РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Обоснование выбора направления исследований
На настоящем уровне развития промышленности альтернативой пирометаллургических
методов переработки свинцово-кислотных аккумуляторов, опасность которых с
экологической точки зрения доказана, может стать только электрохимическая
технология переработки.
Анализ имеющихся литературных данных в области электрохимической переработки
свинцово-кислотных аккумуляторов показывает, что методы, основанные на
разделении свинецсодержащего сырья по фракциям с последующей раздельной
переработкой сульфатно-оксидной и металлической фракций имеют ряд недостатков
(низкая скорость процесса извлечения, связанная с длительной подготовкой сырья
– его измельчением, сепарацией, переводом в растворимую форму, растворением в
электролите и т.д., высокие затраты водных ресурсов на промывочные операции,
наличие высокотемпературной пирометаллургической стадии, опасной с
экологической точки зрения). Более перспективным как с экологической, так и с
экономической точек зрения является извлечение свинца из аккумуляторных пластин
электрорафинированием, позволяющем ускорить процесс извлечения свинца за счет
совмещения во времени стадий растворения и осаждения, уменьшить количество
необходимых промывочных вод, избежать высокотемпературных операций. Кроме того,
переработка электрорафинированием сокращает количество выбросов вредных веществ
в атмосферный воздух, т.к. выделения газов на растворимых анодах не происходит.
Однако, в таком случае остается не вовлеченным в процесс переработки
аккумуляторный шлам, содержащий 10-12 % всего аккумуляторного свинца. Решением
проблемы может стать метод переработки, включающий отделение аккумуляторного
шлама, его измельчение, десульфатацию, растворение подходящим для этой цели
реагентом, и электрорастворение предварительно десульфатированных
аккумуляторных пластин в полученном электролите после введения добавочных
компонентов, позволяющих улучшить его эксплуатационные свойства, при постоянной
фильтрации последнего. Анодный шлам, образующийся в процессе
электрорафинирования пластин, возвращается на стадию измельчения
аккумуляторного шлама. Аккумуляторный шлам, не растворившийся в
кремнефтористоводородной кислоте, возвращается на стадию десульфатации
аккумуляторного шлама (рис. 2.1). Такой способ переработки позволяет
максимально извлечь свинец из всех компонентов, его содержащих, а также
уменьшить количество используемых реагентов, а именно соединений свинца,
необходимых для приготовления электролита, что, во-первых, снизит затраты на
переработку, а, во-вторых, сократит количество образующихся жидких и
газообразных отходов.
Рис. 2.1 – Схема переработки свинецсодержащих компонентов
свинцово-кислотных аккумуляторов
В связи с тем, что процесс десульфатации аккумуляторных пластин и
сульфатно-оксидной массы достаточно полно изучен рядом авторов [43, 46, 52],
исследование процесса десульфатации аккумуляторных пластин нецелесообразно.
Выбор электролита для переработки свинецсодержащих компонентов аккумуляторов
ограничен растворимостью соединений свинца, входящих в их состав. Из всех
изученных до настоящего времени электролитов свинцевания практическое
применение нашли в основном кислые, из которых широко используется только
несколько (борфтористоводородные, кремнефтористоводородные, фенолсульфоновые).
По сравнению с другими, фторсодержащие электролиты позволяют вести процесс
электроосаждения металлов в форсированном режиме, предельно допустимые токи в
таких электролитах значительно выше расчетной величины и в 2-4 раза превышают
величины таких токов в электролитах с сульфат- и фосфат- ионами при прочих
равных условиях и практически одинаковых коэффициентах диффузии, что
обусловлено вкладом миграции в процесс массопереноса вследствие высокой
подвижности разряжающихся ионов. Подвижность ионов во фторсодержащих
электролитах на 30-40 % выше, чем в электролитах с другими лигандами
[[cxxxviii]]. Преимуществами кремнефтористоводородной кислоты по сравнению с
борфтористоводородной является то, что она является отходом при производстве
суперфосфатов, что позволяет значительно удешевить процесс переработки.
Поляризация электродов в электролитах на основе кремнефтористоводородной
кислоты выше, чем в других [[cxxxix]], поэтому получаемые осадки свинца более
качественные и компактные, выход по току выше, что способствует снижению
вредных выбросов. Кроме того, концентрация основных компонентов в
кремнефтористоводородном электролите ниже, чем в борфтористоводородном (ионов
свинца в 1,5 – 2 раза, свободной кислоты в 1,3 - 2,3 раза), что уменьшает
образование вредных жидких и газообразных отходов, а следовательно, сокращает
затраты на их обезвреживание. Однако, по сравнению с пирометаллургическим
методом, скорость переработки электрохимическим методом ниже. Увеличение
скорости переработки позволит сделать электрохимический метод более
конкурентоспособным и снизить нагрузку на окружающую среду путем уменьшения
валового количества выбросов загрязняющих веществ с поверхности электролита.
Повышение скорости переработки возможно путем подбора состава электролита
(концентрации свинца и ПАВ) и параметров электрохимического процесса,
позволяющих проводить растворение аккумуляторных пластин и осаждение свинца на
катоде в форсированном режиме, при больших электродных плотностях тока.
Однако, повышение катодной и анодной плотностей тока может привести к
увели