RU2828379C1 - Hydrothermal method of recycling spent chemical current sources (ccs) - Google Patents
Hydrothermal method of recycling spent chemical current sources (ccs) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2828379C1 RU2828379C1 RU2023123273A RU2023123273A RU2828379C1 RU 2828379 C1 RU2828379 C1 RU 2828379C1 RU 2023123273 A RU2023123273 A RU 2023123273A RU 2023123273 A RU2023123273 A RU 2023123273A RU 2828379 C1 RU2828379 C1 RU 2828379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zinc
- ccs
- lithium
- leaching
- current sources
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title abstract description 22
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 title description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 58
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 33
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 17
- -1 alkaline Chemical compound 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- WJZHMLNIAZSFDO-UHFFFAOYSA-N manganese zinc Chemical compound [Mn].[Zn] WJZHMLNIAZSFDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims abstract description 5
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 16
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 16
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 42
- 230000008569 process Effects 0.000 description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 10
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 10
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 102100037328 Chitotriosidase-1 Human genes 0.000 description 3
- 101000879661 Homo sapiens Chitotriosidase-1 Proteins 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical group [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N n'-hydroxy-2-propan-2-ylsulfonylethanimidamide Chemical compound CC(C)S(=O)(=O)CC(N)=NO LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- LEMQFBIYMVUIIG-UHFFFAOYSA-N trifluoroborane;hydrofluoride Chemical compound F.FB(F)F LEMQFBIYMVUIIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N Norphytane Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- FQTHZXJOWONAEP-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Ni].[Cd] Chemical compound [Fe].[Ni].[Cd] FQTHZXJOWONAEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- PLLZRTNVEXYBNA-UHFFFAOYSA-L cadmium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Cd+2] PLLZRTNVEXYBNA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002894 chemical waste Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N iron manganese Chemical compound [Mn].[Fe] DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 125000004108 n-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000000740 n-pentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N sodium peroxide Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][O-] PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки вторичного сырья и может быть использовано при утилизации отработанной смеси, содержащей марганцево-цинковые, щелочные, кадмийсодержащие и литийсодержащие химические источники тока.The invention relates to the field of recycling secondary raw materials and can be used in the disposal of waste mixtures containing manganese-zinc, alkaline, cadmium-containing and lithium-containing chemical current sources.
Анализ патентной информацииAnalysis of patent information
Известен способ утилизации электрических батареек, печатных плат с радиодеталями и элементами электронных схем (SU 1621818 A3), в котором неразобранную смесь батареек и элементов подвергают пиролизу при температуре 450…650°С, шлаки обрабатывают борфтористоводородной кислотой с последующим электролизом жидкой субстанции и с отделением осажденных материалов. Пиролизный газ сжигается.A method for recycling electric batteries, printed circuit boards with radio components and elements of electronic circuits (SU 1621818 A3) is known, in which an undisassembled mixture of batteries and elements is subjected to pyrolysis at a temperature of 450…650°C, the slag is treated with hydrofluoroboric acid with subsequent electrolysis of the liquid substance and separation of the precipitated materials. The pyrolysis gas is burned.
Недостатки известного способа:Disadvantages of the known method:
- отсутствует действующее промышленное оборудование, пригодное для реализации изобретения;- there is no operating industrial equipment suitable for implementing the invention;
- применяется дорогостоящая борфтористоводородная кислота;- expensive hydrofluoroboric acid is used;
- пиролиз при температуре 450…650°С, не способствующий испарению цветных металлов;- pyrolysis at a temperature of 450…650°C, which does not promote the evaporation of non-ferrous metals;
- сжигаемый пиролизный газ содержит хлор, азотные токсины и требует тщательной очистки.- the burned pyrolysis gas contains chlorine, nitrogen toxins and requires thorough cleaning.
Известен способ утилизации отработанных химических источников тока (RU 2164955 С1), включающий измельчение, обжиг сырья, магнитную сепарацию, кислотное выщелачивание с последующим электролизом, осаждение цинка на катоде, а диоксида марганца на аноде.A method for recycling spent chemical current sources is known (RU 2164955 C1), which includes crushing, roasting of raw materials, magnetic separation, acid leaching followed by electrolysis, deposition of zinc on the cathode, and manganese dioxide on the anode.
Недостатки известного способа:Disadvantages of the known method:
- отсутствует действующее промышленное оборудование, пригодное для реализации изобретения;- there is no operating industrial equipment suitable for implementing the invention;
- изобретение узконаправленное, рассчитанное на утилизацию только «марганцево-цинковых» систем;- a narrowly focused invention designed for the utilization of only “manganese-zinc” systems;
- не предусмотрена утилизация хлорсодержащих солей, содержащихся в «марганцево-цинковых» ХИТ.- there is no provision for the disposal of chlorine-containing salts contained in “manganese-zinc” chemical fuels.
Известен способ переработки отработанных солевых и щелочных элементов питания (RU 2763076 С1), включающий измельчение, термическую обработку измельченной массы, выщелачивание в растворе щелочи, катодное осаждение цинка из щелочного раствора, удаление из раствора хлоридов. Термическая обработка измельченной массы осуществляется при температурах от 500 до 800°С в течение до двух часов, используя в качестве окислителя пироксид натрия, расход которого составляет до 65% от сухой массы.A method for processing spent salt and alkaline batteries is known (RU 2763076 C1), including grinding, heat treatment of the ground mass, leaching in an alkali solution, cathodic deposition of zinc from an alkali solution, and removal of chlorides from the solution. Heat treatment of the ground mass is carried out at temperatures from 500 to 800°C for up to two hours, using sodium peroxide as an oxidizer, the consumption of which is up to 65% of the dry mass.
Недостатки известного способа:Disadvantages of the known method:
- отсутствие действующего промышленного оборудования, пригодного для реализации изобретения;- lack of operating industrial equipment suitable for implementing the invention;
- применение в больших количествах дорогого, токсичного продукта - пироксида натрия.- the use of large quantities of an expensive, toxic product - sodium peroxide.
Известен японский способ переработки отработанных источников тока (JP61- 261443). Способ включает дробление элементов и прокаливание при температурах от 400 до 1000°С в течение трех часов, при этом горючие материалы (бумага, угольные стержни, графит, сажа, пластмассы, крахмал, смолы) сгорают. Прокаленную массу вторично измельчают, извлекая металлический лом. Порошок обрабатывают соляной кислотой. В растворе содержатся марганец, цинк, железо, латунь. Раствор нейтрализуют аммиачной водой. Растворенные элементы извлекают химическими методами.A Japanese method of recycling used current sources is known (JP61-261443). The method includes crushing the elements and calcining at temperatures from 400 to 1000°C for three hours, during which combustible materials (paper, carbon rods, graphite, soot, plastics, starch, resins) burn. The calcined mass is crushed again, extracting the metal scrap. The powder is treated with hydrochloric acid. The solution contains manganese, zinc, iron, brass. The solution is neutralized with ammonia water. The dissolved elements are extracted by chemical methods.
Недостатки известного способа:Disadvantages of the known method:
- продолжительный по времени энергозатратный процесс, негативно влияющий на производительность;- a long-term, energy-consuming process that negatively impacts productivity;
- для сжигания горючих составляющих элементов необходим окислитель (воздух), каким образом он используется неизвестно;- an oxidizer (air) is required to burn combustible components, but how it is used is unknown;
- продукты сгорания горючих веществ токсичны, подавление вредностей не предусмотрено.- combustion products of flammable substances are toxic, no harm suppression is provided.
Известен способ переработки электродной массы отрицательных электродов никель-кадмий-железистых щелочных аккумуляторов (RU 2015101917 А), включающий выщелачивание гидроксида кадмия раствором сульфаминовой кислоты при температуре 25…95°С, его промывку и сушку с последующей прокалкой при 540…610°С. Недостатки известного способа:A method for processing the electrode mass of negative electrodes of nickel-cadmium-iron alkaline batteries is known (RU 2015101917 A), which includes leaching cadmium hydroxide with a solution of sulfamic acid at a temperature of 25...95°C, washing and drying it, followed by calcination at 540...610°C. Disadvantages of the known method:
- не существует действующего промышленного оборудования, пригодного для реализации известного способа;- there is no existing industrial equipment suitable for implementing the known method;
- производственный процесс завершается получением оксида кадмия, т.к. для получения металлического кадмия способ не предусматривает процесс восстановления, для которого необходимо задействовать углерод или оксид углерода;- the production process ends with the production of cadmium oxide, since the method for obtaining metallic cadmium does not provide for a reduction process, which requires the use of carbon or carbon oxide;
- известный способ рассчитан на применение в значительном количестве сульфаминовой кислоты, усложняющей процесс из-за токсичности, требует защиты окружающей среды;- the known method is designed to use a significant amount of sulfamic acid, which complicates the process due to its toxicity and requires environmental protection;
- многооперационный трудоэнергозатратный способ ограничивается единственным извлечением оксида кадмия, отправляя в отходы производства оставшуюся массу аккумуляторов, представляющую материальную и коммерческую ценность.- a multi-operation, labor- and energy-intensive method is limited to the sole extraction of cadmium oxide, sending the remaining mass of batteries, which has material and commercial value, to production waste.
Известен способ утилизации литийсодержащих отходов (RU 2108644 С1), относящийся к области электрохимии, включающий операцию предварительного смешивания литийсодержащих отходов с высшими спиртами: н-бутиловый, втор-бутиловый или амиловый. Продуктом извлечения лития из отходов является карбонат лития.A method for recycling lithium-containing waste (RU 2108644 C1) is known, related to the field of electrochemistry, including the operation of preliminary mixing of lithium-containing waste with higher alcohols: n-butyl, sec-butyl or amyl. The product of lithium extraction from waste is lithium carbonate.
Недостатки известного способа:Disadvantages of the known method:
- известный способ не предусматривает получения металлического лития из карбоната лития;- the known method does not provide for obtaining metallic lithium from lithium carbonate;
- известный способ использует реагенты, относящиеся ко II и III классам опасности, но не регламентирует мероприятия по охране окружающей среды.- the known method uses reagents belonging to hazard classes II and III, but does not regulate environmental protection measures.
Известен способ утилизации отработанных источников тока (RU 2723168 С1), принятый за прототип, включающий дробление элементов с последующим нагреванием до температур от 850 до 1200°С с получением газообразной, твердой и жидкой (расплав) фаз. В газообразной фазе находятся пары цинка, которые при охлаждении превращаются в закристаллизованный металл. После удаления газообразной фазы разогревают твердого и расплава до 1400°С, обеспечивая восстановление марганца. A method for recycling spent current sources (RU 2723168 C1) is known, adopted as a prototype, including crushing the elements with subsequent heating to temperatures from 850 to 1200°C to obtain gaseous, solid and liquid (melt) phases. The gaseous phase contains zinc vapors, which turn into crystallized metal upon cooling. After removing the gaseous phase, the solid and melt are heated to 1400°C, ensuring the restoration of manganese.
Недостатки известного способа:Disadvantages of the known method:
- отсутствие промышленного оборудования, пригодного для реализации изобретения;- lack of industrial equipment suitable for implementing the invention;
- область использования изобретения ограничена марганцево-цинковыми системами;- the scope of application of the invention is limited to manganese-zinc systems;
- парообразный цинк легко окисляется, в известном изобретении не предусмотрены мероприятия по предотвращению окисления паров цинка;- vaporized zinc is easily oxidized; the known invention does not provide for measures to prevent oxidation of zinc vapor;
- восстановление металлического марганца возможно только в присутствии сильного восстановителя, например, аморфного углерода (древесный уголь), графитные стержни, содержащиеся в элементах слабые восстановители.- the reduction of metallic manganese is possible only in the presence of a strong reducing agent, for example, amorphous carbon (charcoal), graphite rods, weak reducing agents contained in elements.
Известен способ переработки смеси аккумуляторов (CN 102110825 A), принятый за прототип, включающий следующие стадии:A method for processing a mixture of batteries (CN 102110825 A), adopted as a prototype, is known, including the following stages:
- классификацию и ферментацию отходов;- classification and fermentation of waste;
- удаление угольных стержней;- removal of carbon rods;
- растворение оставшихся веществ;- dissolution of the remaining substances;
- добавление серной кислоты и посторное растворение;- adding sulfuric acid and re-dissolving;
- промывка оставшихся веществ;- washing out the remaining substances;
- сжигание отфильтрованногоосадка.- incineration of filtered sediment.
Таким образом осуществляют ликвидацию вредных продуктов.This is how harmful products are eliminated.
Недостатки известного способа:Disadvantages of the known method:
- извлеченные угольные стержни на первой стадии обработки применения не нашли;- the extracted carbon rods found no use at the first stage of processing;
- низкая производительность процесса при значительном расходе соляной и серной кислот, гидроксида натрия и аммиачной воды;- low productivity of the process with significant consumption of hydrochloric and sulfuric acids, sodium hydroxide and ammonia water;
- не предусмотрено извлечение ценных цветных металлов.- extraction of valuable non-ferrous metals is not provided.
Анализ патентной информации с 2001 года по МПК: С22В 3/04, 7/00, 9/00,19/00 показал, что доминирующее количество технических решений по утилизации ХИТ включают следующие операции: измельчение, магнитную сепарацию, выщелачивание, гидролиз, нагрев. Заявленные технические решения не связаны с действующим, пригодным для внедрения реальным технологическим оборудованием, характеризуются существенными трудо- и энергозатратами при относительно невысокой производительности утилизационного процесса, производят негативное воздействие на человека и окружающую среду.An analysis of patent information since 2001 under IPC: C22B 3/04, 7/00, 9/00, 19/00 showed that the dominant number of technical solutions for the disposal of chemical waste include the following operations: grinding, magnetic separation, leaching, hydrolysis, heating. The declared technical solutions are not associated with existing, real technological equipment suitable for implementation, are characterized by significant labor and energy costs with a relatively low productivity of the disposal process, and have a negative impact on humans and the environment.
Цель заявляемого изобретения - создание высокопроизводительного, экологически безопасного способа утилизации отработанной смеси, содержащей марганцево-цинковые, щелочные, кадмийсодержащие и литийсодержащие химические источники тока с использованием известного, широко используемого промышленного оборудования.The purpose of the claimed invention is to create a highly productive, environmentally safe method for recycling a waste mixture containing manganese-zinc, alkaline, cadmium-containing and lithium-containing chemical current sources using known, widely used industrial equipment.
Технический результат заключается в достижении поставленной цели.The technical result consists in achieving the set goal.
Технический результат достигается тем, что способ утилизации отработанной смеси, содержащей марганцево-цинковые, щелочные, кадмийсодержащие и литийсодержащие химические источники тока (ХИТ), включает механическое измельчение в дезинтеграторах, оборудованных плоскими ножами, выщелачивание механически измельченных ХИТ в вибрационных мельницах мокрого помола в присутствии воды с температурой 50-60°С с образованием раствора, содержащего хлорид аммония, дихлорид цинка, гидроксид калия, и выщелоченного продукта, который термически обрабатывают в вагранках.The technical result is achieved in that the method for utilizing the spent mixture containing manganese-zinc, alkaline, cadmium-containing and lithium-containing chemical current sources (CCS) includes mechanical grinding in disintegrators equipped with flat knives, leaching of mechanically ground CCS in wet-grinding vibration mills in the presence of water with a temperature of 50-60°C with the formation of a solution containing ammonium chloride, zinc dichloride, potassium hydroxide, and a leached product, which is thermally processed in cupolas.
При этом раствор после выщелачивания ХИТ обезвоживают, восстанавливая кристаллическую структуру аммония хлорида, дихлорида цинка, гидроксид калия. In this case, the solution after leaching of the chemical additive is dehydrated, restoring the crystalline structure of ammonium chloride, zinc dichloride, and potassium hydroxide.
В вагранках одновременно производят энергоноситель - генераторный газ, пригодный для использования в качестве газообразного топлива.In cupola furnaces, an energy carrier is simultaneously produced - generator gas, suitable for use as a gaseous fuel.
Выходящий из варганки генераторный газ, содержащий пары цинка, кадмия, лития и ртути, охлаждают с получением порошков.The generator gas coming out of the vargan, containing vapors of zinc, cadmium, lithium and mercury, is cooled to produce powders.
Результат применения гидротермического способа утилизации отработанных химических источников тока: полная ликвидация любых видов отработанных ХИТ с получением восстановленных химически чистых кристаллических солей, цветных металлов для повторного применения и марганцевого конгломерата, пригодного для использования в качестве микроудобрения и катализатора. Кроме этого, реализация заявляемого способа сопровождается одновременным синтезом газообразного энергоносителя, пригодного для использования как газообразного топлива.The result of using the hydrothermal method of recycling spent chemical current sources: complete liquidation of any types of spent chemical current sources with the production of restored chemically pure crystalline salts, non-ferrous metals for repeated use and manganese conglomerate suitable for use as a microfertilizer and catalyst. In addition, the implementation of the claimed method is accompanied by the simultaneous synthesis of a gaseous energy carrier suitable for use as a gaseous fuel.
Заявляемый гидротермический способ утилизации отработанных ХИТ поясняется следующими графическими материалами:The claimed hydrothermal method of recycling spent chemical fuels is explained by the following graphic materials:
Фигура 1: Схема превращения любых видов отработанных ХИТ во вторичные, востребованные продукты;Figure 1: Scheme of transformation of any types of spent chemical and information technologies into secondary, in-demand products;
Фигура 2: Схема двухстадийного технологического процесса по гидротермическому способу утилизации отработанных ХИТ;Figure 2: Scheme of a two-stage technological process for the hydrothermal method of recycling spent chemical fuel;
Фигура 3: Схема процесса утилизации отработанных марганцево-цинковых электрических элементов;Figure 3: Schematic diagram of the recycling process for used manganese-zinc electrical components;
Фигура 4: Схема процесса утилизации отработанных щелочных электрических элементов;Figure 4: Schematic diagram of the recycling process for spent alkaline electrical elements;
Фигура 5: Технологическая схема с элементами материального баланса процесса практического применения гидротермического способа утилизации отработанных ХИТ.Figure 5: Technological scheme with elements of the material balance of the process of practical application of the hydrothermal method of recycling spent chemical fuels.
Описание технологического процесса гидротермического способа утилизации отработанных химических источников тока (ХИТ)Description of the technological process of the hydrothermal method of recycling spent chemical current sources (CCS)
Гидротермический способ утилизации отработанных химических источников тока (ХИТ) универсален, т.к. утилизировать все существующие в настоящее время разновидности отработанных ХИТ с возвращением элементов составляющих ХИТ к исходному первозданному состоянию, пригодному для многократного повторного применения.The hydrothermal method of recycling spent chemical current sources (CCS) is universal, since it can recycle all currently existing types of spent CCS with the return of the CCS constituent elements to their original pristine state, suitable for repeated reuse.
На фигуре 1 представлена схема превращения видов отработанных химических источников тока (ХИТ) во вторичные, востребованные продукты: соли, гидроксид, цветные металлы и марганцевый конгломерат с содержанием марганца более 80%, что позволяет применять его без какой-либо дополнительной обработки в качестве микроудобрения или катализатора «Гопкалита».Figure 1 shows a diagram of the transformation of types of spent chemical current sources (CCS) into secondary, in-demand products: salts, hydroxide, non-ferrous metals and manganese conglomerate with a manganese content of more than 80%, which allows it to be used without any additional processing as a microfertilizer or catalyst "Gopcalite".
Гидротермический способ утилизации отработанных ХИТ двухстадийный.The hydrothermal method of recycling spent chemical fuels is a two-stage process.
Первая стадия - выщелачивание, вторая стадии - термическое извлечение цветных металлов из выщелоченных ХИТ.The first stage is leaching, the second stage is thermal extraction of non-ferrous metals from leached CIT.
На фигуре 2 показана схема двухстадийного технологического процесса.Figure 2 shows a diagram of a two-stage technological process.
Поступившие на утилизацию отработанные ХИТ без какой-либо предварительной обработки пропускают через ножевой дезинтегратор (обычный типовой дезинтегратор, в котором ударные цилиндрические пальцы заменены на ножи). Дезинтегратор укомплектован смывным устройством, обеспечивающим очистку оборудования от налипания электродных паст.The spent chemical substances received for disposal are passed through a knife disintegrator (a standard disintegrator in which the impact cylindrical fingers are replaced by knives) without any preliminary treatment. The disintegrator is equipped with a flushing device that ensures cleaning of the equipment from sticking of electrode pastes.
Из дезинтегратора выходит водо-твердая пульпа с влажностью, примерно 50%, которая помещается в камеру вибрационной мельницы «мокрого» помола. Вибрационное выщелачивание, совместно с горячей водой, подаваемой в камеру мельницы, ускоряют процесс. Экспериментально установлено (авторами), что за 10…12 минут тиксотропного воздействия на обрабатываемую пульпу удается достичь 96…98% выщелачивания NH4Cl, ZnCl2, КОН.A water-solid pulp with a humidity of approximately 50% comes out of the disintegrator and is placed in the chamber of a vibration mill for "wet" grinding. Vibration leaching, together with hot water supplied to the mill chamber, accelerates the process. It has been experimentally established (by the authors) that 96...98% leaching of NH 4 Cl, ZnCl 2 , KOH can be achieved in 10...12 minutes of thixotropic action on the processed pulp.
Водный раствор выщелоченных продуктов с концентрацией не менее 15%, направляется в типовой промышленный кристаллизатор. Благодаря большой разнице в растворимости выщелачиваемых соединений (при t=50…60°С NH4Cl=50,2 г; ZnCl2=470…495 г; КОН=141,4…147,5 г в 100 г воды) процесс выщелачивания протекает быстро и качественно с получением закристаллизованных продуктов высокой химической чистоты.An aqueous solution of leached products with a concentration of at least 15% is sent to a typical industrial crystallizer. Due to the large difference in the solubility of the leached compounds (at t = 50…60°C NH 4 Cl = 50.2 g; ZnCl 2 = 470…495 g; KOH = 141.4…147.5 g in 100 g of water), the leaching process occurs quickly and efficiently, yielding crystallized products of high chemical purity.
Выщелоченные ХИТ передаются на вторую термическую стадию утилизации.The leached CHITs are transferred to the second thermal stage of utilization.
Термическая обработка выщелоченных ХИТ осуществляется в двух типовых промышленных аппаратах: воздушном газогенераторе или металлургической вагранке.Thermal treatment of leached CIT is carried out in two typical industrial devices: an air gas generator or a metallurgical cupola.
Цель термической обработки заключается в испарении и отгонке из выщелоченных ХИТ цветных металлов.The purpose of heat treatment is to evaporate and distill non-ferrous metals from leached CHIT.
Температуры испарения цветных металлов (не считая ртуть): кадмий 767°С, цинк 910°С, литий 1350°С.Evaporation temperatures of non-ferrous metals (excluding mercury): cadmium 767°C, zinc 910°C, lithium 1350°C.
Промышленный газогенератор превращает твердое топливо (древесина, торф, уголь и т.д.) в генераторный газ с температурой в активной зоне (окисление углерода) 1100…1200°С. Если топливо, предпочтительно высококалорийное: древесный уголь или коксе, смешать с выщелоченными ХИТ и пропустить эту смесь через воздушный газогенератор, то образовавшийся воздушный генераторный газ окажется обогащенным парами кадмия и цинка, выкристаллизовывать которые из газовой субстанции доступно охлаждением в «мокром» скруббере.An industrial gas generator converts solid fuel (wood, peat, coal, etc.) into generator gas with a temperature in the active zone (carbon oxidation) of 1100…1200°C. If the fuel, preferably high-calorific: charcoal or coke, is mixed with leached CIT and this mixture is passed through an air gas generator, then the resulting air generator gas will be enriched with cadmium and zinc vapors, which can be crystallized from the gas substance by cooling in a “wet” scrubber.
Марганцевый конгломерат из газогенератора выйдет в виде пористого спека, что связано с относительно низкой температурой термической обработки.The manganese conglomerate from the gas generator will come out in the form of a porous sinter, which is due to the relatively low temperature of heat treatment.
В промышленных вагранках с температурой в активной зоне 1500…1600°С генераторный газ образуется, как сопутствующий, побочный продукт плавки стали и чугуна. Если в промышленных вагранках заменить сталь и чугун на выщелоченные ХИТ, то произойдут превращения аналогичные, описанным выше, дополняя процесс испарением высококипящего лития.In industrial cupolas with a temperature in the active zone of 1500…1600°C, generator gas is formed as a concomitant by-product of steel and cast iron smelting. If steel and cast iron in industrial cupolas are replaced with leached CHIT, then transformations similar to those described above will occur, supplementing the process with evaporation of high-boiling lithium.
Таким образом, вторая стадия утилизации завершается «разложением» выщелоченного ХИТ на порошковые чистые в химическом отношении металлы и марганцевый конгломерат, который в сравнении с газогенераторным спеком представлен расплавом, который целесообразно гранулировать немедленно в водяной ванне по аналогии с расплавом металлургического процесса.Thus, the second stage of utilization ends with the “decomposition” of the leached CIT into powdered chemically pure metals and manganese conglomerate, which, in comparison with the gas-generator cake, is represented by a melt, which it is advisable to granulate immediately in a water bath by analogy with the melt of the metallurgical process.
Для более глубокого понимания физико-химических процессов, сопровождающих гидротермические превращения в ХИТ, ниже приведены три примера для наиболее распространенных в мире и РФ марганцево-цинковых элементов и щелочных элементов.For a deeper understanding of the physicochemical processes accompanying hydrothermal transformations in chemical fuels, three examples are given below for the most common manganese-zinc elements and alkaline elements in the world and the Russian Federation.
Примеры практического применения заявляемого гидротермического способа утилизации отработанных ХИТExamples of practical application of the claimed hydrothermal method of recycling spent chemical fuel
Пример 1. Утилизация отработанных марганцево-цинковых элементовExample 1. Disposal of spent manganese-zinc elements
Исходный средний состав отработанных элементов (процент по массе):Initial average composition of waste elements (percentage by weight):
На фигуре 3 показана схема технологического процесса утилизации отработанных 100 кг марганцево-цинковых элементов.Figure 3 shows a diagram of the technological process for recycling 100 kg of spent manganese-zinc elements.
В результате механического измельчения батареек в роторно-ударных механизмах (молотковая мельница, дезинтегратор) получают дробленку элементов (рабочее тело), которую загружают в барабан вибрационной мельницы, куда закачивают нагретую до температуры 50…60°С воду. Амплитуда колебаний вибромельницы должна быть в пределах 1,2…1,5 см, частота колебаний не регламентируется. Время вибрации определяется опытным путем по достижения концентрации растворенных NH4Cl и ZnCl2 не менее 15% водного раствора, что соответствует, примерно, 95% выщелоченных солей. Примерный состав щелочного отбора (кг/процент по массе):As a result of mechanical crushing of batteries in rotary-impact mechanisms (hammer mill, disintegrator), crushed elements (working body) are obtained, which are loaded into the drum of a vibration mill, where water heated to a temperature of 50...60°C is pumped. The amplitude of vibrations of the vibration mill should be within 1.2...1.5 cm, the frequency of vibrations is not regulated. The vibration time is determined empirically to achieve a concentration of dissolved NH 4 Cl and ZnCl 2 of at least 15% of the aqueous solution, which corresponds to approximately 95% of the leached salts. Approximate composition of the alkaline selection (kg/percent by weight):
Учитывая различную растворимость солей, их возможно качественно разделить, вернув кристаллическое состояние обычным выпариванием. Considering the different solubility of salts, it is possible to separate them qualitatively, returning them to the crystalline state by ordinary evaporation.
Поскольку на кальций кристаллический «кг» солей приходится 10,8 кг физической воды, прогнозные энергозатраты на выпаривание 1 кг солей составят - 6830 ккал.Since 10.8 kg of physical water accounts for 1 kg of crystalline calcium salts, the predicted energy costs for evaporating 1 kg of salts will be 6830 kcal.
В результате водного горячего вибропомольного выщелачивания 100 кг исходной массы рабочее тело уменьшится до 80,7 кг, следующего состава (кг/процент по массе):As a result of aqueous hot vibratory grinding leaching of 100 kg of the initial mass, the working fluid will decrease to 80.7 kg, of the following composition (kg/percent by mass):
Полученное таким образом рабочее тело направляется на термическую обработку в газогенератор.The working fluid obtained in this way is sent for thermal treatment to the gas generator.
Топливом в газогенераторе служит древесный уголь, выжженный при температуре не ниже 1000°С (для уменьшения количества летучих и повышения теплотворной способности) при следующем, примерном, составе (процент по массе):The fuel in the gas generator is charcoal, burned at a temperature of at least 1000°C (to reduce the amount of volatiles and increase the calorific value) with the following approximate composition (percentage by weight):
Теплотворная способность такого топлива не менее Q=7800 ккал/кг (32,6 МДж/кг);The calorific value of such fuel is not less than Q=7800 kcal/kg (32.6 MJ/kg);
Рабочее тело 80,7 кг, содержащее собственную горючую массу (углеродсодержащий компонент) до 31% в газогенератор вперемешку с топливом (древесный уголь). Соотношение рабочего тела и древесного угля, гарантирующее получения в активной зоне газогенератора температуру 1100°С при высоком выходе генераторного газа составляет 1:2 (исследование авторов).The working fluid is 80.7 kg, containing its own combustible mass (carbon-containing component) up to 31% in the gas generator mixed with fuel (charcoal). The ratio of the working fluid and charcoal, which guarantees obtaining a temperature of 1100°C in the active zone of the gas generator with a high yield of generator gas is 1:2 (research by the authors).
То есть если количество рабочего тела 80,7 кг, то содержание древесного угля должно составить:That is, if the amount of working fluid is 80.7 kg, then the content of charcoal should be:
80,7*2→161,4 кг (углерода 153,6 кг). 80.7*2→161.4 kg (carbon 153.6 kg).
К этому количеству углерода следует добавит собственный углерод рабочего тела - 25 кг.To this amount of carbon should be added the working fluid's own carbon - 25 kg.
Общее количество углерода, участвующего в синтезе генераторного газа: 25 кг+153,6 кг=278,6 кг.The total amount of carbon involved in the synthesis of generator gas: 25 kg + 153.6 kg = 278.6 kg.
Для получения воздушного генераторного газа в прямом процессе на 278,6 кг углерода требуется 1040 кг воздуха. В активной зоне газогенератора температура около 1000°С, попавший туда цинк испаряется и в виде пара вместе с «сырым» синтезированным воздушным генераторным газом 1229,8 кг направляется в конденсатор для охлаждения и очистки. В конденсаторе выпадает закристаллизованный дисперсный порошок цинка 3,6 кг и отмытый «мусор» 4,9 кг. Отходит очищенный воздушный генераторный газ в количестве 1221,3 кг следующего состава (кг/ процент по объему):To obtain air generator gas in the direct process for 278.6 kg of carbon, 1040 kg of air are required. In the active zone of the gas generator, the temperature is about 1000 ° C, the zinc that gets there evaporates and in the form of steam, together with the "raw" synthesized air generator gas of 1229.8 kg, is sent to the condenser for cooling and purification. In the condenser, 3.6 kg of crystallized dispersed zinc powder and 4.9 kg of washed "garbage" fall out. Purified air generator gas in the amount of 1221.3 kg of the following composition (kg / percent by volume) departs:
При промывке «сырого» генераторного газа в конденсаторе отойдет: 0,4 кг HCI (результат термического распада NH4Cl); 0,5 кг ZnCl2.When washing the “raw” generator gas in the condenser, the following will be released: 0.4 kg HCI (the result of the thermal decomposition of NH 4 Cl); 0.5 kg ZnCl 2 .
Водяной пар генераторного газа унесен с промывной водой конденсатора.The water vapor of the generator gas is carried away with the condenser wash water.
Плотность товарного воздушного генераторного газа в нормальных условиях - 1,25 кг/м3.The density of commercial air generator gas under normal conditions is 1.25 kg/ m3 .
Низшая теплотворная способность - 1100 ккал/нм3.The lower calorific value is 1100 kcal/ Nm3 .
Из газогенератора отойдет спек в количестве 50,9 кг, состоящий из (процент по массе):The gas generator will produce 50.9 kg of sinter, consisting of (percentage by weight):
Таким образом, в результате полной ликвидации 100 кг отработанных марганцево-цинковых ХИТ, получены: кристаллические продукты, пригодные к вторичному использованию (NH4Cl, ZnCl2, Zn); энергоноситель (генераторный газ); марганцево-железистый спек (микроудобрение, катализатор).Thus, as a result of the complete liquidation of 100 kg of spent manganese-zinc chemical feedstocks, the following were obtained: crystalline products suitable for secondary use (NH 4 Cl, ZnCl 2 , Zn); energy carrier (generator gas); manganese-iron cake (microfertilizer, catalyst).
Затраты: 160 кг древесного угля и электрическая энергия, которую возможно получать собственными силами, располагая энергией генераторного газа.Costs: 160 kg of charcoal and electrical energy, which can be generated independently using generator gas energy.
Пример 2. Утилизация отработавших щелочных электрических элементовExample 2. Disposal of spent alkaline electrical elements
Исходный состав отработанных элементов (процент по массе):Initial composition of waste elements (percentage by weight):
На фигуре 4 показана схема технологического процесса утилизации отработанных 100 кг щелочных элементов.Figure 4 shows a diagram of the technological process for recycling 100 kg of spent alkaline elements.
Операции измельчения и выщелачивания осуществляются аналогично процессу, описанного на фигуре 1. Однако в результате выщелачивания с водным раствором отойдет только калия гидроксид. Обезвоживание раствора с целью получения кристаллического КОН требует энергетических затрат в размере до 3560 ккал на 1 кг сухого КОН.The grinding and leaching operations are carried out similarly to the process described in Figure 1. However, as a result of leaching with an aqueous solution, only potassium hydroxide will be released. Dehydration of the solution in order to obtain crystalline KOH requires energy costs of up to 3560 kcal per 1 kg of dry KOH.
Выщелоченная дробленка массой 97,7 кг имеет следующий состав (кг/процент по массе): The leached crushed material weighing 97.7 kg has the following composition (kg/percent by weight):
Термическую стадию операции проводим в вагранке. Вагранка отличается от воздушного генератора единственно устройством, обеспечивающим жидкое (расплав) удаление шлако-марганцевого конгломерата. Максимальная температура в активной зоне 1600°С. Но в вагранке возможно установить более низкие температуры, сокращая расход энергоносителя.The thermal stage of the operation is carried out in a cupola. The cupola differs from the air generator only by a device that provides liquid (melt) removal of slag-manganese conglomerate. The maximum temperature in the active zone is 1600°C. But in the cupola it is possible to set lower temperatures, reducing the energy consumption.
Количество древесного угля, обеспечивающее в активной зоне требуемую температуру, принято из соотношения 1:2 (см. фигуру 3):The amount of charcoal that provides the required temperature in the active zone is taken from the ratio 1:2 (see figure 3):
97,7*2→194,4 кг (содержание углерода в древесном угле 186 кг).97.7*2→194.4 kg (carbon content in charcoal 186 kg).
Количество углерода в дисперсном графите - 11,2 кг.The amount of carbon in dispersed graphite is 11.2 kg.
Общее количество углерода, участвующего в синтезе генераторного газа - 197,2 кг.The total amount of carbon involved in the synthesis of generator gas is 197.2 kg.
Аналогично Примеру 1 выполняем расчет количества дутьевого воздуха для осуществления процесса газификации составляет 1252,4 кг (970 нм3).Similar to Example 1, we calculate the amount of blast air for the gasification process, which is 1252.4 kg (970 Nm3 ).
В результате термической обработки в газогенераторе с температурой в активной зоне не менее 1000°С образовался воздушный генераторный газ 1473,6 кг, включающий пары цинка 14,6 кг и латуно-железо-марганцевый расплав в количестве 66,9 кг.As a result of heat treatment in a gas generator with a temperature in the active zone of at least 1000°C, 1473.6 kg of air generator gas was formed, including 14.6 kg of zinc vapor and 66.9 kg of brass-iron-manganese melt.
«Сырой» генераторный газ, пропущенный через «мокрый» скруббер выделяет 14,6 кг порошкообразного кристаллического цинка, при этом количество товарного воздушного генераторного газа образуется 1463 кг. Состав и калорийности полученного генераторного газа, близкого к примеру 1."Raw" generator gas, passed through a "wet" scrubber, releases 14.6 kg of powdered crystalline zinc, while the amount of commercial air generator gas formed is 1463 kg. The composition and calorific value of the resulting generator gas, close to example 1.
В показанном газогенераторном процессе могут утилизироваться элементы и аккумуляторы, содержащие кадмий, температура испарения которого 767°С.The shown gas generator process can utilize elements and batteries containing cadmium, the evaporation temperature of which is 767°C.
Утилизация электрических источников, содержащих литий, температура испарения которого 1350°С не может выполняться в газогенераторе, но для утилизации лития следует использовать высокотемпературные аппараты - вагранки. В этом случае спек, образующийся в газогенераторном процессе, в вагранке будет представлен расплавом, который немедленно гранулируется сливом в водяную ванну.Utilization of electrical sources containing lithium, the evaporation temperature of which is 1350°C, cannot be performed in a gas generator, but high-temperature devices - cupolas - should be used for lithium utilization. In this case, the cake formed in the gas generator process will be represented by a melt in the cupola, which is immediately granulated by draining into a water bath.
Пример 3. Организация промышленного процесса применения гидротермического способа утилизация отработанных ХИТExample 3. Organization of an industrial process for the use of a hydrothermal method for the disposal of spent chemical fuels
Мусоросортировочный завод твердых коммунальных отходов (МСЗ ТКО) имеет производительность 200000 т/год по ТКО (23 т/час).The solid municipal waste sorting plant (MSZ MSW) has a capacity of 200,000 tons/year for MSW (23 tons/hour).
В результате сортировки извлечено отработанных ХИТ, примерно 1,3% от общей массы ТКО, т.е. 2600 т/год (0,3 т/час).As a result of sorting, approximately 1.3% of the total mass of MSW was recovered, i.e. 2600 t/year (0.3 t/hour).
Ориентировочный состав извлеченных отработанных ХИТ (процент по массе/кг в час):Approximate composition of extracted spent chemical substances (percentage by weight/kg per hour):
Термическая часть утилизации выполняется в вагранке с рабочей температурой 1500°С, обеспечивая испарение, помимо кадмия и цинка, наиболее тугокипящего лития (tкип=1350°С).The thermal part of the utilization is carried out in a cupola with an operating temperature of 1500°C, ensuring the evaporation, in addition to cadmium and zinc, of the most refractory lithium ( boiling point = 1350°C).
Участок утилизации укомплектован следующим типовым технологическим оборудованием:The recycling site is equipped with the following standard technological equipment:
- дезинтегратор ножевой;- knife disintegrator;
- вибромельница мокрого помола;- wet grinding vibratory mill;
- кристаллизатор;- crystallizer;
- вагранка;- cupola furnace;
- «мокрый» скруббер.- "wet" scrubber.
На фигуре 5 показана схема технологического процесса участка с элементами материального баланса.Figure 5 shows a diagram of the technological process of the section with elements of the material balance.
Извлеченные из ТКО 300 кг/час отработанные ХИТ без разбора пропускаются через ножевой дезинтегратор оборудованный водяным смывом, обеспечивающим ликвидацию налипания катодной пасты на ножах и приготавливая рабочую пульпу при соотношении «твердое+вода», принятую «50/50». Вода горячая с температурой 50…60°С.The 300 kg/hour of spent CIT extracted from MSW are passed without sorting through a knife disintegrator equipped with a water wash, which eliminates the adhesion of cathode paste on the knives and prepares the working pulp at a solid + water ratio of 50/50. The water is hot with a temperature of 50…60°C.
Полученная пульпа заливается в вибромельницу мокрого помола. В результате высокой растворимости соединений, содержащихся в ХИТ, применение горячего раствора и интенсификации выщелачивания тиксотропным воздействием, процесс происходит быстро, в течение не более 15 минут. Выходная концентрация раствора должна соответствовать не менее 15%.The resulting pulp is poured into a wet grinding vibratory mill. Due to the high solubility of the compounds contained in the HIT, the use of a hot solution and the intensification of leaching by thixotropic action, the process occurs quickly, within no more than 15 minutes. The output concentration of the solution must be at least 15%.
Таким образом, в течение часа из 300 кг смешанной измельченной сборки отработанных ХИТ образуется 260,2 кг твердого выщелоченного продукта и 265 кг водного раствора, который пропускается через кристаллизатор с получением кристаллических NH4Cl, ZnCl2, КОН высокой химической чистоты.Thus, within an hour, 260.2 kg of solid leached product and 265 kg of aqueous solution are formed from 300 kg of mixed crushed assembly of spent chemical fuels, which are passed through a crystallizer to obtain crystalline NH 4 Cl, ZnCl 2 , KOH of high chemical purity.
Твердый выщелоченный продукт выгружается из вибромельницы и продувается воздухом для подсушки (остаточная влажность не более 2%), после чего помещается в вагранку, выполняющую одновременно плавление и испарение ингредиентов ХИТ и синтез воздушного генераторного газа.The solid leached product is discharged from the vibratory mill and blown with air for drying (residual moisture no more than 2%), after which it is placed in a cupola furnace, which simultaneously melts and evaporates the ingredients of the chemical additive and synthesizes air generator gas.
Количество товарного генераторного газа «кг» синтезируется из расчета к выщелоченному продукту как 1:0,12.The amount of commercial generator gas “kg” is synthesized based on the calculation of the leached product as 1:0.12.
В рассматриваемом примере, для получения 2690 нм3/час товарного газа необходимого задействовать 270 кг/час древесного угля и 1830 кг/час воздуха.In the example under consideration, to obtain 2690 nm3 /hour of commercial gas, it is necessary to use 270 kg/hour of charcoal and 1830 kg/hour of air.
Из вагранки выходит около 2200 кг/час «сырого» генераторного газа, содержащего пары цинка, кадмия, лития.The cupola furnace produces about 2200 kg/hour of “raw” generator gas containing zinc, cadmium, and lithium vapors.
Температура «сырого» генераторного газа высокая не менее 1000°С с соответствующей значительной энтальпией, причем пар лития уже превратился в туман, состоящий из ультра дисперсных капель жидкого лития. Для получения кристаллических, химически чистых порошков металлов, их пары быстро охлаждают в распыленной водной среде, создаваемой скруббером Вентури. Полученная при этом тепловая энергия может использоваться в технологическом процессе.The temperature of the "raw" generator gas is high, not less than 1000°C, with a correspondingly significant enthalpy, and the lithium vapor has already turned into a fog consisting of ultra-dispersed drops of liquid lithium. To obtain crystalline, chemically pure metal powders, their vapors are quickly cooled in a sprayed aqueous medium created by a Venturi scrubber. The thermal energy obtained in this way can be used in the technological process.
Из вагранки выходит расплав марганцевого конгломерата с содержанием марганца более 80%.The cupola furnace produces a melt of manganese conglomerate with a manganese content of more than 80%.
В таблице 1 представлены данные материального баланса рассмотренного примера.Table 1 presents the material balance data for the example under consideration.
Технологический процесс описанного участка может быть полностью автоматизирован и обслуживаться в смену тремя операторами.The technological process of the described section can be fully automated and serviced per shift by three operators.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2828379C1 true RU2828379C1 (en) | 2024-10-10 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102110825A (en) * | 2009-12-25 | 2011-06-29 | 上海市民办尚德实验学校 | Recovery processing method of waste dry battery |
| RU2723168C1 (en) * | 2020-01-29 | 2020-06-09 | Александр Александрович Климов | Method of utilizing spent current sources containing zinc and manganese |
| CN114555839A (en) * | 2019-10-18 | 2022-05-27 | 杰富意钢铁株式会社 | Method and apparatus for recovering manganese from waste dry battery |
| WO2022185974A1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | Jfeスチール株式会社 | Method and facility for recovering manganese from waste dry battery |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102110825A (en) * | 2009-12-25 | 2011-06-29 | 上海市民办尚德实验学校 | Recovery processing method of waste dry battery |
| CN114555839A (en) * | 2019-10-18 | 2022-05-27 | 杰富意钢铁株式会社 | Method and apparatus for recovering manganese from waste dry battery |
| RU2723168C1 (en) * | 2020-01-29 | 2020-06-09 | Александр Александрович Климов | Method of utilizing spent current sources containing zinc and manganese |
| WO2022185974A1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | Jfeスチール株式会社 | Method and facility for recovering manganese from waste dry battery |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОДУНОВ Е.Б. и др. Современные проблемы и пути решения комплексной утилизации отработанной серной кислоты и химических источников тока марганцево-цинковой системы. Вестник технологического университета. 2017, т.20, N16, с. 31-33. БЕЛЕЦКИЙ Я.О. и др. Способы утилизации и переработки химических источников тока. Вестник ДонНУ. Серия Г: Технические науки, 2021, N3, с. 106-110. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102699968B1 (en) | How to Recycle Lithium-Ion Batteries | |
| CN109047285B (en) | Method and system for converting sodium-containing and fluorine-containing compounds in waste cathode carbon blocks of aluminum electrolytic cell | |
| US5723097A (en) | Method of treating spent potliner material from aluminum reduction cells | |
| CN106086416B (en) | A kind of technology that wiring board waste disposal utilizes | |
| CN108941167B9 (en) | Mechanochemical conversion and recovery method of sodium-containing and fluorine-containing compounds in waste cathode carbon block of aluminum electrolysis cell | |
| Cun et al. | Stepwise recovery of critical metals from spent NCM lithium-ion battery via calcium hydroxide assisted pyrolysis and leaching | |
| JP2004508694A (en) | Recycling of used lithium metal polymer secondary battery and related materials | |
| Xing et al. | A simple and effective process for recycling zinc-rich paint residue | |
| CN111135939A (en) | Recovery process of waste lithium iron phosphate battery | |
| AU710302B2 (en) | Method for recovering metal and chemical values | |
| JP4323477B2 (en) | Method of processing scrap and / or sludge containing copper and noble metals | |
| CN109534312B (en) | A method for fully utilizing sodium chloride waste residue salt for resource utilization by a polymerization carbonization method | |
| CN109127655B (en) | Method and system for converting sodium-containing and fluorine-containing compounds in aluminum electrolysis waste carbon residue | |
| CN108787718A (en) | A kind of aluminium electroloysis is given up mechanochemistry conversion and recovery method in breeze containing sodium, fluorochemical | |
| RU2472865C1 (en) | Method of processing fluorine-containing wastes from electrolytic production of aluminium | |
| Al-Makhadmeh et al. | The effectiveness of Zn leaching from EAFD using caustic soda | |
| RU2828379C1 (en) | Hydrothermal method of recycling spent chemical current sources (ccs) | |
| RU2734205C1 (en) | Method of utilizing used chemical sources of current of manganese-zinc system | |
| CN214270947U (en) | System for harmless, resourceful processing of aluminium industry waste cathode carbon piece | |
| Vaysgant et al. | A low-temperature technique for recycling lead/acid battery scrap without wastes and with improved environmental control | |
| HU215759B (en) | Method of processing used batteries | |
| JP7592194B2 (en) | Method for recovering valuable metals from waste secondary batteries | |
| JP6591675B2 (en) | Method for producing metal manganese | |
| JP2000247616A (en) | Equipment and method for recovering phosphorus from waste | |
| CN115845606A (en) | Regeneration method of waste zinc oxide desulfurizer |