Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2023(14))

Keywords: pro ce ssin g , n icke l-ca dm ium e le ctro d e m ass, d ouble n icke l-am m o n ium sulfate, d ouble am m o n ium ca dm ium sulfate, crysta lliza tio n , s u lfu ric acid leaching Acknowledgments: th e a rticle w a s p repared using th e e q u ipm e n t o f th e C e n te r fo r C o lle ctive U se M IR E A w ith th e su p p o rt o f th e R ussian M in istry o f E d u ca tio n and S cie n ce (R F 2 2 9 6 ,6 1 3 2 1X 0 0 1 0 , No. 0 7 5 -1 5 -2 0 2 1 -6 8 9 from 09 /01 /2 0 2 1 ). For citation: U va ro v B. V., T syg a n ko va M. V., C h e rn ysh o va O. V. T e ch n o lo g y o f crysta lliza tio n se p a ra tio n o f n icke l and ca dm ium in th e p ro ce ssin g o f n icke l-ca dm ium e le ctro d e m ass o f a lka lin e b a tte rie s // T ra n sa ctio n s o f th e K ^la S cie n ce C e n tre o f RAS. S eries: E n g in e e ring S cie n ce s. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 2 4 9 -2 5 3 . d o i:1 0 .3 7 6 1 4 /2 9 4 9 -1 2 1 5 .2 0 2 3 .1 4 .2 .0 4 7 Введение Содержание кадмия в земной коре составляет около 1,4Т0 "5 % (по массе). Известно несколько минералов кадмия, однако они не имеют практического значения, так как. не образуют собственных крупных месторождений. Мировые запасы кадмия сосредоточены в свинцово-цинковых месторождениях. Типичная цинковая руда содержит 0,2-0,3 % Cd. Исключение — месторождение в провинции Гуйчжоу (Китай), где его содержание в руде составляет 2-8 кг/т. Промышленными источниками кадмия служат промежуточные продукты цинкового производства [1]. По данным “US Geological Survey” (USGS), Россия входит в восьмерку стран производителей кадмия [2], обеспечивая около 5 % от общемирового производства. Основной объем кадмия (слитки) производится на Челябинском цинковом заводе (ОАО). Кировоградский медеплавильный комбинат (ЗАО) производит кадмиевую губку. Завод «Электроцинк» (ПАО), на долю которого приходилось около 1 % производимого кадмия, закрыт с декабря 2018 г. [3]. Практически весь объем производимого в России кадмия экспортируется в Индию, Китай и Нидерланды. Россия же импортирует кадмий из Казахстана [4]. Около 80 % кадмия используется в никель -кадмиевых источниках питания. Предприятия электрохимической энергетики нуждаются в высококачественном кадмийсодержащем сырье для изготовления электродных материалов. Для стабильного обеспечения кадмием таких предприятий можно использовать вторичные ресурсы — отработавшие никель-кадмиевые аккумуляторы (НКА). Для извлечения не только кадмия, но и никеля из отработавших свой ресурс НКА необходимо на 46 и 75 % меньше энергии соответственно по сравнению с извлечением и очисткой первичных металлов из минерального сырья. Вторичное производство кадмия в мире составляет около 20 % полного металлического производства. Большая часть вторичного металла производится при переработке Ni-Cd батарей. Переработка НКА может осуществляться тремя различными способами: пирометаллургическим, гидрометаллургическим, гибридным, или комбинированным, сочетающим пиро- и гидрометаллургические методы получения металлов или их соединений [ 5 ]. Перспективным методом извлечения ценных компонентов из НКА является сернокислотное выщелачивание. Серная кислота— дешевый и распространенный реагент, позволяющий при использовании ее в качестве выщелачивающего агента извлекать в раствор Cd, Ni и Fe из НКА. Выделение из получаемых растворов ценных компонентов в виде гидроксидов последовательным осаждением [ 6 ] не эффективно и создает трудности в процессе очистки от железа. Добавление к раствору выщелачивания НКА, содержащему катионы Cd, Ni и Fe, расчетного количества (NH 4 ) 2 SO 4 приводит к образованию соответствующих двойных сульфатов, которые могут быть выделены из раствора методом кристаллизации. Среди соединений состава MSO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 6 H 2 O (солей Туттона), где M = Ni, Cd и Fe2(SO4)3-(NH4)2SO4-24H2O, самая низкая растворимость у NiSO 4 -(NH 4 ) 2 SO 4 - 6 H 2 O (7,04 г/100 г H 2 O 25 °С; 1,37 г/100 г H 2 O 0 °С). Растворимость CdSO 4 -(NH 4 ) 2 SO 4 - 6 H 2 O и Fe2(SO4)3-(NH4)2SO4-24H2O 72,3 и 124,4 г/100 г H 2 O 25 °С соответственно [7]. Целью работы является кристаллизационное выделение и разделение соединений кадмия и никеля из сернокислого раствора выщелачивания НКА в виде NiSO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 6 H 2 O и CdSO 4 -(NH 4 ) 2 SO 4 - 6 H 2 O без предварительного выделения железа в виде гидроксида. Экспериментальная часть Методика В качестве исходного вещества использовали образец никель-кадмиевой аккумуляторной массы состава, %: Cd 12,7; Ni 29,5; Fe 1,4 %; C 36,1. Также в работе были использованы H 2 SO 4 (ХЧ) и (NH4)2SO4 (ХЧ). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 249-253. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 249-253. © Уваров Б. В., Цыганкова М. В., Чернышова О. В., 2023 250