Delist.ru

Новые технологии получения и переработки электродных материалов для никель-кадмиевых аккумуляторов (18.09.2007)

Автор: Волынский Вячеслав Виталиевич

1. Разработана технология изготовления оксидноникелевых электродов на металловойлочной основе: откорректирована рецептура раствора химического никелирования и улучшено качество никелевого покрытия волокон модифицированного полипропилена, нанесенного химической металлизацией; установлена оптимальная толщина никелевого покрытия полученного гальваническим методом (5,8/7,5 мкм).

2. Обоснован механизм совместного влияния соединений кобальта («поверхностный») и цинка («внутриструктурный») на электрохимические характеристики металловойлочного оксидноникелевого электрода. Разработана технология приготовления пасты активного материала оптимального реологического и физико-химического состава для металловойлочного оксидноникелевого электрода.

3. Изготовление НКА авиационного назначения (тип НКБН-25) по новой технологии позволило более чем в три раза (с 600 до 2000 циклов наработки) увеличить ресурс, удельная энергия опытных образцов НКА возросла с 31 до 48 Вт?ч/кг. Разработаны аккумуляторы для железнодорожного транспорта, в которых в качестве основного компонента активной массы металловойлочного ОНЭ использовали гидроксид никеля (II) со сферическими частицами. Их емкость (до 203 А?ч) и удельная энергия до (56 Вт?ч/кг) при нормальных климатических условиях эксплуатации вдвое превосходят емкость и удельную энергию выпускаемых в настоящее время ОАО «Завод АИТ» аналогов в тех же габаритах (KPL70P и КМ100Р).

4. Разработан алгоритм автоматизированного управления процессом осаждения гидроксида никеля (II), реализация которого в составе пилотной автоматизированной установки обеспечила постоянный контроль массы растворов в резервуарах и поддержание необходимого соотношения жидкостей не только в текущий момент, но и с учетом количества растворов, израсходованных на старте. Для поддержания необходимых условий протекания реакции осаждения гидроксида никеля (II) был применен комплекс измерительных и исполнительных устройств нового поколения.

5. С применением автоматизированной технологии осаждения гидроксида никеля (II) установлено, что при осаждении гидроксида никеля (II) из раствора сульфата никеля щелочно-содовым раствором с увеличением избытка натриевой щелочи от 0,1 до 4,9 г/л происходит образование более окристаллизованного продукта, обладающего меньшей дисперсностью и большей термической стойкостью. Увеличение избытка натриевой щелочи от 0,1-1,7 г/л (действующий) до 1,71-3,3 г/л (опытный) исключило присутствие в составе гидроксида никеля (II) соединений, не участвующих в токообразующих процессах ОНЭ, что позволило повысить электрохимические характеристики НКА типа КL250Р. За счет изменения условий кристаллизации и выбора оптимального диапазона щелочности протекания процессов кристаллообразования гидроксида никеля (II) минимизированы технологические потери дорогостоящего никельсодержащего сырья на операциях осаждения, фильтрации и отмывки Ni(OH)2. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил около 3000 тыс. руб. в год.

6. Разработка новой технологии повторного использования промывного конденсата для отмывки гидроксида никеля (II) от сульфат-ионов позволила значительно снизить энергозатраты при производстве Ni(OH)2. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 760 тыс. руб. в год.

7. Созданием промышленной центрифуги для осаждения частиц гидроксида никеля (II) из промывных вод удалось добиться сокращения минимум в 27 раз содержания никеля (II) в воде после операции отмывки Ni(OH)2 от сульфат-ионов и обеспечить возврат в производство около 2700 кг дорогостоящего никельсодержащего сырья ежегодно. Экономический эффект, рассчитанный по результатам использования данного оборудования, составил около 1000 тыс. руб. в год.

8. Путем механизации основных операций на участке приготовления положительных активных масс сокращены материальные и трудовые затраты. Улучшены условия труда работающего персонала. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил около 500 тыс. руб. в год.

9. Разработана технология утилизации кадмийсодержащих отходов, выбрано оптимальное сочетание химического состава шихты, количество шихты в порции и условий ее термической обработки, которые обеспечивают наибольшую скорость протекания процесса дистилляции и эффективность извлечения металлического кадмия.

10. Изготовлена и внедрена в производство печь ручейкового типа для переработки различных кадмийсодержащих отходов дистилляционным способом производительностью до 100 кг в сутки. Конструкция печи обеспечивает возможность проведения операций по загрузке отходов и выгрузке металлического кадмия в непрерывном режиме, что повышает экономическую эффективность предлагаемого способа. Качество получаемого металлического кадмия соответствует требованиям ГОСТ 1467-93 (марка Кд0), подтверждено результатами химических анализов и испытаниями аккумуляторов, отрицательная активная масса которых получена из отходов производства ОАО «Завод АИТ». Реализованный в работе подход обеспечивает извлечение дорогостоящего металлического кадмия без ущерба для окружающей среды.

11. Для обеспечения высокой электрохимической активности Ni(OH)2 и сокращения технологических потерь никельсодержащего сырья разработан эффективный метод отделения металлической составляющей от положительной активной массы ламельных ОНЭ физико-механическим способом, согласно которому ламельные ОНЭ подвергают деформации при давлении 19-45 Н/мм2, в течение 0,5-1 секунды, затем извлекают анодную массу и выщелачивают раствором серной кислоты концентрацией 200-300 г/л до содержания Ni2+ 65-110 г/л при температуре 60-80?С до pH=3,5-5. Это позволило в дальнейшем исключить химическую очистку раствора, полученного из отработанных электродов, и реализовать переработку дефектных электродов, забракованных на стадии изготовления, с целью повторного использования извлекаемой положительной активной массы.

12. Создан комплекс промышленного оборудования, производственные мощности которого позволяют переработать до 462 тонн ламельных оксидноникелевых электродов в год и обеспечить получение сульфата никеля в количестве до 355 тонн в год, соответствующего требованиям ГОСТ 2665-86. При полной загрузке мощностей участка экономический эффект от внедрения результатов работы составит около 115 млн. руб. в год.

13. Реализованный подход обеспечил достижение нового уровня качества НКА, выпускаемых ОАО «Завод АИТ». Снижение себестоимости изделий и решение технических вопросов по сырьевому обеспечению производства за счет вторичной переработки НКА существенным образом расширило применяемость никель-кадмиевой электрохимической системы на рынке промышленных источников тока.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

Статьи в изданиях рекомендованных ВАК

Волынский, В. В. Улучшение электрохимических характеристик никель-кадмиевого аккумулятора с намазными электродами волокновой структуры / В. В. Волынский, С. С. Попова // Журнал прикладной химии. - 1999. - Т.72. - №5. - С.785-789.

К вопросу о механизме совместного влияния соединений цинка и кобальта на характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов / В. В. Волынский, Е. В. Мерзлова, С. С. Попова и др. // Журнал прикладной химии. - 1999. - Т.72. - №6. - С.960-964.

Автоматизация технологического процесса получения гидроксида никеля / В. В. Волынский, С. И. Зайцев, И. А. Казаринов, А. А. и др. // Электрохимическая энергетика. - 2003. - Т.3. - №3. - С.155-158.

Переработка ламельных оксидноникелевых электродов / В. В. Волынский, А. В. Лопашев, И. А. Казаринов и др. // Электрохимическая энергетика. - 2004. - Т.4. - №3. - С.165-168.

Структурные и электрохимические свойства гидроксидов никеля / В. В. Волынский, А. В. Лопашев, И. А. Казаринов и др. // Электрохимическая энергетика. - 2004. - Т.4. - №4. - С.179-194.

Применение информационных технологий в производственных процессах аккумуляторной промышленности / В. В. Волынский, А. В. Лопашев, И. А. Казаринов и др. // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2005. - №2 (7). - С.60-77.

Влияние условий получения гидроксида никеля на его физико-химические свойства / В. В. Волынский, А. В. Лопашев, И. А. Казаринов и др. // Электрохимическая энергетика. - 2005. - Т.5. - №3. - С.185-195.

Волынский, В. В. Способы переработки электродов никель-кадмиевых аккумуляторов / В. В. Волынский // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2006. - №3 (14). - Вып. 1. - С.104-112.

Переработка отходов кадмия (II) аккумуляторной промышленности / В. В. Волынский, И. А. Казаринов, С. В. Гришин и др. // Журнал прикладной химии. -2006. - Т.79. - Вып.11. - С.1844-1847.

Утилизация кадмиевых отходов аккумуляторной промышленности / В. В. Волынский, И. А. Казаринов, С. В. Гришин и др. // Химия и химическая технология. - 2006. - Т.49. - Вып.12. - С.66-70.

Снижение материальных и энергетических затрат при производстве гидроксида никеля (II) в ОАО «Завод АИТ» / В. В. Волынский, С. В. Гришин, И. А. Казаринов и др. // Электрохимическая энергетика. - 2006. - Т.6. - №3. - С.150-156.

Механизация процесса изготовления активных масс положительных электродов / В. В. Волынский, И. А. Казаринов, С. В. Гришин и др. // Электрохимическая энергетика. - 2006. - Т.6. - №4. - С.199-201.

Оборудование для дистилляции кадмия из электродов никель-кадмиевых аккумуляторов / В. В. Волынский, И. А. Казаринов, С. В. Гришин и др. // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2006. - №4 (18). - Вып. 3. - С.80-89.

Применение средств комплексной автоматизации технологических процессов для получения гидроксида никеля (II) / В. В. Волынский, А. В. Лопашев, И. А. Казаринов и др. // Химия и химическая технология. - 2007. - Т.50. - Вып.1. - С.59-63.

Технология переработки отходов кадмия в электропечи ручейкового типа / В. В. Волынский, И. А. Казаринов, С. В. Гришин и др. // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2007. - №1 (21). - Вып.I. - С.49-58.

Гидрометаллургичекая технология утилизации ламельных оксидноникелевых электродов / В. В. Волынский, И. А. Казаринов, С. В. Гришин и др. // Электрохимическая энергетика. 2007. - Т.7. - №1. - С.47-50.

Статьи в сборниках трудов научных конференций

Влияние способа введения гидроксида кобальта на электрохимическую активность оксидноникелевого электрода волокновой структуры / В. В. Волынский, А. Б. Степанов, С. С. Попова и др. // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии: сб. науч. трудов Всерос. конф. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1996. - С.144.

Потенциометрия электродов из никелированных войлоков / В. В. Волынский, С. С. Попова, Ю. Б. Радкевич и др. // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии: сб. науч. трудов Всерос. конф. - Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1996. - С.112-114.

Разработка высокомощного никель-кадмиевого аккумулятора с оксидноникелевым электродом волокновой структуры / В. В. Волынский, А. Б. Степанов, С. С. Попова и др. // 100 лет Российскому автомобилю: сб. науч. трудов Междунар. конф. - М, 1996. - С.114.

Волынский, В. В. Зависимость электрохимических характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов с окисноникелевыми волокнистыми электродами от температуры и плотностей тока разряда / В. В. Волынский, С. С. Попова // Сб. науч. трудов II Всерос. конф. молодых ученых. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1997. - С.297-298.

Волынский В. В. Технологические особенности заполнения электродных основ волокновой структуры для никель-кадмиевых аккумуляторов пастой активного материала // В. В. Волынский, С. С. Попова // XVI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, посвященный 250-летию отечественной химической науки: сб. науч. трудов. - М.: ВИНИТИ, 1998. - Т. 2. - С.553 - 554.

Кинетические и технологические закономерности процессов, протекающих при утилизации отработанных оксидноникелевых электродов // С. С. Попова, Г. В. Целуйкина, В. В. Волынский и др. // XVI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, посвященный 250-летию отечественной химической науки: сб. науч. трудов. - М.: ВИНИТИ, 1998. - Т. 2. - С.143 - 144.

Волынский, В. В. Металловойлочный гидроксидноникелевый электрод с повышенными удельными характеристиками / В. В. Волынский, С. С. Попова // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: сб. науч. трудов Междунар. конф. «Композит-98». - Саратов: СГТУ, 1998. - С.127.

Волынский, В. В. Технологические особенности заполнения активным материалом основ волокновой структуры для электродов никель-кадмиевых аккумуляторов / В. В. Волынский, С. С. Попова // Всероссийский электротехнический конгресс «ВЭЛК-99»: сб. науч. трудов Всерос. конф. - М, 1999. - Т.3. - С.799-800.

загрузка...