「深圳电子产品回收」 废旧氢镍电池回收处理中镍元素浸出条件优化

  • A+
所属分类:IT资产回收

「深圳电子产品回收」 废旧氢镍电池回收处理中镍元素浸出条件优化

「深圳电子产品回收」 废旧氢镍电池回收处理中镍元素浸出条件优化
废旧氢镍电池回收处理中镍元素浸出条件优化
高虹,唐艳芬沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳
摘要:采用湿法冶金处理方法对废旧氢-镍电池中有价金属元素镍的回收浸出条件进行了系统的研究,分析了镍元素浸出所用酸的种类、酸的浓度、反应温度、反应时间和固液比对镍元素浸出率的影响,得到了镍元素浸出最佳优化条件。研究结果表明,废旧氢-镍电池正负极材料混合处理时镍元素的溶出效果好,可使电极中95%以上的镍元素浸出。
关键词:废旧氢-镍电池;回收;镍「深圳电子产品回收」;湿法冶金
氢-镍电池自问世以来一直定位于移动通信和移动计算市场,随着人们对电池中贵金属元素汞、铑及镉含量的限制,贵金属元素含量少的氢-镍电池将有更大的市场。随着矿产资源的日益枯竭,使贵金属资源的回收再生利用势在必行,而废旧氢-镍电池中含有33%~42%的镍元素[1-2],对废旧氢-镍电池的回收处理有利于缓解镍供需缺口增加带来的经
1废旧氢-镍电池济压力,极具研究开发价值。的物质组成分析
研究与设计
本文的三种废旧氢-镍电池按其外型容量分别编号为1、2和3,三种电池的型号和容量分别为1800、4000和9000。表1中分别列出了上述三种废旧氢镍电池电极成分射线荧光分析的主要结果。
由表1可知三种废旧氢-镍电池正极中钴与镍的质量百分比约为1︰9~1︰11,负极中钴与镍的质量百分比约为1︰5。镨、钕、铈、镧等稀土元素在三种废旧氢-镍电池负极中的存在证明电池的负极材料为5型富铈储氢合金。从电池正负极中镍含量和负极中物质种类及含量可判断三种电池均为5型北京 电子产品回收氢-镍电池。
作者简介:高虹1969—,女,辽宁省人,博士,副教授,主要研究方向为电池及其材料。
2废旧氢-镍电池的酸浸溶解
2.1酸浸原理
溶液中金属离子平衡浓度与溶液值的关系见图1。由图1可见浸出液的值应控制在酸性范围内才能实现大部分金属元素的溶解浸出,尤其是对于废旧氢-镍电池中质量百分含量占40%以上的镍元素的溶解浸出。
2.2镍元素酸浸条件优选
氢-镍电池中的钴、镍及稀土「深圳电子产品回收」元素的化学活性各不相同,其中钴与镍均属Ⅷ族元素,它们的化学活性相近,且均不及稀
土元素活
「深圳电子产品回收」 废旧氢镍电池回收处理中镍元素浸出条件优化
泼,不论是在碱性或是酸性溶液中标准电极电势φθⅢ/均比钴、镍的标准电极电势低。通过火焰原子吸收分光光度法对上述三种废旧氢-镍电池电极及其混合物中的钴、镍元素含量定量分析,结果见表2。由表2可见钴在电极中的含量甚少,且钴大多以氢氧化物形态存在,镍在电极中除以氢氧化物存在外,还以金属形态存在,所以电极材料中钴元素应较镍元素优先浸出。根据水桶效应,如果电极中镍元素在溶液中的浸出率高,则其它电极物质均已溶解浸出,。。
和。[3]在研究中也证实了这一点,因此本文以镍元素的浸出率作为电池电极材料的浸出效果指标来衡量不同条件下废旧氢-镍电池电极材料的浸出率。
本文以η为标准来衡量废旧氢-镍电池电极材料在溶液中的浸出率,其表达式如下:
研究与设计
金,稀土金属还原性较大,在空气中会被慢慢氧化,与热水作用时可置换氢,因此负极材料中稀土元素优先与酸反应。「深圳电子产品回收」由于稀土金属的硝酸盐和硫酸盐可分别与硝酸镍和硫酸镍及电极中其它碱土金属元素的硝酸盐和硫酸盐容易形成复盐沉淀,不利于镍元素的溶解浸出,当镍元素与稀土元素形成沉淀时,电极中镍元素的浸出率就会不及盐酸溶液中镍元素浸出率大。由于负极中稀土元素与镍元素的浸出反应是一个相互竞争的过程,当电极中稀土元素完全浸出后,硫酸与硝酸溶液由于氧化性大于盐酸,同样浓度下,镍元素金属态在硫酸和硝酸溶液中的浸出反应比盐酸溶液中镍元素的浸出率大。
当正负极材料混合处理时,三种混合电极在不同酸溶液中的镍元素浸出率均大于正负极分开处理时的镍元素浸出率。结合上述分析可知,负极中稀土合金在酸性溶液中的剧烈氧化反应对正极中Ⅲ的还原反应有促进作用,因此正负极混合材料中镍元素的浸出率均大于正负极分开处理时溶液中镍元素的浸出率。三种混合材料在硝酸溶液中的浸出率均大于盐酸与硫酸。在氢-镍电池正负极混合材料的酸溶液反应中,稀土元素的氧化反应是镍元素浸出反应的促进反应,反应放热。由于盐酸为非氧化型酸,与硫酸和硝酸相比,稀土元
素在盐酸中的反应不及其它两种酸剧烈,因此盐酸中镍元素/
的浸出率不及硫酸和硝酸。电极材料的酸溶反应为放热反应,图2酸浓度与镍元素浸出率的关系
由于稀土硫酸复盐的溶解随溶液温度的上升而下降,而硝酸。2
则相反,硝酸稀土复盐的溶解度随温度的上升而下降,共沉淀
出。当酸溶液浓度较高时,材料中Ⅲ的还原反应受到限
Ⅱ的溶解使得镍元素浸出率上升,所以混合电极材料在
制,影响正极材料中镍元素浸出率的大小。对于电池负极材硝酸溶液中的镍元素浸出率要大于硫酸和盐酸。
料,当酸的浓度较低时,溶液中+离子优先与反应活性大的
2.2。2酸的浓度对镍元素浸出率的影响
稀土金属及其氢氧化物反应,使得+离子活性浓度下降,而
图2、、分别示出了不同酸浓度下不同电极中镍
负极中镍元素大多以金属态存在,与化合态氢氧化镍相比,元素的浸出率,三种电池的三种电极形式在不同酸浓度下的
金属镍在酸溶液中的耐酸性较强,所以当酸溶液「深圳电子产品回收」浓度较小时,浸出趋势大致相似,当溶液浓度为2/时,三种正极材料
负极中镍元素的浸出率较小;当酸溶液浓度较大时,浸溶出的中镍元素的浸出率均达到最大值,三种负极材料中镍元素最
稀土金属离子3+与溶液中的42-或3-结合浸出液中碱大浸出率所对应的酸溶液浓度与正极相比没有一致性。与正
土金属离子及镍离子Ⅱ容易形成稀土复盐,镍元素在溶负极分开处理时电极材料中镍元素的浸出率相比,正负极材
液中浸出率下降;混合电极在酸溶液中浸出时,由于正极料中镍元素在不同酸浓度中浸出所得镍元素浸出率均大于电
Ⅲ的还原对负极中金属态物质稀土金属与金属镍的氧池正负极材料分开处理时镍元素浸出率。本文研究所用氢-镍
化有促进作用,因此氢-镍电池正负极混合材料的整体镍元
电池正极主要活性物质为与2的混合物,正极
素浸出率大于正负极分开处理时镍元素浸出率。当酸浓度较材料酸浸时,当酸的浓度较低时,由于电极中其它物质如
低时,电极材料中其它物质的存在与含镍化合物及其金属态
等与酸反应,使得酸溶液中+离子活性浓度进一步降
竞争溶液中+长沙电子产品回收离子,使得溶液中与含镍化合物及其金属态反低,镍元素浸出反应缓慢导致溶液中镍元素未能充分反应浸
65应的有效+离子数减少,因此电极材料中镍元素浸出率不大,随着酸溶液浓度加大,混合电极中镍元素的浸出率变大。
552.2。3反应温度对镍元素浸出率的影响
图3、、分别示出了不同温度体系下不同电极中4045镍元素的浸出率。三种正极材料在不同温度下的镍元素浸出
率变化趋势大致相近。三种负极材料中镍元素浸出率随温度变化趋势各异,但均在40℃时达到最大镍元素浸出率,三种混合电极材料中镍元素浸出率随温度变化的波动性较大,镍元素均在高温温度大于80℃时有较大浸出。从图3中可以发现镍的浸出率与溶液温度之间并不呈线性关系。由于正极
图3反应温度与镍元素浸出率的关系
中的还原反应放热显著,当加大反应体系温度时,在溶液中的还原反应受到限制,正极中镍元素在溶液中的浸出率下降,而当体系温度较低时,正极中2的溶出反应受到限制,镍元素浸出率受影响。对负极材料,当加大反应体系温度时,在硫酸介质中,电极中浸出的稀土元素3+与溶液中2+及其它碱土金属离子会形成稀土硫酸复盐,稀土元素与部分镍在硫酸介质沉淀析出,镍元素浸出率下降,而温度较低时,电极中金属镍溶解不完全,镍元素浸出率较低。当正负极材料混合时,正负的还原反应对于负极金属态物质的氧化溶出有促进作用,故正负极材料混合时电极材料中镍元素浸出率大于正负极分开处理时电极材料中镍元素
浸出率。
2.2。4反应时间对镍元素浸出率的影响
三种正极材料和负极材料中镍元素浸出率随反应时间变化趋势均相近。与正负极分开处理时相比,混合材料中镍元素浸出率随反应时间变化的波动性较大。当氢-镍电池正极与酸反应时电极中其它物质与竞争,使溶液中+活性浓度下降迅速,而与酸反应迅速,Ⅲ速率被还原,故酸溶液对电极中镍元素的浸出在较短时间内就能达到饱和;而负极中镍大多以金属态存在,酸与镍反应缓慢,随着时间的延长,电极中金属镍逐渐被溶解出,因此负极中镍元素浸出率随时间变化大二手电子产品回收市场致呈增加趋势;当正负极混合时,由于正负极材料在酸性溶液中溶解反应机理不一,电极材料中镍元素浸出率随时间变化的波动性较大,总的来说正负极混合时浸溶有利于电极材料中镍元素的溶解浸出。
2.2。5固液比对镍元素浸出率的影响
研究与设计
图4、、分别示出不同电极材料中镍元素的浸出率与固液比的关系图。三种正极材料中镍元素在溶液中的浸出率随固液比变化的波动呈无序性。与正极相比负极材料中镍元素浸出率随固液比变化具有规则性。与正负极分开处理相比,正负极混合材料中镍元素浸出率随固液比变化更具规则性,混合电极中镍元素浸出率随液相组分的增加而增大。当正极材料酸浸时液相组分比例的增加有利于正极中在盐酸溶液中的溶解浸出,但不利于在硝酸与硫酸溶液中的溶解浸出,因此正极材料中镍元素在酸溶液中的浸出率随固液比中液相组分的增大而呈波动性。三种氢-镍电池正极材料中的含量各异,故而三种氢-镍电池「深圳电子产品回收」正极材料中镍元素浸出率随固液比变化波动趋势不一。负极中含有20%左右的稀土元素,负极材料在酸性溶液中浸溶时,增大酸溶液液相组分比例时负极材料中金属元素的溶解浸出率将增大,在硝酸与硫酸溶液中,由于稀土复盐硫酸复盐或硝酸复盐沉淀的生成,导致电极中镍元素的浸出率下降,故负极中镍元素浸出率随固液比中液相组分的增大而呈波动性变化。当正负极混合时,由于负极中稀土合金的氧化反应对正极中
的还原反应有促进作用,液相比的增大使得电极材料
1:101:201:501:801:100
图4固液比与镍元素/%浸出率的关系
1本文研究所用废旧氢-镍电池混合电极材料在不同酸系中的镍元素浸出率高于电极分开处理时的镍浸出率,这与电池正、负极组成物质有关。
2在废旧氢-镍电池正极中,活性物质主要为羟基氧化镍,而负极活性物质主要为储氢合金,Ⅲ在溶液中的还原反应对于负极金属态的氧化反应有促进作用,因此当电池正负极材料混合处理时废弃电器电子产品回收处理管理条例,镍在溶液中的浸出率要远大于正负极分开处理时的浸出率。
3混合电极在固液比为1∶100时,与6/的盐酸溶液在95℃的恒温振荡器中浸溶6,可使电极中95%以上的镍元素浸出。
「深圳电子产品回收」 废旧氢镍电池回收处理中镍元素浸出条件优化

weinxin
胡经理
这是我的微信扫一扫

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: