 |  | |
 УДК 541.135:541.183 Прогнозирование загрязнения атмосферы фторидами и свинцом при электрохимических процессах переработки аккумуляторов
Ялалова М.М., ассистент, Сердюк А.И., профессор Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Выведены уравнения зависимости содержания фторидов и соединений свинца в выбросах фторсодержащих электролитов от концентрации кремнийфтористоводородной и борфтористоводородной кислот и их свинцовых солей. Определено, что, изменяя состав электролита можно добиться минимального удельного количества выбросов фторидов и свинца.
В настоящее время отмечается высокая степень вторичного применения свинцово-кислотных аккумуляторов. Благодаря простоте процессов, сегодня более 70 % от веса батареи подвергается вторичной переработке [1]. Переработка свинцовых аккумуляторов является одной из приоритетных в сфере обращения с отходами. Электрохимическая переработка таких отходов, используемая в Италии, Канаде и Германии, характеризуется технологическими и экологическими достоинствами по сравнению с пирометаллургическим способом и является перспективной ввиду ужесточения экологических требований к переработке аккумуляторных батарей [2]. Прогноз загрязнения воздуха таким многокомпонентным отходом обусловлен причинами как технологического, так и экологического характера. При электрохимической переработке отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов (ОСКА) используются разнообразные электролиты, но наибольшее промышленное применение получили электролиты на основе кремнийфтористоводородной и борфтористоводородной кислот. Эти электролиты обладают высокой скоростью извлечения свинца из раствора, но имеют высокую токсичность выбросов в атмосферу. Известно, что состав электролита оказывает влияние как на состав выбросов загрязняющих веществ, так и на эффективность процесса переработки ОСКА [3]. Количественная оценка выбросов будет зависеть как от концентрации фторсодержащей кислоты в растворе, так и от содержания в нем свинцовых солей данных кислот [4]. Поэтому количественное исследование зависимости эмиссии загрязняющих веществ от состава электролита представляет актуальную задачу с точки зрения уменьшения загрязнения окружающей среды. Измеряли количество выбросов фторидов с зеркала электролита, состоящего из свинцовой соли кремнефтористоводородной кислоты 40 г/л, свободной кремнефтористоводородной кислоты 25-90 г/л и борной кислоты с концентрацией 25 г/л. В качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) применяли желатин с концентрацией 0,5 г/л. Температура электролита – 25 °С. Анодом служила специально обработанная ячейка отработанного аккумулятора, катодом - свинцовая пластинка. Катодная плотность тока - 100 А/м2. По методу наименьших квадратов (МНК) рассчитали зависимость выбросов фторидов (VудF1) от концентрации кремнийфтористоводородной кислоты в электролите при постоянной концентрации кремнийфтористоводородного свинца 30, 60, 90 г/л, которая описывается следующим уравнением:
где Использовали электролит, содержащий 100 г/л свинца борфтористого, 20–200 г/л свободной борфтористоводородной кислоты и 30 г/л борной кислоты. Температура электролита равна 25 °С. Для получения плотных гладких осадков в электролит добавляли желатин 0,5 г/л. Выход по току составил 95–97 %. По МНК рассчитали линейную зависимость выбросов фторидов (VудF1) от концентрации борфтористоводородной кислоты (СHBF4) в электролите при постоянной концентрации борфтористоводородного свинца 40, 80, 150 и 200 г/л, которая описывается уравнением:
где Рассчитали зависимость выбросов фторидов (Vуд F) и свинца (Vуд Pb) при разной концентрации соли свинца (СPbSiF6) в кремнийфтористоводородном электролите и постоянной концентрации кислоты равной 30, 70 и 120 г/л:
Рассчитали зависимость выбросов фторидов (Vуд F) и свинца (Vуд Pb) при разной концентрации соли свинца (СPb(BF4)2) в электролите и постоянной концентрации кислоты борфтористоводородной кислоты равной 20, 60, 150 и 200 г/л, которая описывается нижеприведенными уравнениями:
Установлено, что выбросы фторидов не зависят от концентрации соли свинца в диапазоне 40 - 200 г/л как для кремнийфтористоводородного, так и борфтористоводородного электролита. С другой стороны, выбросы соли свинца и фторидов за счет свинцовой соли не зависят от концентрации кремний- и борфтористоводородных кислот. Это позволяет в таких диапазонах составных компонентов электролита предложить общие уравнения удельных выбросов фторидов и свинца с поверхности кремний- и борфтористоводородного электролита (∑V):
Проведенные эксперименты также показали, что выбросы фторидов и свинца не зависят от катодной плотности тока от 0 до 200 А/м2, определяющей скорость процесса выделения из водного раствора металлического свинца на катоде. Проанализировав уравнения (7 и 8), можно сказать, что сумма токсичных выбросов фторидов и свинца с поверхности борфтористоводородного электролита на порядок ниже (11-12 раз), чем для кремнийфтористоводородного электролита. Результаты, полученные вследствие проведенных исследований, позволяют говорить о возможности замены токсичных электролитов менее опасными при сохранении высоких эксплуатационных качеств.
Библиографический список
| ||
 |  |
(1)
– концентрация кремнийфтористоводородной кислоты в электролите (по фтору), г/л.
(2)
– концентрация борфтористоводородной кислоты в электролите (по фтору), г/л.
(5)
(6)
(3)
(4)
(7)
(8)
#menuinclude(1-elibraryru)