В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 541.13

Экологически чистый электролит для переработки свинцово-кислотных аккумуляторов на основе малеиновой кислоты

 

Султанова М.В., магистрант

Научный руководитель Сердюк А.И., профессор

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

 

В работе рассматривается переработка свинцово-кислотных аккумуляторов в экологически чистом электролите на основе малеиновой кислоты, наряду с малеиновой кислотой электролит содержит свинцовую соль малеиновой кислоты и ПАВ (поверхностно-активное вещество) электрохимическим путем. Исследовано влияние строения ПАВ в электролите, влияние концентрации соли свинца, а также влияние концентрации МК (малеиновой кислоты) на допустимую плотность тока.

 

Переработка свинцово-кислотных является острой проблемой в наше время и объясняется накоплением быстрыми темпами свинецсодержащих отходов, так как срок службы автомобильных кислотных аккумуляторных батарей, на изготовление которых расходуется большая доля свинца, не превышает пяти лет.

Одним из энергосберегающих и с меньшим загрязнением окружающей среды является переработка аккумуляторного лома электрохимическим способом[1].

Процесс электрохимической переработки заключается в электрохимическом растворении анодов, приготовленных из обработанных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Преимуществами электрохимического метода, в качестве переработки свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что процесс ведется при умеренных температурах и атмосферном давлении и на конечной стадии получается металл достаточно высокой степени чистоты, а также оказывает меньшую нагрузку на окружающую среду.

Известно, что для переработки отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов электрохимическим путем могут быть использованы различные электролиты, в основном используют такие электролиты как, фторборатные и кремнийфторидные[2]. Данные электролиты имеют ряд преимуществ, однако, дают токсичные выбросы в атмосферу соединений фтора и свинца, поэтому необходимо исследовать электролиты, дающие меньшую нагрузку на окружающую среду.

Известен электролит [3] состоящий из водного раствора малеиновой кислоты.

Кислота малеиновая — органическое соединение, с формулой HOOC-CH=CH-COOH. Двухосновная непредельная кислота. Получена малеиновая кислота впервые в результате перегонки яблочной кислоты. В наше время вещество получают искусственно гидролизом одноименного ангидрида [4].

Целью данного исследования является повышение предельно допустимой скорости тока, ниже которой происходит качественное покрытие свинцом.

Повлиять на повышение скорости электролиза можно с помощью поверхностно-активных веществ. В качестве добавок могут применятся ПАВ: неионогенные, анионактивные и катионактивные.

Действие ПАВ на структуру осадка не объяснено до конца, на этот счет имеется несколько теорий. Согласно одной из них, действие ПАВ объясняется их адсорбцией на границе раздела металл-электролит, что приводит к блокированию отдельных граней кристаллов и повышению тем самым скорости образования центров кристаллизации, в результате чего покрытие осаждается мелкокристаллическим[5]. Согласно другой теории [6], коллоидные органические вещества образуют комплексы адсорбционного типа с разряжающимися ионами металлов, что приводит к увеличению поляризации, которая в отсутствие ПАВ при выделении свинца незначительна.

В качестве электролита использовали водный раствор, состоящий из малеиновой кислоты, свинцовой соли малеиновой кислоты. В качестве добавок использовали желатину, ССБ (сульфитно-спиртовая барда), глицерин. Температура электролита – 28 °С. В качестве анода и катода использовали обезжиренные свинцовые пластинки. Для определения предельно допустимой плотности тока электролита на основе малеиновой кислоты использовали электрохимическую угловую ячейку Хулла емкостью 267 мл и углом катода по отношению к аноду 51º[7]. Расчет предельно допустимой плотности тока выполняли по уравнению приведенному в работе[7].

Зависимость допустимой плотности тока от содержания различных ПАВ в электролитах на основе малеиновой кислоты представлены на рисунке 1.

 

Рис. 1 – Зависимость допустимой плотности тока от добавок различных ПАВ в малеиновом электролите

 

Исследования показали, что наилучший результат дает введение в электролит ССБ.

Для сравнения представлены значения допустимой плотности тока при использовании кремнийфторводородного электролита[8]

Зависимость допустимой плотности тока от содержания различных ПАВ в электролитах на основе кремнефтористоводоводной кислоты представлены на рисунке 2.

 

Рис. 2 – Зависимость допустимой плотности тока от содержания различных ПАВ в кремнефторводородном электролите

 

Анализируя вышеприведенные результаты видно, что допустимая плотность тока в кремнефторводородном электролите значительно выше (в 2 раза), чем в малеиновом.

Однако, электролит на основе кремнефторводородной кислоты является токсичным, что связано с испарением кислоты и выделением в атмосферу фтористого водорода и четырехфтористого кремния имеющими второй класс опасности.

H2 SiF6     →  2HF   +   SiF4

В свою очередь электролит на основе малеиновой кислоты не токсичен и не испаряется с выделением токсичных газов.

Таким образом, в результате расчетов определили, что допустимая плотность тока повышается при использовании электролита с добавлением желатины на 2%, с применением ССБ на 16%, по сравнению с использованием электролита без ПАВ.

 

Библиографический список

  1. M. Maja, N. Penazzi, M. Baundino, M. Ginatta. Recycling of the lead-acid. batteries: the Ginatta process. Journal of Power Sources .1990. V.31, pp. 287–294
  2. Schmidt Cordt. Struktur und Eigenschaften von Kupferschichtenbei der Abscheidung mit hohen stromdichten // Galvanotechnik. – 1991. – 82, № 11. – Р. 3800-3828.
  3. Способ утилизации свинца: пат. 2353685 Рос. Федерация №207137290/02; заяв.08.10.07; опубл. 27.04.09, Бюл. №13. 4 С
  4. Молдавский Б. Л., Кернос Ю. Д., Малеиновый ангидрид и малеиновая кислота. Л., 1976. – 706 с.
  5. Лошкарев М.А., Бойченко Л.М., Нестеренко А.Ф. О совместном действии добавок при катодном выделении металлов. Сообщение 1. Усиление торможения электродных процессов // Украинский химический журнал. – 1970. – Т. 36, № 6. – С. 616-621.
  6. Стендер В.В. Прикладная электрохимия. – Харьков: Изд-во Харьковского Ордена трудового Красного знамени государственного университета им. А.М. Горького, 1961. – 541 с.
  7. Дикусар А.И. Основы электрохимии и электрохимических технологий. Учеб. пособие / А.И. Дикусар, Ж.И. Бабанова, С.П. Ющенко. Тирасполь: Изд-во ун-та , 2005. 187 с.
  8. Исаева-Парцвания Н. В., Сердюк А.И., Ступин А.Б. Выбросы вредных веществ при электрохимической переработке свинцово-кислотных аккумуляторов в электролитах на основе кремнефтористоводородной кислоты // Вісник Донецького університету. Серія А: природничі науки. – Донецьк. – 2005. – вип. 2, част. 2 – С. 327-331.

 


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.