بخشی از مقاله
چکیده: در سالهای اخیر استفاده از باتریهای سکهای به دلیل اندازه کوچک، عمر طولانی و توان ظرفیت بالا در واحد جرم بطور چشمگیری افزایش یافته است. آنها در ساعت، ماشین حساب، اسباب بازی و غیره بکار میروند. نوعی از آنها، باتری اکسید نقره-روی است. این باتریها بعد از پایان عمر دور ریز هستند از اینرو بازیابی اجزای با ارزش آنها از لحاظ زیست محیطی و اقتصادی میتواند مهم باشد. روشهای مختلف هیدرو و پیرومتالورژی برای بازیابی نقره آن بکار رفته است که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارد.
با این وجود استفاده از روشهای حلسازی برتریهای بیشتری دارد. بر این اساس در این مطالعه، بازیابی نقره از طریق عملیات هیدرومتالوژی مد نظر بود. حلسازی در اسید نیتریک و با تغییر عواملی همچون غلظت اسید، دما، مقدار پودر باتری و زمان انجام شد. با بررسی نتایج شرایط بهینه تعیین گردید. نتایج نشان داد افزایش دما، غلظت اسید و زمان سبب بهبود انحلال نقره میشود. شرایط بهینه به صورت غلظت اسید: %10، دما: 45œC، زمان: 45min و مقدار پودر باتری: 1/5g حاصل شد و با این شرایط بازیابی نقره %82 بدست آمد.
.1 مقدمه
نیاز روز افزون صنایع به مواد اولیه باعث شده تا بشر به دنبال کشف و استخراج بیشتر فلزات مورد نیاز خود باشد. از جمله این فلزات مهم و با ارزش، نقره استنقره. جزء عناصر نسبتاً کمیاب بوده و از نظر فراوانی در قشر جامد زمین، در مرتبه شصت سومین عنصر قرار دارد. نقره خالص فلزی براق و نسبتاً نرم است که تا اندازهای سختتر از طلاست و در زمینه قدرت چکش خواری و مفتول شوندگی دارای مرتبه دوم پس از طلاست.
نقره در اغلب مصارفش با یک یا چند فلز، آلیاژ شده و بدان صورت مصرف میشود. مهمترین مصرف این فلز در ضرب سکه، جواهر سازی، ظروف نقره باتریها و غیره است .[3-1] امروزه بازیابی نقره از منابع ثانویه اهمیت ویژهای پیدا کرده است. از این منابع ثانویه، باتریهای حاوی نقره هستند که از جنبههای مختلفی بازیابی از آنها مورد توجه قرار گرفته است. در 30 سال اخیر مصرف باتریها به سبب تطبیق پذیری، نگهداری کم، هزینه پایین و نیاز آن توسط صنایع الکترونیک رو به افزایش بوده است.
[5- 2] دفع باتریهای مصرف شده به سبب محتوای فلزی مشکل زیست محیطی را افزایش داده و بعنوان زباله خطرناک میباشد. هزینه دفع ایمن این مواد خطرناک با توجه به میزان تلفات آن و ظرفیت ذخیره سازی محدود در آنها بسیار بالاست. بنابراین استفاده مجدد و بازیافت مواد میتواند ضایعات را به حداقل برساند .[2] علاوه بر آن، برای تولید باتری جایگزینی مواد اولیه با استفاده از محصولات بازیابی هم کاهش هزینههای تولید و هم صرفه جویی در مواد اولیه را سبب خواهد شد و در نتیجه حفاظت از محیط زیست رخ میدهد.
اتحادیه اروپا گزارش داده است که هر سال تقریباً 800000 تن باتری خودرو، 190000 تن باتریهای صنعتی و 160000 تن باتریهای قابل حمل در بازار قرار دارد .[7 ,6] در سالهای اخیر استفاده از باتریهای سکهای به دلیل اندازه کوچک، عمر طولانی و توان ظرفیت بالا در واحد جرم بطور چشمگیری افزایش یافته است. آنها در ساعت، مترهای نوری، ماشین حساب، اسباب بازی و غیره بکار میروند. نوعی از آنها، باتری اکسید نقره-روی است که اکسید نقره نقش کاتد و فلز روی نقش آند را ایفا میکنند. این باتریها بعد از پایان عمر دور ریز هستند.
4 , 2] از اینرو بازیابی اجزای با ارزش آنها از لحاظ زیست محیطی و اقتصادی میتواند مهم باشد. انواع روشهای پیرو و هیدرومتالورژی برای بازیابی نقره بکار رفته است . هر کدام از آنها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. روشهای پیرومتالورژی نیازمند صرف انرژی زیاد و دارای انتشار گازهای سمی هستند که مطلوب نیست. بازیابی نقره به روش هیدرومتالورژی نیازمند جمعآوری، مرتب سازی و انحلال فلزات با ارزش در محلول است .[8 ,6 ,1]
در این مقاله، تعدادی از باتریهای - SR - Maxell جمعآوری شده، پس از خردایش و جداسازی اجزای اضافی، حلسازی آنها در اسید نیتریک انجام گرفت. پارامترهای مؤثر بر فرآیند بررسی شد و شرایط بهینه تعیین گردید. در این طرح ابتدا از بازار - باطلههای ساعتسازی - باتریهای سکهای جمعآوری شد. باتریها به صورت دستی باز شده و بعد از جدا کردن مواد اضافی، فلزات با ارزش آن خشک و پودر شدند. آنالیز باتریهای Maxell مدل اکسید نقره- روی - SR - در شکل 1 نشان داده شده است.
مقدار مشخصی از این پودر در 50ml محلول حاوی اسید نیتریک با غلظت معین ریخته شده و در شرایط مختلف همزده میشود تا انحلال صورت گیرد. برای بهبود انحلال، عواملی مانند مقدار پودر باتری، زمان حلسازی، دمای حلسازی و غلظت اسید مورد بررسی قرار گرفت تا شرایط بهینه تعیین گردد . در هر مرحله، مقدار نقره حل شده از طریق آنالیز جذب اتمی - ASS - اندازهگیری خواهد شد.
که W وزن پودر باتری مورد استفاده در هر آزمایش، M0 مقدار نقره اولیه در پودر و Mt مقدار نقره در نمونههای حلسازی میباشند.
نیترات نقره که نقش مهمی را در صنعت دارد، توسط انحلال نقره و سپس تبخیر محلول بدست میآید. نیترات نقره کریستاله شده در عکاسی، آبکاری و تولید نمکهای دیگر نقره استفاده میشود .[10]
تأثیر غلظت اسید نیتریک بر انحلال نقره بر حسب زمان در شکل 1 نشان داده شده است. با افزایش غلظت نرخ بازیابی افزایش مییابد. بنابراین بهترین نرخ بازیابی %70 در %10 اسید نیتریک حاصل شد. این موضوع با نتایج محققین دیگر همخوانی دارد . ولی به نظر میرسد افزایش غلظت اسید در محلول سبب اشباع اسید در نزدیک ذرات جامد شود. بنابراین کاهش غلظت HNO3 و یا لایه مایع اشباع، نرخ انحلال را با افزایش غلظت اسید کاهش میدهند .[8]
شکل 2 اثر دما بر انحلال نقره را نشان میدهد. در زمان 60 دقیقه، نرخ بازیابی از %70 در دمای 25 C به %81 در دمای 45 C افزایش داشته است . افزایش دما باعث افزایش سرعت حرکت ملکولی محلول شده و شانس برخورد عامل حلسازی با خاکه بهبود مییابد. البته این افزایش نرخ بازیابی با تغییرات دما در دماهای بالاتر کاهش یافته بگونهایی که در بالاتر از 45œC افزایش بازیابی جزئی بوده است. برخورد ملکولی، ضریب انتقال جرم و ثابت واکنش با افزایش دما افزایش مییابند. و وابستگی ضعیف به دما، در دماهای بالا نشان میدهد که فرآیند انحلال با واکنش شیمیایی کنترل نمیشود .[11]
