湿法冶金的分离稀土元素.doc

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(2.2～10.9%),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Cyanex272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：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%,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:（ⅰ）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；(ⅱ)这种电池内部的金属表征;(ⅲ)用硫酸浸出镍氢电池的内部成分;(ⅳ)通过调节pH使稀土元素沉淀(ⅴ)通过溶剂萃取净化钴、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)，60◦C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PW2400)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JSM5410)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3h。材料过筛从而得到粗组分和细组分。粗组分丢弃而均匀的细组分试样采用Quantachomesiewingrifler（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SigmaX-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1h[5],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