Согласно полученным данным (рис. 3) по мере накопления очищенной кислоты в анодной области возрастают и затраты энергии в соответствии с выражениему = lO5*4 - 0,0004л:3 + 0,0052х2 -- 0,004л-; R2 = 0,9973, где х — концентрация очищенной кислоты.
Основные затраты энергии приходятся на концентрирование аккумуляторного раствора, в котором после электродиализа содержится 24 % по массе серной кислоты (см. рис. 3), поэтому необходимо добиться компромисса между выходом кислоты и затратами электроэнергии.
Для снижения затрат электроэнергии на процесс регенерации было предложено оценить эффективность двухступенчатого способа концентрирования.
Первая ступень процесса предполагает концентрирование серной кислоты в анодной камере в течение 5 ч до содержания 24 % по массе. Катодная плотность тока поддерживается на уровне 800 А/м2. Концентрация сульфат-ионов в катодной камере снижается до 11 — 12 % по массе.
На второй ступени процесса в анодную камеру электродиализатора заливают 0,5 %-ный раствор серной кислоты. В катодной камере находится частично исчерпанный аккумуляторный раствор, содержащий 11,5 % по массе серной кислоты. Кинетика второй ступени процесса (рис. 4) описывается выражением
у = -0,021л-3 - 0,4469х2 + + 4,375л- + 0,5669; R2 = 0,9946.
Согласно полученным данным процесс концентрирования целесообразно проводить в течение 3 ч: скорость процесса в это время достаточно высокая. В результате в анодной области концентрация серной кислоты повышается с 0,5 до 9,1 % по массе. Оставшийся в камере исчерпывания отработанный раствор, содержащий 1,9 — 2,1 % по массе серной кислоты, направляется на дальнейшую нейтрализацию. Причем в результате снижения концентрации кислоты в растворе, поступающем на нейтрализацию, уменьшается расход щелочных реагентов.
При применении двухступенчатого способа концентрирования уменьшается время процесса и, как следствие, общие энергозатраты снижаются в 1,75 раза, увеличивается выход по току в 2 раза при большом количестве перенесенной через мембрану кислоты (см. таблицу). При этом удельные энергозатраты, которые подсчитывались как отношение общих энергозатрат к массе перенесенной через мембрану серной кислоты, снизились в 1,98 раза. Снижение концентрации кислоты в отбросном растворе, поступающем на регенерацию, ведет к уменьшению расхода щелочных реагентов. Приведенные данные свидетельствуют о ресурсосберегающей направленности работы.
Таким образом, разработанный способ реутилизации сернокислых отходов аккумуляторных батарей позволяет обеспечить максимальный уровень экологической безопасности. При реализации разработанного способа устраняются опасные для окружающей среды отходы, извлекается и возвращается в производство свинцовых аккумуляторов серная кислота, меньшее количество жидких отходов с более высоким рН поступает на нейтрализацию, а следовательно, уменьшается количество щелочных реагентов, необходимых для нейтрализации. Из 1 т отработанного 18 — 34 %-ного электролита может быть получено 0,92 т серной кислоты (в пересчете на чистую серную кислоту), соответствующей ГОСТ 667-73.
Глава 4. Организационные и технологические решения при обезвреживании и утилизации отработанного сернокислотного электролита аккумуляторных батарей
сернокислый реутилизация аккумуляторная батарея
В последнее десятилетие на территории Центрально-Черноземного региона РФ, как и в целом по России, значительно возросло количество единиц автотранспорта (по некоторым оценкам в 5 раз), что увеличило техногенную нагрузку на окружающую среду.
В связи с этим фактом в настоящее время актуальны исследования, направленные на решение проблемы загрязнения окружающей среды свинецсодержащими отходами, источником которых являются отработанные аккумуляторные батареи.
В 2000 г. в целях предотвращения загрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями ООО "Экологические проекты ЦЧР" (Воронеж, Россия) организовало первое в Центрально-Черноземном регионе РФ предприятие по приему, обезвреживанию и утилизации отработанного сернокислотного электролита аккумуляторных батарей — отхода 2-го класса опасности (согласно Федеральному классификационному каталогу отходов РФ). Специалистами фирмы был разработан технологический регламент, которым обеспечивается:
• легко контролируемая система учета образования и утилизации свинецсодержащих отходов;
• переработка всех отходов в сырье;
• предотвращение несанкционированного сброса отходов в окружающую природную среду;
• исключение выбросов в атмосферный воздух;
• исключение образования дополнительных видов отходов. В технологический процесс включены следующие операции (оборудование ЗАО "Электрозаряд", г. Москва):
• прием отработанных аккумуляторных батарей; погрузка их на поддоны, окрашенные кислотостойкой краской; подача на площадку сортировки (при помощи такелажной тележки);
• сортировка аккумуляторов; подача на полипропиленовый стол под поддоны, а оттуда — на стол-приемник;
• слив отработанного электролита на специальном столе-приемнике, где производится очистка электролита от грубых примесей с обязательной пятиминутной выдержкой для полного слива электролита;
• загрузка слитых аккумуляторных батарей на поддоны и подача на площадку временного хранения и накопления аккумуляторов;
• подача электролита со стола-приемника на стол первичной фильтрации;
• первичная фильтрация электролита (отделение нерастворимых соединений свинца: сульфата и гидроокиси свинца) на специальном полипропиленовом столе первичной фильтрации при пропускании электролита через фильтровальную ткань (она может быть заменена на базальтовую вату или стеклосферическую загрузку);
• просушивание отфильтрованного осадка и складирование вместе со слитыми аккумуляторными батареями; подача электролита после первичной фильтрации в емкости-отстойники; перекачивание осветленного электролита (после 25 ч отстоя) в емкости-накопители; подача подсушенного осадка на площадку хранения слитых аккумуляторных батарей;
• временное складирование пластмассовых корпусов с сульфатированными пластинами и осадком;
• реализация обезвреженного электролита для использования в качестве кислотного реагента (5—10%-ный раствор серной кислоты);
• передача пластмассовых корпусов аккумуляторных батарей (с пластинами и осадком) на предприятия по переработке вторичного свинца. Состав и качество используемого оборудования при предварительной подготовке (промыв) позволяют производить обезвреживание как кислотного, так и щелочного электролита.
Ежегодно перерабатывается до 50 т свинецсодержащей аккумуляторной жидкости.
Литература
1. Дробноход МЛ. Концепція переходу України до стійкого екологічно безпечного розвитку. К.: 2000.
2. Вайсгант З.И., Хабачев М.Н. Экологические проблемы сбора и утилизации аккумуляторного лома. Тез. докл. II Междунар. науч.-практ. конф. "Управление отходами: отечественная и международная система экологического менеджмента — 2006".
3. Башевая Т.С., Сердюк А.И. Малоотходный способ утилизации отработанного сернокислого электролита аккумуляторных батарей
4. Башевая Т.С., Сердюк А.И., Ступин А.Б. Способы утилизации электролита отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов
5. Каменев СБ., Прейс СВ., Сийрде Э.К. Электрохимическая очистка хлоратсодержащих сточных вод // Химия и технология воды. 1991. Т. 13. № 2