Система утилизации химических источников тока в виде отработанных батареек

Изобретение относится к электротехнической промышленности и промышленной экологии, а именно к батареям для непосредственного преобразования энергии в электрическую, в частности к способам утилизации забракованных или уже отработавших свой ресурс химических источников тока (ХИТ), в том числе цилиндрического типа.

Известен способ утилизации электрических аккумуляторных батарей, в частности литиево-тионилхлоридных, который включает в себя этапы разрядки батарей, снижение температуры компонентов батареи до -180 ° С и резку батареи на части, в холодном состоянии, для дальнейшей обработки. Процесс также может включать в себя дальнейшие этапы сжигания, сбор твердых, жидких и газообразных отходов из печи для сжигания, промывку твердых и жидких отходов водой и газообразным разрядом щелочным раствором, смешивание полученных промывочных потоков, отделение осадков, образованных из смешанного потока и нейтрализации оставшегося раствора (US5523516A. Опубл. 1996-06-04).

Способ переработки свинцового аккумуляторного лома в потоке оборотной воды, включающий измельчение, мокрый рассев материала по крупности на фракции, разделение фракций на органическую, окисно-сульфатную и металлизированную с последующей электроплавкой двух последних и классификацией органической фракции на легкую и тяжелую фракции, отличающийся тем, что перед электроплавкой окисно-сульфатную фракцию подвергают дополнительному измельчению до крупности - 0,04 мм и выделяют из нее фракцию окислов свинца, которую выводят из процесса в виде товарного промпродукта (Патент № 2164537RU. Опубл. 27.03.2001г.).

Известен способ утилизации отработанных химических источников тока (ХИТ) марганцевоцинковой системы с извлечением составляющих ХИТ в отдельные товарные продукты, включающий измельчение исходных материалов, обжиг измельченного сырья, магнитную сепарацию, кислотное выщелачивание и последующий электролиз с осаждением металлического цинка на катоде, а электролитического диоксида марганца на аноде, в котором магнитную сепарацию измельченных ХИТ проводят перед обжигом с извлечением железного скрапа, обожженный материал классифицируют с отделением металлического цинка, отмытый огарок выщелачивают оборотным электролитом при рН не более 3, температуре 30 - 60^oС с отделением твердого осадка оксидов марганца, а оставшийся раствор, содержащий сульфаты марганца и цинка, подвергают электролизу. Кроме того огарок перед кислотным выщелачиванием подвергают флотации (Патент RU2164955C1. Опубл. 10.04.2001г.).

Известен способ утилизации отработанных химических источников тока, включающий измельчение ХИТ, выщелачивание, магнитную сепарацию и электролиз. Измельчение ХИТ и выщелачивание водой проводят в атмосфере углекислого газа без доступа кислорода. После этого флотацией удаляют из скрапа легкие фракции. Затем проводят фильтрацию. Фильтрат обрабатывают сорбентами. После фильтрации скрап промывают водой, сушат и удаляют из него электромагнитной сепарацией фрагменты черных и цветных металлов, а затем выщелачивают раствором серной кислоты. Сернокислотную пульпу фильтруют через фильтр с инертным материалом, фильтр с угольной загрузкой и фильтр с катионообменной загрузкой. Сорбированные катионообменной смолой ионы ряда d- и р-металлов селективно десорбируют растворами серной кислоты. Растворы, содержащие ионы ряда d-металлов, подвергают электролизу, а растворы, содержащие ионы ряда р-металлов, нейтрализуют до рН 3-4 и обрабатывают глинистыми минеральными сорбентами. Осадок после сернокислотного выщелачивания выщелачивают раствором азотной кислоты, удаляют нерастворимый осадок двуокиси марганца, а фильтрат нейтрализуют и подкисляют до рН 3. Выпавший осадок отфильтровывают. Фильтрат, содержащий ионы ртути, подвергают катодному восстановлению, а осадок, содержащий хлориды свинца и серебра, растворяют в азотной кислоте и подвергают катодному восстановлению в электролизере с раздельным осаждением металлов на электродах (Патент № 2486262RU. Опубл. 27.06.2013г.)

Однако известная система имеет высокие энергозатраты, кроме того не позволяет достигать высокого качества процесса из-за отсутствия возможности удаления мельчайших частиц вредных выбросов в окружающую среду.

Известна система безопасного уничтожения и рециркуляции электрических аккумуляторных батарей, имеющих по меньшей мере одну ячейку, включающий этапы: быстрое и безопасное механическое замыкание батареи; извлечение компонентов и металлов из батарей; быстрое введение короткозамкнутой батареи под расплавленную поверхность щелочных, щелочных, переходных металлов с низкой температурой плавления или других металлов и металлических сплавов при температуре, необходимой для поддержания расплавленного состояния указанных металлов или металлических сплавов; извлечение использования энергии разряда и рекомбинантной энергии полученных реакций для обеспечения поддерживающей энергии расплавленного металла или сплава и; тизвлечение извлекаемых металлов указанной батареи из полученного сплава и любого сублимированного углерода или солей для удаления или извлечения (Заявка № US 20130071306A1. Опубл. 2013-03-21).

Однако известная система имеет высокие энергозатраты, кроме того не позволяет достигать высокого качества процесса из-за отсутствия возможности удаления мельчайших частиц вредных выбросов в окружающую среду.

Известен способ химической рекуперации отработанных аккумуляторов, включающий сепарацию пластмассового и металлического лома, а также растворение металлосодержащей внутренней части аккумулятора в серной кислоте с последующей нейтрализацией в щелочи и декантацией осадка гидроокиси никеля и сбором фильтрата метацинковой кислоты с последующей сушкой и сбором готового продукта (Патент № 2479078RU. Опубл. 10.04.2013 г.).

Однако известная система имеет высокие энергозатраты, кроме того не позволяет достигать высокого качества процесса из-за отсутствия возможности удаления мельчайших частиц вредных выбросов в окружающую среду из-за отсутствия в системе обратного осмоса.

Задачей настоящего изобретения является разработка экологически безопасной системы утилизации химических источников тока различной конструкции.

Технический результат проявляется в повышении качества процесса путем уменьшения выбросов и попаданий мельчайших частиц, агрессивных и вредных веществ в окружающую среду, и снижение энергетических затрат.

Поставленная задача достигается тем, что система утилизации химических источников тока в виде отработанных батареек, содержащая соединенный со шредером приемный бункер, реактор, насосы, выпариватель и промежуточные емкости, снабжена соединенным с реактором газовым котлом для подогрева воды, предназначенной для достижения заданного солесодержания рассола соляной кислоты в реакторе, флотатором, системой обратного осмоса, фильтром осадочным, двумя клапанами с приводом, шкафом с панелью управления и блоком управления, оснащенным контроллером, блоком пропорционального дозирования воды с датчиком рН рассола и соединенным с одним из клапанов для управления дозированием соляной кислоты в реакторе по уровню рН рассола в нём, при этом промежуточные ёмкости выполнены в виде бака для рассола и бака для разрыва струи, а контроллер соединен с панелью управления для контроля солесодержания рассола в реальном времени, при этом реактор через второй клапан, предназначенный для сброса рассола и бак для разрыва струи, соединен с флотатором, заимосвязанным через фильтр осадочный с системой обратного осмоса, которая посредством бака для рассола соединена с выпаривателем, выполненным вакуумным, и через бак для разрыва струи и насос – с газовым котлом, причём фильтр осадочный, опосредовано через дренаж, соединен с блоком для разрыва струи.

Для создания более компактной системы, целесообразно дренаж выполнить в виде фильтра колонного типа.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием, схемой, на которой визуализирована технологическая цепочка процесса утилизации химических источников тока в виде отработанных батареек (далее ХИТ).

Система утилизации ХИТ (далее система) содержит приемный бункер 1, который соединен со шредером 2. Система оснащена общим шкафом 3 с блоком управления, оснащенным контроллером 4, блоком 5 пропорционального дозирования с датчиком и панелью управления 6. Контроллер 4 соединен с клапаном контроля 7 и клапаном сброса 8. При этом каждый из упомянутого клапана 7 и 8 выполнен с электроприводом. Кроме того клапан сброса 8 соединен через насос 9 с реактором 10 с последним соединен клапан контроля 7. При этом реактор 10 соединен с газовым котлом 11. Кроме того клапан сброса 8 соединен с промежуточной емкостью 12, соединенной через насос 13 с флотатором 14 соединенным с баком 15. Упомянутый бак 15 взаимосвязан через насос 16 с системой обратного осмоса 17. Последняя взаимосвязана посредством бака 18 для рассола с вакуумным выпаривателем 19 и складом 20. Кроме того фильтр осадочный 21 опосредовано через дренаж 22 соединен с промежуточной емкостью 12. Система обратного осмоса17 соединена через бак 23 разрыва струи и насоса 24 подачи с газовым котлом 11.

Для создания более компактной системы, дренаж 22 может быть выполнен в виде фильтра колонного типа.

Система утилизации химических источников тока работает следующим образом.

В приемный бункер 1 засыпают отработанные химические источники тока, в виде цилиндрических батареек (далее ХИТ). Затем ХИТ из приемного бункера 1 поступают для измельчения в шредер 2. Измельченные ХИТ далее поступают в реактор 10. Газовый котел 11 нагревает воду до температуры 40-45˚С для реактора 10, в котором используется ручная загрузка консистенции. Общий шкаф 3 управления посредством контроллера 4, блока 5 пропорционального дозирования с датчиком и емкостью для соляной кислоты позволяют достигать солесодержание рассола соляной кислоты (HCl) в реакторе 10 по уровню рH равный 3,5-4. Блок 5 пропорционального дозирования работает в автоматическом режиме. Для циркуляции воды в системе пока уровень рН не перестанет расти, ориентировочно в течение одного (1) часа, используется горизонтальный центробежный насос 9 модели Lowara 3НМ05S, 1х220-240В, 50 Гц. После прекращения роста рН насос 9 подает воду в бак (промежуточная ёмкость) 12 , который предназначен для разрыва струи после реактора, является промежуточной ёмкостью объёмом 1,5 м³. Бак 12 позволяет слить раствор из реактора 10 полностью, освобождая его для следующей загрузки (операции).

Для управления блоком управления, который размещают в общем шкафу 3, используют панель 6. На панель 6 выводится индикация с контроллера (датчика) 4, контролирующая солесодержание рассола в реальном времени. Панель 6 может быть размещена в удобном для оператора месте. Кроме того в системе используют, оснащенные электроприводами, клапан контроля 7, т.е. клапан циркуляции через реактор 10 воды для дозировки кислоты HCl и снятия показаний с солимера и рН раствора. Клапан 8 осуществляет сброс раствора, после его использования, из реактора 10.

Для подачи воды во флотатор 14 используется центробежный насос 13 модели Lowara 3НМ05S, 1х220-240В, 50 Гц. Во флотаторе 14 осуществляется отделение твердых взвесей и органики из воды, поступившей во флотатор 14 из бака 12. В системе используется радиальный флотатор из полипропилена, ёмкость которого составляет FL 1,0 м³. После прохождения через флотатор 14, раствор, поступающий в бак 15, имеет сниженное содержание коллоидных веществ и мутность. Кроме того бак 15 служит для разрыва струи после флотатора 14 его объем составляет 1,0 м³. Затем раствор с помощью центробежного насоса 16, модели Lowara 3НМ05S, 1х220-240В, 50 Гц, подается на фильтрацию в фильтр осадочный 21 модели HFM-1054-WS1Cl. В фильтре осадочном происходит удаление из раствора взвесей, мутности, коллоидных соединений размером до 20 мк. Часть воды затем из фильтра осадочного 21 опосредовано через дренаж 22 поступает в промежуточную емкостью 12.

Далее из фильтра осадочного 21 раствор поступает в систему обратного осмоса 17, которая является комплектной для морской воды модели «Океан» RO-0,2ESW. В упомянутой системе обратного осмоса 17 раствор обрабатывают до снижения в нем содержания солей. Производительность системы обратного осмоса 17 составляет 0,15 м³/час. При этом система обратного осмоса 17 состоит из рамы, ротаметров, шкафа автоматизации с ПЛК (не показаны).

Затем раствор, после обработки в системе обратного осмоса 17, поступает в бак 18 объёмом 1,5 м³. После бака 18 раствор попадает в вакуумный выпариватель 19, в котором выпаривается сухой остаток. В вакуумном выпаривателе 19 обезвоживают нерастворимый остаток после реактора 10 и флотатора 14. Сухой остаток поступает на склад 20 готовой продукции как товар по ТУ.

Бак 23 используют для разрыва струи после системы обратного осмоса 17. Упомянутый бак 23 имеет объем 1,5 м³ .

Очищенную воду, без взвесей и мутности из бака 23, посредством насоса 24 перекачивают на вход газового котла 11. Используют центробежный насос 24, модели Lowara 3НМ05S, 1х220-240В, 50 Гц. После чего нагретую воду до температуры 40-45˚С из газового котла 11 подают для выщелачивания ХИТ в реактор 10.

Затем цикл повторяется.

Предложенная система утилизации ХИТ является экологически безопасной. Кроме того предложенное изобретение повышает качество процесса путем уменьшения выбросов и попаданий мельчайших частиц, агрессивных и вредных веществ в окружающую среду, при этом снижает энергетические затраты.