А. Филь

студент автомобильного факультета

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

В настоящее время для электропитания электрокар, погрузчиков, электрооборудования железнодорожного и шахтного подвижного состава, средств связи и осветительных приборов наиболее широкое применение в промышленности нашли щелочные железо-никелевые аккумуляторы. После того, как через определенный срок эксплуатации аккумуляторы приходят в негодность, возникает необходимость в их переработке. Вместе с тем, практически на каждом машиностроительном, приборостроительном, ремонтном предприятиях имеются цеха с гальваническими линиями никелирования, использующими для приготовления электролитов соли никеля. Также, как правило, при гальванических цехах имеются очистные сооружения (станции нейтрализации) для обезвреживания стоков гальванических производств. Очевидно, что наличие на предприятиях высококонцентрированных никельсодержащих отходов (активной никелевой массы из пришедших в негодность железо-никелевых аккумуляторов), химических реактивов для приготовления электролитов никелирования, а также реактивов для обезвреживания стоков, содержащих кислоты, щелочи и соли металлов, и являются необходимыми условиями для создания технологии утилизации никеля. Создание таких технологий позволит не только предотвратить загрязнение окружающей природной среды, но и решить проблемы ресурсосбережения.

Состав готовой активной массы для положительных и отрицательных электродов железо-никелевых аккумуляторов приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав активной массы для положительных и отрицательных электродов железо-никелевых аккумуляторов

Электрод положительный		Электрод отрицательный
Компоненты	Содержание, %	Компоненты	Содержание, %
Никель	43-47	Железо	65,5
Графит	15-17	Cu/Fe	0,2
Графит + остаток	18-20	Mn/Fe	0,046
Ва/Ni	1,7 – 2,3	Ca/Fe	0,05
Fe/Ni	0,65	Mg/Fe	0,02
SO4^2-/Ni	1,7	Ni/Fe	0,25 – 1
Mg/Ni	1,12	Fe/S	0,16 – 0,23
		Графит	4 – 5,5
		Сера	0,07 – 0,1

В железо-никелевых аккумуляторах с учетом интервала температур используют электролиты: от – 19 ⁰С до 35 ⁰С – раствор гидроксида калия (ρ = 1,19 – 1,21 г/см³) с добавкой 20 г/дм³ едкого аккумуляторного лития (моногидрата лития); от -20 ⁰С до -40 ⁰С – раствор гидроксида калия (ρ = 1,26 – 1,28 г/см³); от 10 ⁰С до 50 ⁰С (в том числе в тропических условиях) – раствор гидроксида натрия с добавкой 20 г/дм³ моногидрата лития.

Вместе с тем, в ваннах никелирования накапливается шлам (при растворении никелевых анодов), металлические загрязнения – медь, железо, цинк, хром, органические загрязнения.

Переработка активной никелевой массы отработанных железо-никелевых аккумуляторов заключается в следующем.

Щелочной электролит с пришедших в негодность железо-никелевых аккумуляторов сливается на станции нейтрализации для обезвреживания (вместо щелочи) кислотно-щелочных стоков. Аккумуляторы промываются водой, после чего из них извлекаются ламели с активной никелевой массой. Ламели раскрываются и отработанная активная масса вымывается из них водой при интенсивном ультразвуковом перемешивании. При этом из активной никелевой массы водой вымываются щелочи – КОН, NaOH, LiOH, Ba(OH)₂, Mg(OH)₂ и др. водорастворимые соединения. Отработанная промывная вода также направляется в кислотно-щелочной сток. Отмытая активная никелевая масса растворяется при интенсивном перемешивании разбавленной сульфатной кислотой. При этом ионы Fe²⁺ окисляются до ионов Fe³⁺, а ионы Ni³⁺ восстанавливаются до ионов Ni²⁺:

NiOOH + [Fe(OH)_n]^2-n + H⁺ = Fe(OH)₃ + Ni(OH)₂ + H₂O (1)

Ni(OH)₂ + 2H⁺ = Ni²⁺ + 2H₂O (2)

Не вымывшиеся остатки Ва²⁺ осаждаются в виде ВаSO₄ (ПР_ВаSO4 = 9,97):

Ва²⁺ + SO₄^2- = ВаSO₄ (3)

В зависимости от фактического состава активной никелевой массы создается величина рН раствора, обеспечивающая выделение гидроксидов металлов нежелательных примесей. Так для Fe(OH)₃ рН составляет 1,6 и выше, для Cu(OH)₂ – 4,5 и выше; для Zn(OH)₂ – 5,9 и выше. При достижении рН 6,4 начинает выделяться Со(ОН)₂, а при рН 7,1, Ni(OH)₂, поэтому при наличии примесей меди и особенно цинка нужно осторожно повышать рН раствора, чтобы они не начали выпадать в осадок. Для более тонкой регулировки рН можно использовать NiCO₃, Na₂CO₃.

Выделенные в осадок малорастворимые соединения Fe(OH)₃, ВаSO₄, Cu(OH)₂, Zn(OH)₂, вместе с графитом отфильтровываются, а раствор, содержащий NiSO₄ или CoSO₄, используются для приготовления сернокислых электролитов меднения.

Предложенная технология является экономичной, экологически чистой и ресурсосберегающей, т.к. позволяет решенить экологические и экономические проблемы, возникающих в связи с загрязнением окружающей среды при утилизации щелочных железо-никелевых аккумуляторов.