RU2543626C1

RU2543626C1 - Method of recycling active material of nickel oxide electrode of nickel-cadmium accumulator

Info

Publication number: RU2543626C1
Application number: RU2013141758/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Чижов; Николай Александрович Лыткин; Валерий Михайлович Липкин; Татьяна Валерьевна Липкина; Александр Сергеевич Мишарев; Михаил Семенович Липкин; Екатерина Вадимовна Корбова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью малое инновационное предприятие "Гелиос"
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2015-03-10
Also published as: RU2013141758A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to recycling active material of a nickel oxide electrode of a nickel-cadmium accumulator. The method includes dissolving the active mass in 1M ammonium chloride solution. The solution then undergoes electrolysis with a titanium vibration cathode and a graphite anode in rectangular pulsed current mode with amplitude of 0.3-0.5 A/cm², pulse duration of 0.05-0.15 s and pause duration of 0.05-0.1 s. Before electrolysis, the solution is held in a flow mixer for 10-12 hours. The method enables to obtain nickel powder with particle size in the range of 4-6 mcm.

EFFECT: high output of the product and efficiency of the process, obtaining ultrafine electrolytic nickel powder, high cost-effectiveness and environmental safety of the process.

2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к цветной и порошковой металлургии, а именно к способам утилизации активных материалов щелочных аккумуляторов.The invention relates to non-ferrous and powder metallurgy, and in particular to methods for the disposal of active materials of alkaline batteries.

Известен способ извлечения металлов [RU заявка 2006104513, опубл. 10.09.2007] из твердых металлосодержащих сред или подземным выщелачиванием руд обработкой реагентом.A known method for the extraction of metals [RU application 2006104513, publ. September 10, 2007] from solid metal-containing media or by underground leaching of ores by treatment with a reagent.

Этот способ отличается сложностью, а также отсутствием связи применяемых технологических приемов с функциональными характеристиками продукта утилизации.This method is notable for its complexity, as well as the lack of connection between the applied technological methods and the functional characteristics of the disposal product.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов, включающий их растворение и последующий электролиз раствора. Электролиз ведут на виброэлектродах при плотности тока 0,2-0,5 A/см², при этом анод выполнен из анодированного свинца, а соотношение компонентов электролита: 40-60 г/л хлорида натрия на 20-30 г/л медьсодержащих аммиакатных отходов (RU №2469111, МПК C22B 7/00, 2011).Closest to the claimed is a method for producing copper powders from copper-containing ammonia waste, including their dissolution and subsequent electrolysis of the solution. The electrolysis is carried out on vibroelectrodes at a current density of 0.2-0.5 A / cm ² , while the anode is made of anodized lead, and the ratio of the components of the electrolyte: 40-60 g / l sodium chloride per 20-30 g / l of copper-containing ammonia waste (RU No. 2469111, IPC C22B 7/00, 2011).

Однако этот способ имеет ограниченное количество факторов управления, направленных на повышение выхода и производительности получаемого порошка. Проблема низкого выхода продукта связана с протекающим параллельно основному процессу выделению водорода, доля которого сопоставима с основным процессом ввиду смещения его потенциала в отрицательную сторону за счет комплексообразования с молекулами аммиака. В связи с тем что при этом электролиз идет при постоянном токе, то существует только возможность снижения плотности тока, что снижает производительность и влияет на дисперсность получаемого порошка. Кроме того, способ не предусматривает утилизацию остаточных продуктов процесса, что ограничивает его экономическую эффективность и составляет экологическую опасность.However, this method has a limited number of control factors aimed at increasing the yield and productivity of the resulting powder. The problem of low product yield is associated with the evolution of hydrogen proceeding in parallel with the main process, the proportion of which is comparable to the main process due to the shift of its potential in the negative direction due to complexation with ammonia molecules. Due to the fact that in this case electrolysis takes place at constant current, there is only the possibility of reducing the current density, which reduces productivity and affects the dispersion of the resulting powder. In addition, the method does not provide for the disposal of residual products of the process, which limits its economic efficiency and constitutes an environmental hazard.

Перед авторами стояла задача повышения выхода и производительности получения ультрамикронных электролитических порошков никеля из активного материала оксидно-никелевого электрода (ОНЭ), повышение экономической эффективности и снижение экологической опасности процесса.The authors were faced with the task of increasing the yield and productivity of producing ultramicron electrolytic nickel powders from the active material of the oxide-nickel electrode (ONE), increasing economic efficiency and reducing the environmental hazard of the process.

Решение этой задачи достигается тем, что в способе утилизации активного материала ОНЭ, заключающемся в растворении активной массы и последующем электролизе, растворение активной массы проводят в 1М растворе хлорида аммония, а электролиз полученного раствора осуществляют с титановым виброкатодом и графитовым анодом в режиме импульсов тока прямоугольной формы амплитуды 0,3-0,5 A/см² при длительности импульса 0,05-0,15 с и длительности паузы 0,05-0,1 с. Далее идет отделение полученного порошка путем фильтрации, промывка и сушка. Раствор после электролиза используют для растворения новых порций активного материала.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method for utilization of the ONE active material, which consists in dissolving the active mass and subsequent electrolysis, the active mass is dissolved in a 1M solution of ammonium chloride, and the electrolysis of the resulting solution is carried out with a titanium vibrocathode and a graphite anode in the form of rectangular current pulses amplitudes of 0.3-0.5 A / cm ² with a pulse duration of 0.05-0.15 s and a pause duration of 0.05-0.1 s. Next is the separation of the obtained powder by filtration, washing and drying. The solution after electrolysis is used to dissolve new portions of the active material.

Для пояснения предлагаемого способа на Фиг.1 представлена технологическая схема утилизации активного материала оксидно-никелевого электрода никель-кадмиевого аккумулятора, состоящая из смесителя 1 насосов 2, электролизера 3, фильтра 4, сушильной печи 5.To explain the proposed method, Fig. 1 shows a flow chart of the disposal of the active material of a nickel oxide-nickel electrode of a nickel-cadmium battery, consisting of a mixer 1 of pumps 2, an electrolyzer 3, a filter 4, a drying oven 5.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в условиях вибрации катода увеличивается предельный ток диффузии восстановления аммиакатов никеля, что увеличивает долю количества электричества этого процесса по отношению к восстановлению водорода. Режим импульсного тока позволяет ограничить рост потенциала и тем самым уменьшить парциальный ток восстановления водорода. Совместное действие механической вибрации и импульсного режима электролиза дает возможность уменьшить дисперсность получаемого порошка за счет акустического диспергирования и прерывания роста зародышей образующихся частиц. Подкисление электролита за счет выделения кислорода на нерастворимом графитовом аноде позволяет использовать отработанный электролит для обработки новых порций активного материала, чем создается замкнутый технологический цикл и повышается экологическая безопасность способа. Увеличение экономической эффективности связано с ростом производительности и снижением удельного расхода воды и реактивов на получение продукта.The essence of the proposed method is that under conditions of cathode vibration, the limiting current of diffusion of nickel ammonia reduction increases, which increases the proportion of the amount of electricity of this process with respect to hydrogen reduction. The pulse current mode allows you to limit the growth of potential and thereby reduce the partial current of hydrogen reduction. The combined action of mechanical vibration and pulsed electrolysis makes it possible to reduce the dispersion of the resulting powder due to acoustic dispersion and interruption of the growth of the nuclei of the formed particles. The acidification of the electrolyte due to the evolution of oxygen on the insoluble graphite anode allows the use of spent electrolyte to process new batches of active material, which creates a closed process cycle and increases the environmental safety of the method. The increase in economic efficiency is associated with an increase in productivity and a decrease in the specific consumption of water and reagents for obtaining the product.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Активную массу ОНЭ помещают в проточный смеситель 1, добавляют 1M раствор хлорида аммония из расчета 200 г активной массы на 1 л раствора, выдерживают в проточном смесителе без прокачки раствора в течение 10-12 часов для накопления в растворе первоначального количества аммиаката никеля, включают прокачивание раствора насосами 2 из смесителя в электролизер 3 и из электролизера 3 в смеситель 2. Далее включают режим вибрации титанового катода, включают импульсный ток с импульсами прямоугольной формы амплитуды 0,3-0,5 A/см² при длительности импульса 0,05-0,15 с и длительности паузы 0,05-0,1 с (на схеме не показано). В процессе электролиза по мере накопления проводят отбор порошка, отделяют его путем фильтрации с возвращением электролита в проточный смеситель 1, промывают на фильтре 4 и сушат в сушильной печи 5 при температуре 110°C в течение 2 часов.The active mass of ONE is placed in the flow mixer 1, add 1M solution of ammonium chloride based on 200 g of active mass per 1 liter of solution, incubated in the flow mixer without pumping the solution for 10-12 hours to accumulate the initial amount of nickel ammonia in the solution, include pumping the solution pumps 2 from the mixer to the cell 3 and from the cell 3 to the mixer 2. Next, turn on the vibration mode of the titanium cathode, turn on the pulse current with rectangular pulses of amplitude 0.3-0.5 A / cm ² with a pulse duration of 0.05 -0.15 s and pause duration 0.05-0.1 s (not shown in the diagram). In the process of electrolysis, as the accumulation takes place, a selection of the powder is carried out, it is separated by filtration with the return of the electrolyte to the flow mixer 1, washed on the filter 4 and dried in the drying oven 5 at a temperature of 110 ° C for 2 hours.

Полученный порошок характеризуется функцией распределения размеров частиц с максимумом в диапазоне 4-6 мкм. Форма частиц порошка является пластинчатой, с размерами отдельных составляющих 30-60 нм. Производительность процесса получения никелевого порошка составляет 0,89 г/см²ч, выход по веществу - 91%.The resulting powder is characterized by a particle size distribution function with a maximum in the range of 4-6 microns. The shape of the powder particles is lamellar, with the dimensions of the individual components 30-60 nm. The performance of the process for producing nickel powder is 0.89 g / cm ² h, the yield on the substance is 91%.

Для подтверждения получения по данному способу ультрамикронных электролитических порошков никеля нами представлена гистограмма дифференциального и интегрального распределения частиц никелевого порошка по размерам (Фиг.2).To confirm the receipt by this method of ultra-micron electrolytic nickel powders, we presented a histogram of the differential and integral size distribution of nickel powder particles (Figure 2).

Предлагаемый способ апробирован на кафедре функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Московского института сталей и сплавов.The proposed method is tested at the Department of functional nanosystems and high-temperature materials of the Moscow Institute of Steels and Alloys.

На основании вышеизложенного и с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанный «Способ утилизации активного материала оксидно-никелевого электрода никель-кадмиевого аккумулятора» может быть защищен патентом Российской Федерации.Based on the foregoing and taking into account the patent information search, we believe that the developed “Method for the disposal of the active material of the nickel-oxide electrode of the nickel-cadmium battery” can be protected by a patent of the Russian Federation.

Claims

A method of disposing of the active material of the nickel-oxide oxide nickel-cadmium battery, comprising dissolving the active material, characterized in that the dissolution is carried out in a 1M solution of ammonium chloride in a flow mixer, and after dissolution, the resulting solution is electrolyzed with a titanium vibrocathode and a graphite anode in the mode of current pulses rectangular amplitude 0.3-0.5 a / cm ² at a pulse duration and a pause 0.05-0.15 duration of 0.05-0.1 sec, the solution prior to electrolysis in a flow mixer hered 10-12 hours, and in the electrolysis process is carried out periodically selection nickel powder, it is separated by filtration to return the spent solution to a mixer for dissolving new portions of the active material, washed and dried.