ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ
ПОЛУЧЕНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ОКИСИ ЖЕЛЕЗА ХИМИЧЕСКИМ ПУТЕМ
Активная масса отрицательного электрода железоникелевых щелочных аккумуляторов раньше изготовлялась исключительно из искусственной окиси железа. Последнюю, в свою очередь, получали из сульфата железа. По этой причине за ней сохранилось производственное название —сульфатная окись железа.
В связи с переходом на массы, получаемые из обогащенной руды, т. е. из естественной окиси железа, применение искусственной окиси железа в аккумуляторной промышленности заметно уменьшилось. В настоящее время эта окись железа применяется как добавка к массе, получаемой из обогащенной криворожской руды, улучшающая брикетирование активной массы в процессе прессования брикета при производстве ламелей (см. гл. XVI и рис. 169).
Получение искусственной окиси железа из сульфата железа начинается с приготовления водного раствора сульфата. Для этого сульфат железа растворяют в воде, подогретой до 55—65° С. Указанный раствор после фильтрации на рамочном фильтр-прессе должен иметь плотность не ниже 1,38 г/см3.
Следующая операция — кристаллизация сульфата железа из горячего раствора. Она производится в баке-кристаллизаторе путем постепенного снижения температуры раствора до 17—23° С. Охлаждение раствора в кристаллизаторе производится холодной водой, циркулирующей в рубашке кристаллизатора. Раствор вмес
те с кристалликами сульфата железа переводят в бак с ложным дном, покрытым фильтрующей тканью. После этого приступают к центрифугированию кристаллов, цель которого—окончательно отделить кристаллы сульфата железа от маточного раствора.
Отжатые кристаллы поступают в печь для прокаливания, а маточный раствор после разбавления используют при растворении железного купороса.
Перекристаллизованное из железного купороса сернокислое железо подвергают прокаливанию, которое производят во вращающихся барабанах при 700—800°С. При прокаливании продукта выделяется вредный сернистый газ. Полученный после прокаливания продукт состоит из окиси железа, в которой содержится от 3 до 12% сульфат-ионов. Отмывку окиси железа от сульфат-иона производят в центрифугах или баках. Отмывку осуществляют химически очищенной проточной водой, нагретой до 70° С, и продолжают до тех пор, пока содержание сульфат-иона в вытекающей воде не уменьшится до 0,3%.
Отмытая от сульфат-иона окись железа поступает на сушку, которую производят продуктами сгорания газа в печах непрерывного действия. Температура газов при входе должна равняться 300—600° С, а при выходе не должна быть ниже 60° С.
Высушенную окись железа размалывают на дисмембраторной мельнице, снабженной ситом с ячейками размером 1,0X1,0 мм, и передают на восстановление. Дисмембраторная мельница состоит из цилиндрического ротора и статора (часть станины), снабженных выступами, расположенными по окружности. При быстром вращении ротора материал, попадая в зазор между ротором и статором, размалывается подвижными выступами.
Описанный здесь метод получения искусственной окиси железа в последнее время заменен так называемым гидратным методом, в основе которого лежит процесс осаждения гидрата окиси железа взаимодействием растворов сульфата железа и щелочи. Полученная при этом гидроокись железа после прокаливания, отмывки, сушки и размола подвергается восстановлению. Гидратный метод в настоящее время находит повсеместное применение как менее вредный по сравнению с сульфатным. Рассмотрим этот метод более подробно.
Получение искусственной окиси железа по гидратному методу начинается с приготовления растворов сульфата железа и щелочи.
В бак-растворитель емкостью 2,5 м3 заливают химически очищенную воду, подогревают ее острым паром, включают мешалку и шнек и грейфером загружают железный купорос. Растворение производят при непрерывном перемешивании и подогреве раствора паром до температуры 60—65° С. В бак с раствором железного купороса добавляется 20—25 кг хлористого аммония или 29—33 кг сульфата аммония для обеспечения необходимого значения рН - раствора.
Плотность раствора доводят до 1,25—1,26 г/см3 (при температуре 60—65°С). Содержание железа в растворе должно быть 105— 115 г/л. Полученный горячий раствор фильтруется на рамном фильтре с двойными салфетками из бельтинга или свансбоя (фильтровальной хлопчатобумажной ткани) для удаления механических примесей и переводится в бак-сборник; по мере надобности оттуда раствор перекачивают в мерный бак.
Отдельно готовят раствор щелочи, плотность которого должна быть 1,20—1,21 г/см3, что соответствует концентрации щелочи 215—225 г/л. Готовый раствор перекачивают в бак-мерник.
Для осаждения гидрата окиси железа служат баки-реакторы из нержавеющей стали с емкостью 8,5—17 м3, обогреваемые паром и снабженные мешалками и аэролифтами.
Раствор железного купороса подают в бак-мерник, нагревают его острым паром до 90° С, после чего перекачивают в бак-реактор. После включения механической мешалки, подачи воздуха в аэролифты и включения острого пара в реактор из бака-мерника подается также раствор едкого натра из расчета 2185±75 л в реактор емкостью 8,5 м3.
По окончании заливки щелочи, которая длится не менее часа, раствор продолжают интенсивно перемешивать еще несколько часов при одновременной подаче острого пара и воздуха. При этом происходит окисление железа. По окончании окисления прекращают подачу воздуха и пара, включают мешалку, после чего пульпу гидрата окиси железа перекачивают в бак-сборник.
Далее пульпа гидрата железа подвергается фильтрованию на фильтр-прессах высокого давления—около ЮЮкПа— (10кгс/см2), причем давление вначале составляет 202—303 кПа (2—3 кгс/см2), а через 30—40 мин оно повышается до 404—505 кПа (4—5 кгс/см2). Дальнейшее фильтрование производится под этим давлением.
Отфильтрованный гидрат железа поступает на прокаливание. Прокаливание производят во вращающихся барабанах, обогреваемых газовыми горелками. Подача газа и гидрата в печь осуществляется по принципу противотока. Операцию сушки и прокаливания гидрата проводят в разных зонах печи; температура печи в зоне сушки составляет 300—450° С, а в зоне прокаливания 800— 810° С. Температуру печи регулируют изменением скорости подачи газа, поступающего в печь вместе с воздухом. Прокаленная окись железа поступает к дентрифугам для отмывки от вредных примесей. Отмывку производят химически очищенной водой, подогретой до 70° С.
Конец отмывки определяют по окрашиванию пробы промывной воды при приливании 1—2 капель фенолфталеина.
Отмытая окись железа направляется на сушку во вращающихся печах. Сушку производят при температуре 450—600° С. Окись железа, собирающуюся в холодной зоне печи в течение смены, выгружают и снова направляют на сушку в смеси с сырой окисью железа. Окись железа после сушки подвергают размолу и упаковке. Размол окиси железа производят на вальцах (зазор между вальцами не более 1 мм) или дисмембраторной мельнице. Дисмем- браторная мельница должна быть снабжена ситом с отверстиями диаметром 1,5—3,0 мм. Размолотую окись железа собирают в кк>- бель или барабан вместимостью 80—100 кг и взвешивают.
От каждой партии (за смену) размолотой окиси железа отбирают среднюю пробу для проверки на соответствие ее техническим требованиям. Если окись железа не удовлетворяет техническим требованиям, то отбирают повторную пробу. В случае, если повторная проба окажется неудовлетворительной, допускается корректировка данной партии окиси железа смешением ее с другой партией, химический состав которой отвечает техническим требованиям.
Готовая окись железа по своему химическому составу должна отвечать следующим требованиям: железа не менее 69%, марганца (к железу) не более 0,032%.
Перед упаковкой окись железа должна быть просеяна через сито с размером ячейки 10x10 мм для удаления комков. Упаковку производят в бумажные мешки по 40 кг.