Утилизация щелочных электролитов

Г. А. Ефимова, В.М. Макаров, И.В. Савицкая
Ярославский государственный технический институт
г. Ярославль

Показана возможность удаления ионов лития из отработанных щелочных электролитов с помощью солей алюминия. Очищенные электролиты могут быть использованы при реагентной очистке стоков гальванических производств.

В качестве электролита железо-никелевых аккумуляторов используют раствор смеси гидроксидов калия, натрия и лития. Добавка гидроксида лития в количестве до 15 г на 1 л электролита позволяет увеличить срок эксплуатации аккумулятора, улучшить его технические характеристики. При работе щелочной электролит постоянно поглощает углекислый газ из атмосферы, и в нем накапливаются карбонаты. Электропроводность электролита и емкость аккумуляторов при этом становится меньше. При достижении концентрации карбонатов в электролите свыше 50 г/ дм³ технический раствор подлежит замене. Карбонат лития относится к малорастворимым соединения: ПР(Li₂CO₃) составляет 4× 10^-4. Поэтому в процессе работы электролита часть ионов лития осаждается из раствора в виде карбоната лития. Результаты анализа 10 проб отработанных электролитов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Состав отработанного щелочного электролита

Наименование показателя	Среднее значение
Плотность, г/см³	1,204
Массовая концентрация растворимых соединений, г/дм³	262,14
Массовая концентрация карбонатов, г/дм³	36,19
Массовая концентрация ионов калия, г/дм³	139,93
Массовая концентрация ионов натрия, г/дм³	14,77
Массовая концентрация ионов лития, г/дм³	0,546

Как показали результаты анализа состава электролита, концентрация лития в процессе эксплуатации электролита снижается и составляет в среднем 500-600 мг/ дм³. Концентрацию лития в отработанных растворах электролитов определяли фотометрическим методом (в качестве комплексообразователя использовали арсеназо III) [1], а также методом пламенной фотометрии [1].

На предприятиях города Ярославля ежегодно образуется около 8 т отработанных щелочных электролитов. Так как соединения лития являются высокотоксичными соединениями: ПДК для естественных водоемов составляет 0,03 мг/дм³, их попадание в окружающую среду после нейтрализации отработанных электролитов и сброса в канализацию недопустимо.

Литий из природных рассолов [2], и технических растворов [3], предложено извлекать в виде нерастворимого гидроксодиалюмината лития

LiOH× 2Al(OH)₃× mH₂O (ГОДАЛ)

Настоящая работа посвящена изучению возможности удаления ионов лития из отработанного щелочного электролита в виде ГОДАЛ с целью дальнейшего использования технического раствора при реагентной очистке гальванических стоков от хромсодержащих соединений.

Было установлено, что при введении в отработанный электролит солей алюминия: сульфата алюминия или хлорида алюминия, концентрация лития может быть значительно снижена. Обработку электролита солями алюминия проводили при интенсивном перемешивании. Влияние мольного отношения литий: алюминий на степень удаления ионов лития представлено на рисунке 1.

Мольное отношение литий : алюминий: 1:1,5 (1), 1:2 (2), 1:2,5 (3)

Рис. 1. Влияние мольного отношения литий: алюминий на степень извлечения лития из электролита

Концентрация ионов лития резко снижается в течение первого часа процесса, при этом чем больше вводится соли алюминия, тем меньше остаточная концентрация ионов лития в растворе. Полное удаление ионов лития из электролита происходит через 24 часа при мольном отношении литий : алюминий 1:2 и 1:2,5. На основании литературных данных [4], длительность процесса может быть объяснена протеканием двух стадий: быстрой – соосаждение гидроксидов лития и алюминия – образование ГОДАЛ и медленной – замещение адсорбированных ионов калия и натрия на ГОДАЛ на меньшие по размеру ионы лития.

В таблице 2 представлен состав очищенного электролита. Электролит после очистки от ионов лития имеет меньшую концентрацию щелочи и высокую концентрацию ионов алюминия. Масса сухого осадка (ГОДАЛ), который выделяется после обработки одного литра электролита, составляет 20 -25 г. По технологии, разработанной в Московском институте стали и сплавов [3], из этого осадка может быть выделен металлический литий.

Таблица 2

Состав очищенного электролита

Наименование показателей	Электролит до очистки	Электролит очищен с помощью AlCl₃× 6H₂O при мольном отношении литий: алюминий 1:2	Электролит очищен с помощью Al₂(SO₄)₃×18 Н₂О при мольном отношении литий: алюминий 1:2
Начальная массовая концентрация лития, мг/ дм³	560	560	560
Массовая концентрация лития после очистки через 24 часа, мг/ дм³		0,2	0,4
Массовая доля щелочи КОН в электролите, %	18,32	15,5	14,7
Массовая концентрация алюминия после очистки через 24 часа, мг/ дм³	-	1113	1060

Стоки гальванических производств машиностроительных предприятий содержат дихромат-ионы и ионы тяжелых металлов в концентрациях, значительно превышающих значения ПДК. Для их очистки используют реагентный метод, основанный на восстановлении дихромат-ионов железным купоросом FeSO₄ ×7Н₂О до хрома(III) и осаждении ионов тяжелых металлов в виде гидроксидов при введении раствора щелочи. В таблице 3 представлены результаты использования в реагентном методе очищенного электролита. Концентрацию ионов хрома(III), железа(III), алюминия определяли фотометрически [5].

Таблица 3

Реагентная очистка гальваностоков

Наименование показателей	Раствор гидроксида калия	Неочищенный щелочной электролит	Очищенный щелочной электролит
Массовая доля гидроксида калия, %	10	18,3	15,5
Объем щелочного реагента для создания рН=9 в 1 дм³ стоков, см³	42	27	32
Объемная доля осадка гидроксидов металлов после отстаивания в течение 24 час, %	24	25	24
Масса осадка после очистки 1 дм³ стоков, г	3,8	3,9	4,0
Массовая концентрация ионов в очищенной воде, мг/дм³:
лития	-	14	0,02
хрома(III)	0,06	0,1	0,1
железа (III)	0.05	0,2	0,3
алюминия	-	-	0,13

Как следует из представленных данных, использование очищенного электролита не влияет на процесс реагентной очистки.

Представленные в данной работе исследования позволят

- исключить попадание соединений лития в окружающую среду;

- использовать образующийся при очистке ГОДАЛ для выделения металлического лития;

- использовать очищенный электролит при реагентной очистке промышленных стоков от ионов тяжелых металлов.

Список литературы

1. Полуэктов Н.С., Мешкова С.Б., Полуэктова Е.Н. Аналитическая химия элементов. Литий. - М.: Наука. 1975. - 202 с.

2. Рябцев А.Д., Менжерес Л.Т., Тен А.В. - ЖПХ, 2002. - Т. 75. Вып.7. - С. 1086-1091.

3. Миклушевский В.В., Ватулин И.И. - ЭКИП, 2003, январь. - С.23-25.

4. Коцупало Н.Г., Менжерес Л.Т., Мамылова Е.В. - ЖПХ, 1998. - Т.71. Вып. 7. С. 1645-1650.

5. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. - М.: Химия, 1989. - 368 с.

Назад к списку