1、PDF外文：http:/ 1 中文 6365 字 出处： Journal of Power Sources, 2010, 195(11): 3735-3741 废镍 -金属氢化物电池中稀土元素、钴、镍的湿法冶金 分离 摘 要 这篇论文 研究讨论了 从 废 镍氢电池分离 稀土元素 、 钴和镍 的工艺 。 更近一步的分析指出 镍是 废 镍氢电池 残留物中 最主要的金属 元素 (大约 50%的重量 ),以及钾 (2.210.9%),钴 (5.1 5.5%)、稀土元素 (15.3 29.0%)和镉 (2.8%)。镉的存在表明 ,一些生产 的
2、镍 -镉电池可能 会 被误认为是 镍氢 电池 。 用硫酸浸出废镍氢电池 粉 末 中 的镍和钴是 十分 有效的 ； 改变 H2O2 的 操作温度和浓度对 研究 没有显著 影响 。 用氢氧化钠 可以 沉淀分离 稀土元素的混合物。最后 , 先后以 D2EHPA 和 Cyanex 272 为萃取剂进行溶剂萃取可将浸出液中的镉、钴和镍分离出来。论文中讨论了浸出和溶剂萃取步骤中各个主要实验参数对实验的影响，以使金属分离达到最大化从而达到回收金属的目的。 关键字 ： 镍 -金属氢电池 ， 稀土元素 ， 湿法冶金 ， 溶剂萃取 ， 钴 -镍分离 1 引言 ： &nbs
3、p; 二次 镍 -金属氢化物 电池 (NiMH)用作电源被广泛应用于 电子设备如移动手机、电脑和混合动力电动 汽车 (HEV)。 这个电池 主要的部分 : 由表面覆 Ni 的 Ni（ OH） 2制成的负 极、由以稀土（主要为铈、镧、镨、钕）和 Ni（包括元素替代）为基的储氢合金制成的 正 极；两电极间由纤维制成（通常是聚酰胺、聚丙烯羊毛或纱布）的隔膜；电解质通常为 KOH；金属外壳；和其上安装有自释放的安全阀的密封板。 这种结构类似于镍镉电池。事实上 ,这两个电池工作电压非常相似 ,但与 镍镉电池 相比 , ,镍氢电池 能量密度是镍 -镉电池能量密度的两倍。 因为这样
4、的优势 ,镍氢电池不断 替代镍镉电池使用 。例如 ， 在这 十年 市场 上 手机电池 镍镉电池 的使用量 从 63.8%下降至 44.4%。 而 锂离子电池从 8.4%增加 到 27.3%, 2 而使用镍氢电池几乎 保存 28.0%1不变的使用量。 同时 而且，随着铅酸电池在某些简单混合架构中找到用武之地后，镍氢电池目前已经占领了 HEV 市场。 混合动力汽车电池市场 价值 2006 年 估计在 6 亿美元 ， 预计 2015 年 增长到 23 亿 美元 的 2。 随着 电子设备 的需求量 在全世界范围内日益增长 ,电池的消耗量在未来几年有望增长 。因此 , 电池 回收 技术 的不
5、断发展 正如某些科研机构指出的它 可能 促进 经济和环境方面 的改观，各种类型的电池（如 Zn-C 电池、碱性电池、 Ni-Cd 电池 、 镍氢电池以及锂离子电池）。在 这种背景下 ,本文旨在探讨的湿法路线的操作变量，目的在于使镍氢电池中主要金属的分离达到最大化。 2 实验 该研究 实验工作中 拟 采用以下步骤 :（ ）预处理 ,包括分选电池 (按先前研究建议的方法 )跟接着通过拆 电池 使电池内部的塑料盒金属分开 ； ( ) 这种电池内部的 金属表征 ；( )用硫酸浸出镍氢电池的内部成分 ；( ) 通过调节 pH 使稀土元素 沉淀 ( ) 通过溶剂萃取净
6、化钴、 镍。进行 试验时都必须戴手套、眼镜和口罩。按先前建议的那样皮肤、眼镜 、衣服接触到电池灰必须立即进行清洗 。 2.1 镍氢电 池的预处理及金属元素特征表征 实验所用的 镍氢电池 (一半圆柱型电池一半方型电池 )来自 不同的制造商 (诺基亚、西门子、 Motorolla, Siemens, Ericsson 等 )。 根据其他操作手册 9描述的那样首先拆除金属外壳和塑料 。 对 电池的内部 成分进行称重 (包括支撑活性材料的集流体 )， 60C 条件下在干燥炉内干燥 24h。 再次称重以测出挥发性物质的重量。随意挑出一只电池，送去用飞利浦 (型号为
7、PW 2400)X 射线荧光光谱仪进行 X 射线荧光 (XRF)分析以定性表征金属特征，接着用飞利浦 X 射线衍射仪进行 X 射线衍射 （ XRD），另外再通过扫描电子显微镜 (SEM) 加上能量色散谱仪 (EDS)检测，使用的设备是 JEOL 显微镜（型号为 JSM 5410)和 Noram 能量分散光谱仪 (型号为 648C-1SSS)， 目的是确定镍氢电池存在的金属元素种类、形态以及定性金属成分 。 为了获得均匀的 浸出试验 样品 ,干燥 后的 物料 被送至切碎机切成 碎片整理 ，接着在球磨机球磨 3 h。材料过 筛 从而得到 粗 组分和细
8、组分 。 粗组分丢弃而均匀的细组分试样采用 Quantachome siewing rifler 3 （型号 SRR-5，具有 8 个采集板）来获得。 将细组 分溶解于王水，其金属成分 (Ni、Co、 Cd、 Hg、 Pb、 Zn、 Mn、 Al、 K、 Fe)通过采用 GBC 原子吸收分光光度计（型号932 +）作原子吸收分光测试（ AAS）来测定，另外稀土成分通过采用能谱仪（型号 Sigma X-9050）的能量分散 X 射线来检测。 2.2 硫酸浸出试验 浸出试验是通过以下方法进行的：将给定体积的硫酸溶液加入到容积为 1L 的密闭玻璃反应
9、器中，该反应器浸没在控制温度的水浴中。 溶液温度一上升到所须温度时，将称量好的样品（ 8g）加入到反应器中，在 510rpm 条件下机械搅拌浆液。按照先前所讲的 所有试验持续 1h5,需要评估的参数变量如下： H2SO4 浓度 (2、 4、 6、 8、 10% (v/v)、 H2O2 浓度 (0、 1、 3、 5、 7% (v/v)、温度 (30、 40、 50、 60 、 70 )、固液比 (1/10、1/20、 1/30、 1/40、 1/50 g. mL-1)。 在这些实验中，对每一种变量的评估都是通过保持余下其他变量在中等水平的条件下进行的。浸出后，浆液采用真空过滤，滤液送去做镉、钴、
10、镍的 AAS 分析，所有试验都 进行多次。 2.3 沉淀试验 后续试验所用的水溶液是通过以下条件浸出镍氢电池粉末获得的： 分两步，H2SO4 = 8%(v/v)， H2O2=0%(v/v)， T=30 ， S/L 比 =1/10 g mL1， t = 1h。 搅拌 溶液 并通过真空过滤除去悬浮液中的固体物质。滤液的 pH 接近于 0，加 NaOH 调节 pH到 2.5。结果，发现生成了高密度白色的沉淀物。再次对溶液进行真空过滤，固体相进行干燥并储存。 沉淀可以持续数天但沉淀速率较低，接下来，对溶液进行第三次过滤。最后溶液试样做镉、钴和镍的 AAS 分析，而沉淀试样送去做 EDX 分析。 2.4 溶液萃取实验 合适体积的浸出液和有机相混溶，耗时 5min 达到 平衡（先前的试验在 1min 内达到平衡），相分离开来，在水相中金属的浓度通过 AAS 分析确定。通过加入稀 NaOH或 H2SO4 调节水溶液的 pH 值。含 D2EHPA(di-2-ethilhexil phosphoric acid)或 Cyanex 272 (bis-2,4,4-trimethylpentyl phosphinic acid)的有机相溶入脂肪族煤油 Exxsol D-80
