научная статья по теме ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ»

УДК 621.355.82.004

ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

© Барашев Алексей Русланович, канд. техн. наук, e-mail: a.r.barashev@urfu.ru;

Мамяченков Сергей Владимирович, д-р техн. наук, проф., e-mail: s.v.mamiachenkov@urfu.ru;

Смирнова Юлия Олеговна, e-mail: yulia06.01@mail.ru;

Чиркова Мария Юрьевна, e-mail: aquamarine.95@mail.ru

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента

России Б.Н. Ельцина». Россия, г. Екатеринбург

Статья поступила 17.06.2015 г.

Проведено исследование по изучению комплексообразования этилендиаминтетрааце-тата натрия (ЭДТА) с соединениями кадмия, железа и никеля, наличие которых возможно в исходном сырье. Полученные результаты позволяют оценить возможность использования ЭДТА в качестве комплексообразующего растворителя в технологии переработки никель-кадмиевых батарей.

Ключевые слова: №-Сс1 аккумуляторы; кадмийсодержащая ламель; выщелачивание; механизм комплексообразования.

Отработанные никель-кадмиевые источники питания представляют собой сложное многокомпонентное сырье. Входящие в состав ламелей соединения близки по своим физико-химическим свойствам. Мировой опыт переработки кадмийсодержащих отходов показал перспективность гидрометаллургических методов, включающих операции выщелачивания, осаждения малорастворимых соединений, электролиза и т.п.1.

Существующие способы не позволяют достичь высокой степени извлечения и приемлемого качества продукта. Недостатки сернокислотного способа: низкая степень извлечения кадмия вследствие потерь его с железо- и никельсодержащими промпродуктами, технологические трудности фильтрации пульп, отмывки осадков и очистки промышленных растворов. Применение аммиака ограничено его летучестью и проблематичностью регенерации.

Актуально проведение исследований с целью создания альтернативной технологии переработки кадмийсодержащих отходов, основанной на использовании в качестве выщелачивающего (комплексообразующего) реагента этилендиаминтетраацетата натрия (ЭДТА)2.

В состав кадмийсодержащего скрапа, полученного при измельчении отрицательных ламелей, могут входить следующие металлы и их соединения: Сё, Бе, СёО, Ре2О3, БеО, МО.

Уральский

федеральный

университет

нмеш первого Президента ЙЩнк E.H.El4l»*U Инпитут

магермлеидеми И нсталлург ни

В лабораторных условиях были проведены исследования по выщелачиванию в растворе ЭДТА синтетических оксидов, наличие которых возможно в исходном сырье. Для этой цели был приготовлен 0,1-моляр-ный раствор ЭДТА, исходный рН которого составил 5,36. В приготовленный раствор ЭДТА объемом 50 мл засыпали навеску реактивного СсО. Продолжительность выщелачивания -60 мин (рис. 1, кривая 1).

По виду кривой 1 можно сказать, что комплексообразование идет ступенчато. Предположительно, это связано с депрото-нированием молекулы ЭДТА. В области значений рН = 5,46-6,4 ЭДТА находится в форме Н2е&а2-.

С ростом рН, который обусловлен, во-первых, щелочным характером оксида кадмия, а во-вторых, образованием щелочи при взаимодействии свободного катиона натрия с молекулой воды, происходит замещение иона натрия совместно с замещением катиона водорода катионом кадмия. Это взаимодействие можно описать

14 12 10

3 8 6 4 2

0 10

20 30 40 Время, мин

50

60

Рис. 1. Время выщелачивания CdO в зависимости от pH раствора ЭДТА

1 Rudnik E.K., Nikiel M.P. Hydrometallurgical recovery of cadmium and nickel from spent Ni-Cd batteries // Hydrometallurgy. 2007. Vol. 89, No. 1/2. P. 61-71.

2 Barashev A.R., Karelov S.V., Anisimova O.S., Mamyachenkov S.V. Innovative technology for recycling the negative segments of alkaline batteries

using recoverable solvent // Metallurgist. 2011. Vol. 55, No. 5/6. P. 381-385.

Рис. 2. Выщелачивание NiO (а) и FeO (б) в растворе ЭДТА

60

Рис. 3. Выщелачивание Fe2O3 в растворе ЭДТА 2 3

следующим уравнением:

Ыа2Н2е<йа + С<<2+ ^ С<1ЫаНе<йа + Ыа+ + Н+. В области рН = 7-10 происходит повторное депротонирование соли ЭДТА совместно с отрывом катиона натрия и замещением их катионом кадмия по схеме

СёЫаНе<<:а + С<<2+ ^ С^е^а + Ыа+ + Н+. В дальнейшем для понимания процесса ком-плексообразования выщелачивание проводили при различных начальных значениях рН раствора комплексообразователя. Показатель кислотности контролировали при 0,1 М ЫаОН (рис. 1, кривая 2) и 0,5 М Н2БО4 (рис. 1, кривая 3).

Опыт с исходным значением рН раствора, равным 8 (рис. 1, кривая 2) подтверждает, что ЭДТА в основном представлен в виде тринатриевой соли. При добавлении оксида кадмия происходит ком-плексообразование с непосредственным замещением катионов натрия и водорода по реакции Ыа3Не<<:а + С<<2+ ^ Сс1Ыа2е<<:а + Ыа+ + Н+. Дальнейшее протекание процесса сопровождается замещением катионов натрия с образованием комплекса С^е^а, как и в предыдущем опыте.

Взаимодействие в кислой области (рис. 1, кривая 3) позволяет сделать вывод о диссоциации в равных соотношениях как катионов водорода, которые повышают кислотность среды, так и свободных катионов натрия, которые, взаимодействуя с водой, образуют щелочь. В результате образования в эквивалентных количествах двух катионов при комплексообразовании рН среды не меняется.

Следующим этапом было проведение серии опытов по выщелачиванию оксида никеля и оксида железа (рис. 2). Полученный результат - постоянное значение рН в течение опыта - позволяет сделать вывод о том, что образования комплексов не происходит во всем диапазоне рН раствора.

При выщелачивании оксида железа (III) было выявлено, что в кислой области возможно образование небольшого количества железо-трилонат-ного комплекса (рис. 3, кривые 1 и 2). В щелочной области, в которой в будущем планируется проводить выщелачивание сырья, образование комплексов с железом не отмечено (рис. 3, кривая 3).

Заключение. Результаты экспериментов наглядно подтверждают возможность использования ЭДТА в качестве комплексообразующего растворителя при переработке никель-кадмиевых источников питания, поскольку области ком-плексообразования с железом и кадмием находятся в разных диапазонах значений рН среды: кадмия в щелочной, а железа - в кислой.

Проведение опытов с использованием синтетических реактивов подтвердило предположения о способности комплексообразующего реагента ЭДТА образовывать стабильный комплекс с кадмием и практически не образовывать их с другими ионами, которые присутствуют в исходном сырье. Следовательно, при применении щелочного раствора этилендиаминтетраацетата натрия обеспечивается избирательное растворение оксида кадмия, а оксиды железа и другие твердофазные примеси остаются практически в неизменном виде.

POSSIBILITY OF APPLICATION COMPLEXING REAGENT FOR PROCESSING OF WASTE ALKALINE ACCUMULATORS

© Barashev A.R., Mamyachenkov S.V., Smirnova Yu.O., Chirkova M.Yu.

The research on study of complexing EDTA with compounds of Cd, Fe and Ni which presence is possibly in feedstock was carried out. Results permited evaluate availability EDTA in the capacity of complexing solvent in processing technology of Ni-Cd batteries.

Keywords: Ni-Cd accumulators; Cd-contain solder pads; leaching; complexing.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком