної целюлози, в текстильній (при фарбуванні бавовняних тканин) і шкіряній промисловості, в медицині і ветеринарії (як послаблюючий засіб), в хімічних лабораторіях (як зневоднюючий засіб), в харчовій промисловості (як харчова добавка Е514). Як прототип нами узято спосіб отримання сульфату натрію при переробці лому свинцевокислотних акумуляторів, згідно якому проводять десульфатацію оксидно-сульфатної фракції карбонатом лужного металу, наприклад натрію, з утворенням карбонату свинцю і сульфату лужного металу, наприклад сульфату натрію, перед початком реакції в суміш додають карбонат свинцю в об'ємі Δm, який дорівнює 6-10 мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції, реакцію десульфатації проводять протягом часу Δt, що залежить від Δm у відповідності до формули: Δt (год.) = (-0,50·Δm (мас.%) + 6,00) ± 0,25 (1), реакцію десульфатації здійснюють при температурі 20-50 °C при постійному перемішуванні компонентів, згідно хімічному рівнянню: PbSO4 + Ме2СО3 → РbСО3 + Me2SO4 (наприклад, PbSO4 + Na2CO3 → PbCO3 + Na2SO4) (2). Одночасно з десульфатацією оксидно-сульфатної фракції можна проводити реакцію нейтралізації сірчаної кислоти, яку злито з акумуляторів: H2SO4 + Ме2СО3 → Н2О + Me2SO4 + СO2 (наприклад, H2SO4 + Na2CO3 → Н2О + Na2SO4 + СO2) (3). Водорозчинний сульфат лужного металу Me 2SO4, наприклад, сульфат натрію Na2SO4 зливають, і після фільтрації, випаровування і сушки реалізують як кінцевий продукт [Пат. 91865 Україна, МПК (2009) С22В 7/00, 13/00, C01G 21/00. Спосіб десульфатації оксидно-сульфатної фракції при переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів / Дзензерський В. О., Дзензерський Д. В., Бурилов С. В., Казача Ю. І., Охотніков І. О., Скосар В. Ю.; Заявник и патентовласник: Дзензерський В. О., Дзензерський Д. В., Бурилов С. В. - № а200801459; заявл. 04.02.08; опубл. 10.09.10, Бюл. № 17. - 4 с.]. Недоліком способу-прототипу є те, що кінцевий продукт (сульфат натрію) містить значну кількість карбонату лужного металу, що не прореагував, наприклад, карбонату натрію (кальцинованої соди). Ця кількість досягає 1 мас.%, що забруднює сульфат натрію, знижує його якість і обмежує область його застосування. Нами вирішувалася задача підвищення якості сульфату натрію шляхом зниження кількості, що міститься в ньому, карбонату натрію (соди), який не прореагував, за рахунок підвищення ефективності реакції десульфатації (2). Поставлена задача вирішувалося тим, що в способі отримання сульфату натрію при переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів, згідно якому проводять десульфатацію оксидно-сульфатної фракції карбонатом натрію з утворенням карбонату свинцю і сульфату натрію, перед початком реакції в суміш додають карбонат свинцю в кількості Δm, рівному 6-10 мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції, реакцію десульфатації проводять протягом часу Δt, що залежить від Δm в відповідності до формули: Δt (год.) = (-0,50·Δm (мас.%) + 6,00) ± 0,25 (1), реакцію десульфатації здійснюють при температурі 20-50 °C при постійному перемішуванні компонентів в реакторі, згідно хімічному рівнянню: PbSO4 + Na2CO3 → PbCO3 + Na2SO4 (2), водорозчинний сульфат натрію Na 2SO4 зливають, і після фільтрації, випаровування і сушки реалізують як кінцевий продукт, згідно винаходу, перемішування компонентів в реакторі здійснюють лопатевою мішалкою, при цьому відношення сумарної площі всіх лопатей мішалки до квадрата лінійних розмірів реактора підбирають в межах 0,1-0,7, а кутову швидкість ω обертання мішалки витримують не менше 30 об/хв. 1 UA 102882 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розкриємо суть технічного рішення. Очевидно, що від інтенсивності перемішування компонентів в мішалці залежатиме ефективність реакції десульфатації (2). Але тільки реальні випробування можуть встановити величину ефекту. Нами емпірично визначено, що в межах часу Δt проведення процесу десульфатації, яке виражається формулою (1), оптимальними будуть наступні величини: відношення сумарної площі S всіх лопатей мішалки до квадрата 2 лінійних розмірів реактора D дорівнює 0,1-0,7; кутова швидкість ω обертання мішалки не менше 30 об/хв. Під сумарною площею S всіх лопатей мішалки слід розуміти тільки площу поверхонь лопатей, обернених в один бік обертання. Під лінійними розмірами реактора слід 2 розуміти середній лінійний розмір внутрішнього об'єму реактора. Якщо величина S/D буде менше 0,1, а величина ω буде менше 30 об/хв, то інтенсивність перемішування виявиться недостатньою для отримання технічного результату. Адже при дуже малій сумарній площі S всіх лопатей мішалки (по відношенню до розмірів реактора) неможливо захопити в перемішування необхідну кількість компонентів реакції, а при дуже малій кутовій швидкості обертання мішалки неможливо забезпечити швидкий контакт вступаючих в реакцію речовин. 2 Якщо величина S/D буде більше 0,7, то виникнуть проблеми іншого роду - різко зростуть енерговитрати на роботу двигуна мішалки, що викличе неприпустиме підвищення собівартості кінцевого продукту. Максимальну величину кутової швидкості ω обертання мішалки підбирають емпірично, виходячи з конкретних можливостей підприємства по відповідному устаткуванню і енерговитратам: при підвищенні кутової швидкості плавно підвищуються необхідна потужність двигуна мішалки і енерговитрати. Запропоноване технічне рішення може бути використане на підприємствах по переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів і акумуляторних батарей. Опишемо, як здійснюється заявлений спосіб отримання сульфату натрію при переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів у виробничих умовах. Водна пульпа оксидно-сульфатної фракції, розчин сірчаної кислоти, який злито з акумуляторів, карбонат натрію і невелика кількість Δm карбонату свинцю надходять в реактор для десульфатації. Залежно від місткості реактора розраховуються масові кількості оксидно-сульфатної фракції, розчину сірчаної кислоти, карбонату натрію так, як це описано в способі-прототипі згідно формулам реакції (2) і реакції (3): Н2SO4 + Na2CO3 → Н2О + Na2SO4 + СO2 (3). Кількість Δm карбонату свинцю в масових відсотках (мас.%) розраховується, виходячи з кількості оксидно-сульфатної фракції, що надійшла. У реакторі відбувається постійне перемішування речовин. Температура 20-50 °C підтримується за рахунок теплоти, що виділяється в процесі реакцій. Реакція проводиться протягом часу Δt, залежному від Δm, згідно формулі (1). Перемішування речовин здійснюють лопатевою мішалкою, регулюючи потужністю двигуна кутову швидкість обертання мішалки так, щоб вона була не менше 30 об/хв. При цьому використовують мішалку, в якій відношення сумарної площі всіх лопатей мішалки (поверхонь лопатей, обернених в один бік обертання) до квадрата лінійних розмірів реактора знаходиться в межах 0,1-0,7. Сумарну площу всіх лопатей мішалки легко встановити по конструкторській документації на мішалку, виставивши відповідну умову розробникам і виробникам цього виробу. Лінійними розмірами реактора (внутрішнього об'єму реактора) слід вважати середній лінійний розмір, який, наприклад, у разі реактора циліндричної форми розраховується, як середнє арифметичне від діаметру і довжини циліндра. Після закінчення реакції кінцеві продукти: десульфатована фракція і розчин сульфату натрію надходять у фільтпрес для обезводнення. Після цього десульфатовану фракцію подають на наступні технологічні переділи, а розчин сульфату натрію, який злито, випаровують і сушать. Приклад 1. Згідно способу-прототипу протягом 3 год. провели реакцію десульфатації водної пульпи оксидно-сульфатної фракції з карбонатом натрію (кальцинованою содою) Nа 2СО3, додавши в початкову суміш Δm гідроксиду свинцю рівну 6 мас.% від маси оксидно-сульфатної фракції. Реакцію провели при температурі 25-32 °C при постійному перемішуванні компонентів. Хімічний аналіз показав, що в кінцевому сульфаті натрію містилося 0,8 мас.% карбонату натрію, що не прореагував (Nа2СО3). (Методи хімічного аналізу сульфату натрію викладені в ГОСТ 21458-75. Сульфат натрію кристалізаційний. Технічні умови. Див., наприклад : http://gost.ruscable.ru/cgi-bin/catalog/catalog.cgi?i =35343&l=, http://www.vsegost.com/Catalog/35/35343.shtml). Вказана домішка карбонату натрію забруднює вторинний сульфат натрію, знижує його якість і обмежує область його застосування. Приклад 2. Згідно заявленому способу за тих же умов, що і в прикладі 1, провели реакцію десульфатації оксидно-сульфатної фракції, при цьому кутову швидкість обертання мішалки витримували в межах 35-38 об/хв, а відношення сумарної площі всіх лопатей мішалки до 2 UA 102882 C2 5 квадрата лінійних розмірів реактора складало 0,25. Вказане відношення легко знайшлося, оскільки лопаті мали прямокутну форму, а реактор - циліндричну форму. Хімічний аналіз показав, що в кінцевому сульфаті натрію містилося 0,4 мас.% Na2CO3, що відповідає першому сорту сульфату натрію кристалізаційного по ГОСТ 21458-75. Як показують ці приклади, при дотриманні умов, вказаних у формулі винаходу, досягається необхідний технічний результат. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Спосіб отримання сульфату натрію при переробці лому свинцево-кислотних акумуляторів, згідно з яким проводять десульфатацію оксидно-сульфатної фракції карбонатом натрію з утворенням карбонату свинцю і сульфату натрію, перед початком реакції в суміш додають карбонат свинцю в кількості Δm, рівному 6-10 мас. % від маси оксидно-сульфатної фракції, реакцію десульфатації проводять протягом часу Δt, що залежить від Δm в відповідності до формули: . t (год.) = (- 0,50 m (мас. %) + 6,00) ± 0,25 (1), реакцію десульфатації здійснюють при температурі 20-50 °C при постійному перемішуванні компонентів в реакторі, згідно хімічному рівнянню: PbSO4+Na2CO3 → PbCO3+Na2SO4 (2), водорозчинний сульфат натрію Na2SO4 зливають, фільтрують, випаровують і сушать, готують до реалізації, який відрізняється тим, що перемішування компонентів в реакторі здійснюють лопатевою мішалкою, при цьому відношення сумарної площі всіх лопатей мішалки до квадрата лінійних розмірів реактора підбирають в межах 0,1-0,7, а кутову швидкість ω обертання мішалки витримують не менше 30 об/хв. 25 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3