Экстракционное разделение металлов при переработке сухих гальванических элементов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 621.352.3

О. С. Кочетовская, Е. С. Свердел, А. И. Михайличенко, Г. А.Ягодин Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия

ЭКСТРАКЦИОННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СУХИХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

The process to recover metals from spent dry cell batteries is presented. A recovering process includes dismantling, screening, dissolving, liquid-liquid extraction, stripping, precipitating and filtrating steps. Di-2-ethylhexylphosphoric acid, D2EHPA, in kerosene is proposed as an extractan!. The process yields next products: manganese carbonate, zinc carbonate.

Предложен способ извлечения металлов из отходов сухих гальванических элементов. Принципиальная технологическая схема переработки отходов марганцево-цинковых элементов включает операции: измельчение, грохочение, магнитную сепарацию, жидкостную экстракцию, реэкстракцию, растворение, фильтрование и осаждение. В качестве экст-рагента предложено использовать раствор ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты в керосине. Разработанный способ позволяет получить продукты - карбонаты цинка и марганца.

Целью настоящей работы является разработка технологической схемы экстракционного извлечения цинка (II) и марганца (II) из их совместных сернокислых растворов, получаемых при утилизации отработанных сухих гальванических элементов. Полученные по разработанной схеме соединения цинка и марганца могут найти применение в металлургической промышленности и различных областях химической промышленности.

Экстракция представляет собой метод концентрирования и разделения веществ. К преимуществам экстракционных методов относятся рентабельность извлечения ценных компонентов и устранения вредных примесей, возможность разделения близких по свойствам элементов, низкие рабочие температуры процессов, возможность сочетания экстракции с ректификацией. относительная простота аппаратурного оформления, возможность автоматизации процессов [1-3].

Процессы жидкостной экстракции в настоящее время успешно используются для переработки ядерного горючего, получения циркония и гафния и многих других редких металлов, для получения очищенной фосфорной кислоты. С помошыо экстракции можно получать высокочистые цветные и благородные металлы.

В качестве экстрагеита использовался раствор ди(2-этилгекс.ил)фосфорной кислоты: (Д2ЭГФК) в керосине. Ди(2-этилгексил)фосфорная кислота - вязкая бесцветная жидкость, которая не смешивается с водой, но хорошо растворима в эфирах, спиртах, толуоле и других углеводородах. Д2ЭГФК используется во многих промышленных процессах для получения и очистки урана, редкоземельных металлов, цинка, ванадия, бериллия, молибдена, для разделения смесей кобальта и никеля. Широкое использование объясняется несколькими причинами: высокой селективностью, химической стабильностью, хорошей экстракционной кинетикой и низкой растворимостью в водной фазе. Следует также отметить относительно низкую стоимость этого экстрагеита.

Механизм экстракции металлов Д2ЭГФК и вид образующихся комплексов с металлом зависят от нескольких факторов, таких как концентрация металла в экстракте, природа органического растворителя, кислотность в равновесной водной фазе.

Ранее были получены данные по экстракции цинка и марганца из их индивидуальных сернокислых растворов [4]. В интервале рН 0,8-1,6 коэффициенты распределения металлов увеличивались с ростом рН. С увеличением рН различие между коэффициентами распределения цинка и марганца возрастало.

В ходе работы изучено разделение цинка и марганца из их бинарных растворов 1М раствором Д2ЭГФК в керосине. Коэффициент разделения металлов увеличивался с ростом рН равновесной водной фазы и содержания катионов цинка в экстрагируемом растворе. При увеличении рН от 0,58 до 1,12 коэффициент разделения возрастал от 14 до 41. При увеличении концентрации цинка в исходном растворе от 0,01 до 0,09 моль/л при совместной экстракции цинка и марганца из сернокислых растворов 1М раствором Д2ЭГФК в керосине коэффициент разделения изменялся от 12 до 130, при этом коэффициент распределения марганца резко снижался от 0,47 до 0,03, что свидетельствовало об уменьшении количества экстрагированного марганца.

Полученные данные были использованы при разработке схемы переработки отходов сухих гальванических элементов.

Блок-схема процесса экстракционной переработки отходов сухих гальвани ческих элементов представлена на рисунке 1.

На этапе первичной переработки проводят вскрытие и измельчение элементов, что позволяет выделить различные компоненты отходов. Отходы сухих гальванических элементов измельчают на пластины толщиной 3 - 5 мм. Измельченная масса поступает на грохочение с размером ячейки сита 1 мм. В процессе грохочения шихта дополнительно измельчается и проходит через сито. В получаемой мелкой фракции содержатся оксиды марганца, оксид цинка, цинк хлористый, сажа, активированный уголь, мелкие осколки пластика. Мелкая фракция поступает на дальнейшую переработку.

На сите грохота остается крупная фракция - кусочки стального корпуса, металлического цинка, латуни, пластика, бумаги и графита. Крупная фракция далее поступает на магнитную сепарацию для отделения стали. Из остальной части крупной фракции сухой сепарацией выделяют смесь цинка и латуни.

При переработке мелкой фракции (шихты) смесь соединений марганца и цинка обрабатывают 1 М раствором серной кислоты в присутствии пе-роксида водорода.

В процессе растворения протекают следующие реакции [5]:

гпо + н2804 = гпйсх, + н2о

МгьОз + Н2804 = Мп804 + Мп02 + Н20 Мп304 + 2Н2Б04 = 2Мп804 + Мп02 +2Н20 Мп02 + НгБО.., + Н202= Мп304 + 2Н20 + 02

(1) (2)

(3)

(4)

Отходы сухих

Карбоиаг Карбонат

марганца цинка

Рис. 1. Блок-схема экстракционного разделения металлов при переработке отходов сухих гальванических элементов

Из полученной суспензии отделяют сажу и мелкие осколки пластика фильтрованием. В результате получают фильтрат, содержащий до 16.67 г/л ¿пЭС^и 33,34 г/л Мп8С>4. Данный раствор с рН=0,97-1Д4 поступает в экстракционную часть разделительного каскада, туда же подается экстрагент -1М раствор Д2ЭГФК в керосине. В этой части цинк переходит в органиче-

скую фазу, а марганец остается в водной фазе. Затем органическая фаза направляется на реэкстракцию IM серной кислотой. Экстрагент после этой стадии направляется на стадию промывки и возвращается в цикл. Реэкс-тракт, содержащий сульфат цинка и свободную серную кислоту, отправляется на нейтрализацию и осаждение карбоната цинка с помощью гидрокарбоната натрия. Полученная суспензия фильтруется, и влажный осадок карбоната цинка направляется на стадию сушки, где образуется продукционный карбонат цинка.

Рафинат, содержащий сульфат марганца с примесью сульфата цинка, направляется на осаждение марганца гидрокарбонатом натрия. Полученная суспензия фильтруется, и влажный осадок гйдроксокарбоната марганца направляется на стадию сушки, где образуется продукционный карбонат марганца.

Полученные по предложенной схеме карбонаты цинка и марганца могут быть использованы в промышленности при производстве широкого ряда продуктов, в том числе, препаратов для фосфатирования металлов. Работа выполнена при поддержке фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно - технической сфере.

Библиографические ссылки

1. Мартынов Б.В. Экстракция органическими кислотами и их солями. М.: Атомиздат, 1978. 368 с.

2. Николаев A.B. Экстракция неорганических веществ. М„: Наука, 1970. 337 с,

3. Золотое Ю.А. Химия процессов экстракции. М.: Наука, 1972. 312с.

4. Свердел Е. С., Михайличенко А.И., Ягодин Г.А.. Распределение металлов в системе Д2ЭГФК (KepocHH)-ZnSC>4-MnSO4-H2SO4-B0¿ta. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажана]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2008. Том XXII. №10(90). С. 9-13.

5. Martha de Souza, С. Characterization of used alkaline batteries powder and analysis of zinc recovery by acid leaching. $ Journal of Power Sources, 2001. № 103. PP. 120-126.

УДК 66.094.373:661.865.5:661.856

А.Г. Кошкин, H.H. Гаврилова, О.В. Яровая, Е.Ю. Либерман, В.В. Назаров, А.И. Михайличенко

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОКИСЛЕНИЕ СО НА КАТАЛИЗАТОРАХ Ce02-Zr02/Al203 И С и О/С е()2-ZKb/AbO j, ПОЛУЧЕННЫХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ

Ce0rZr0,/Ai203 and Cu0/Ce02-Zr0,/A]203 were syntesited by sols CeOrZrO, and CuO impregnation. This catalysts were investigated in CO oxidation. Results had shown that CO oxidation in selected conditions of reaction attained by I % containing of active component. Mul-