夏李斌

（江西理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

隨著鎳氫電池報(bào)廢高峰期的到來(lái)，大量廢棄動(dòng)力型Ni／MH電池的回收研究得到廣泛重視［1］。廢舊鎳氫電池負(fù)極材料中含有豐富的Ni、Co及稀土元素。鎳、鈷在硫酸溶液中的溶解度隨溫度升高而升高，而稀土元素在硫酸中的溶解度則隨溫度升高而降低［2-4］，因此，可以通過(guò)高溫?zé)峤蛛x鎳、鈷，再通過(guò)低溫冷浸回收稀土。從廢舊鎳氫電池正極材料中浸出金屬已有較多研究［5-7］，本試驗(yàn)針對(duì)電池負(fù)極材料研究了用硫酸浸出鎳、鈷及稀土。

1 試驗(yàn)部分

1．1 試驗(yàn)原理與方法

廢舊鎳氫電池負(fù)極材料中，金屬鎳、鈷以二價(jià)離子、稀土大部分以三價(jià)離子形式存在［8］，因此，當(dāng)加入氧化劑時(shí)，鎳、鈷離子被氧化成三價(jià)離子，稀土離子鈰和釹部分被氧化成四價(jià)。在硫酸浸出液中高價(jià)金屬離子與酸較快發(fā)生反應(yīng)，形成硫酸鹽而轉(zhuǎn)入溶液。反應(yīng)式為

取適量負(fù)極材料，用剪刀剪碎，用濃度為2 mol／L的硫酸溶液在90℃下浸出，考察氧化劑用量、液固體積質(zhì)量比、浸出時(shí)間等因素對(duì)鎳、鈷浸出率的影響，確定各因素最優(yōu)水平；然后在室溫下考察硫酸初始濃度、液固體積質(zhì)量比、浸出時(shí)間等因素對(duì)稀土浸出率的影響。

1．2 分析方法

Ni2＋用紫脲酸銨絡(luò)合滴定法測(cè)定，Co2＋用亞硝基紅鹽分光光度法測(cè)定，稀土離子用GB／T 12690．12—2003偶氮胂Ⅲ分光光度法測(cè)定。

1．3 試驗(yàn)原料與試劑

電池負(fù)極材料：Ni 48．58%，Co 6．74%，La 7．14%，Ce 7．09%，Nd 12．23%；

硫酸溶液，2mol／L；H2O2，分析純。

1．4 試驗(yàn)儀器

恒溫?zé)崴?，錐形瓶，燒杯，電子天平，量筒，真空抽濾器，玻璃棒，ⅡXSP型ICP分析儀，722光柵分光光度計(jì)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1 高溫浸出鎳、鈷

2．1．1 氧化劑用量對(duì)金屬浸出率的影響

負(fù)極材料5g，液固體積質(zhì)量比9∶1，浸出時(shí)間20min，硫酸濃度2mol／L，溫度90℃。H2O2用量對(duì)金屬浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，適宜的H2O2加入量為0．36mL／g。

表1 氧化劑用量對(duì)金屬浸出率的影響

2．1．2 液固體積質(zhì)量比對(duì)金屬浸出率的影響

負(fù)極材料5g，H2O2加入量0．36mL／g，溫度90℃，硫酸濃度2mol／L，浸出時(shí)間20min，液固體積質(zhì)量比對(duì)金屬浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 液固體積質(zhì)量比對(duì)金屬浸出率的影響

由表2看出：液固體積質(zhì)量比對(duì)金屬浸出影響非常大，鎳、鈷和稀土的浸出率均隨液固體積質(zhì)量比增大而升高。這是因?yàn)?，隨液固體積質(zhì)量比增大，硫酸的量增加，與鎳、鈷及稀土的反應(yīng)更完全［9-10］。若將所有金屬浸出時(shí)反應(yīng)價(jià)態(tài)均視為三價(jià)，按物料組成及反應(yīng)式（1）計(jì)算，液固體積質(zhì)量比的理論值應(yīng)在8～10之間；再綜合考慮成本等因素：試驗(yàn)確定液固體積質(zhì)量比以9∶1為宜。

2．1．3 浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響

負(fù)極材料5g，液固體積質(zhì)量比9∶1，H2O2用量0．36mL／g，溫度90℃，硫酸濃度2mol／L，浸出時(shí)間對(duì)鎳、鈷及稀土浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯?，浸出時(shí)間對(duì)鎳、鈷、稀土浸出率影響不大。但隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，浸出效率下降，故浸出時(shí)間選擇18min。

表3 浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響

2．2 低溫浸出稀土

2．2．1 液固體積質(zhì)量比對(duì)稀土浸出率的影響

將高溫浸出鎳、鈷后的不溶固體渣烘干，取1．49g放入錐型瓶中，分別按不同液固體積質(zhì)量比倒入2mol／L硫酸溶液，再將錐形瓶放入恒溫水浴中，控制溫度為14℃，用玻璃棒攪拌90 min，考察液固體積質(zhì)量比對(duì)稀土浸出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯?，適宜的液固體積質(zhì)量比為9∶1。

表4 液固體積質(zhì)量比對(duì)稀土浸出率的影響

2．2．2 硫酸濃度對(duì)稀土浸出率的影響

其他條件不變，按9∶1的液固體積質(zhì)量比加入不同濃度的硫酸溶液，考察硫酸濃度對(duì)稀土浸出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5?？梢钥闯觯m宜的硫酸濃度為2mol／L。

表5 硫酸濃度對(duì)稀土浸出率的影響

2．2．3 浸出時(shí)間對(duì)稀土浸出率的影響

液固體積質(zhì)量比為9∶1，硫酸濃度為2 mol／L，其他條件不變，考察浸出時(shí)間對(duì)稀土浸出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。可以看出，適宜的浸出時(shí)間為90min。

表6 浸出時(shí)間比對(duì)稀土浸出率的影響

3 結(jié)論

Ni／MH廢舊電池負(fù)極材料用硫酸在高溫下浸出鎳、鈷，在低溫下浸出稀土，可將鎳、鈷與稀土元素有效分離。鎳、鈷浸出最佳條件為：硫酸濃度2mol／L，溫度90℃，液固體積質(zhì)量比9∶1，氧化劑H2O2加入量0．36mL／g，浸出時(shí)間18min。此條件下，鎳浸出率為99．3%，鈷浸出率為99．0%。

熱浸后的固體渣在低溫（常溫）下浸出稀土，控制反應(yīng)時(shí)間為90min，適宜條件下，稀土浸出率達(dá)96%以上。此工藝較簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)鎳、鈷與稀土的有效分離。

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