Обеспечение экологической безопасности путем разработки малоотходного способа реутилизации сернокислых отходов аккумуляторных батарей

Экологическая безопасность и эффективное функционирование экономики каждого государства неразрывно связаны с транспортной отраслью. Транспортные системы представляют собой объекты повышенного риска, оказывают влияние на жизнедеятельность населения, санитарно-эпидемиологическую и экологическую безопасность государства.

Одно из основных направлений государственной политики относительно вопросов экологической безопасности — развитие технологий переработки и утилизации отходов [1], в том числе отходов автомобильного транспорта, наиболее опасными из которых являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Главная и наиболее опасная в экологическом плане проблема — выбрасывание отработанных аккумуляторов в окружающую среду. В настоящее время в Украине выбрасывается, если считать только аккумуляторы для автомобильного транспорта, около трех миллионов штук в год. Это приблизительно 80 — 90 тыс. т свинца и свинцовых соединений, не менее 21 тыс. т раствора серной кислоты [2].

В настоящее время в сфере обращения с сернокислыми аккумуляторными отходами используется в основном нейтрализация щелочными реагентами.

Недостатки этого способа следующие [3]:

• образование больших объемов жидких отходов, в том числе содержащих тяжелые металлы;

• использование щелочных реагентов (известковое молоко, известняк, аммиачная вода и др.), их транспортировка, хранение; " потеря дорогого продукта — серной кислоты, которую можно использовать повторно.

На базе Донбасской национальной академии строительства и архитектуры разработан безреагентный электрохимический способ реутилизации электролита отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов с извлечением серной кислоты.

Для описания процесса регенерации сернокислых растворов, содержащих примеси металлов, можно использовать известные теоретические закономерности электрохимической обработки растворов с определенной корректировкой, учитывающей состав отработанного раствора, концентрацию примесей и специфику решаемых задач.

Существуют две схемы теоретической модели реутилизации отработанного сернокислого электролита (рис. 1). Схема I направлена на извлечение примесных металлов из отработанного раствора электролита, схема II — на концентрирование серной кислоты. Возможность реализации приведенных схем зависит от закономерностей поведения исследуемых катионов и анионов под действием постоянного тока в 18 — 34 %-ной серной кислоте.

Схема I электрохимической регенерации отработанного аккумуляторного электролита, содержащего катионы железа, меди, марганца, а также анионы хлористых соединений и серной кислоты, предполагает протекание процесса в двух направлениях. Первое направление — восстановление ионов металлов в катодной области с последующим их разряжением на катоде:

Ме"+ + е -" Me""1;

Ме"+ + т -> Ме°.

В этом случае предполагается уменьшение концентрации ионов Fe3+, Cu2+, Мп2+ в электролите катодной области, в растворе остаются анионы серной кислоты и хлористых соединений.

Если электрод подвергнуть катодной поляризации, т.е. пропустить через него постоянный ток, то суммарный ток катодных реакций будет больше тока анодных на величину внешнего тока. Как только потенциал тока при определенной его плотности превысит значение равновесного потенциала металла, на катоде рядом с водородом начнет выделяться металл:

Ме"+ + пе -> Ме°(тах);

2Н + 2е ->Н,Т(гшп).

При увеличении плотности тока будет происходить в основном разряд ионов металла, количество выделившегося водорода будет снижаться до минимума. При дальнейшем увеличении плотности тока скорость разряда ионов металла может превысить скорость поступления их в прикатодный слой и концентрация ионов в прикатодном слое станет равной или близкой к нулю. При этом произойдет резкий скачок потенциала и ионы водорода начнут разряжаться на металле в значительном количестве:

2Н++ 2е ->Н2Т(тах);

Ме"+ + ие -> Me°(min).

Значения величины тока при максимальном выделении металла из раствора будут соответствовать предельному току, величина которого зависит от условий протекания электрохимического процесса и, в первую очередь, от концентрации извлекаемых ионов металла.

При низкой концентрации металла в растворе при прохождении постоянного тока в соответствии с теорией замедленного разряда на катоде начнет выделяться водород вместе с металлом. При достижении низких критических концентраций извлекаемого металла, может наступить момент, когда на катоде будет выделяться только (или преимущественно) водород, поскольку концентрация его в катодном растворе остается постоянной. Этому способствует постоянное образование на аноде катиона водорода (Н+). Скорость диффузии ионов водорода значительно выше скорости диффузии ионов металла, поэтому из объёма раствора к катоду быстрее подойдут ионы водорода, а не ионы металла.

Другие статьи по экологии

Методы определения содержания алюминия в природных и сточных водах
Являясь одним из самых распространенных элементов в земной коре, алюминий содержится практически в любой природной воде. Алюминий попадает в природные воды естественным путем при частичном р ...

Реализация технологии некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота на мусоросжигательном заводе
Очистка воздуха, загрязненного выхлопными выбросами автотранспорта, теплоэлектростанций, химических и нефтехимических производств, является актуальной проблемой. Наиболее опасными токсичными ...

Стратегия преодоления глобальных экологических угроз
Тема контрольной работы «Стратегия преодоления глобальных экологических угроз». В работе рассмотрены пути преодоления глобальных экологических угроз, связанных с изменениями климата, заг ...