CN103031441A - 废旧镍氢电池中金属元素回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电池金属回收技术领域，提供了一种废旧镍氢电池中金属元素回收方法。该废旧镍氢电池中金属元素回收方法包括还原焙烧、回收稀土元素、回收锰、回收镍和钴等步骤。本发明废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，能够将废旧电池中的金属元素全部都回收利用，而且实现回收金属之间的分离，同时，对环境友好，成本低廉，具有较高的生产效益，非常适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于电池回收技术领域，尤其涉及一种废旧镍氢电池中金属元素回收方法。
背景技术
镍氢电池广泛应用于电动工具、便携式电脑、移动通讯等领域，每年镍氢电池将消耗混合稀土金属近万吨，金属镍2万多吨，金属钴近四千吨，以及大量的锰、铝等金属。建立镍氢电池回收体系，将有利于保护环境和充分利用有价金属资源。
镍氢电池的组成：1.镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍(称氧化镍电极)，2.负极活性物质为金属氢化物，也称贮氢合金(电极称贮氢电极)，3.电解液为6N的氢氧化钾溶液。对于镍氢电池的回收处理，主要包括火法处理、湿法处理、二次再生处理。但是，目前的回收方法金属回收率低，不能实现金属元素的分离，回收过程中产生新的污染物。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种废旧镍氢电池中金属元素回收方法，解决现有技术中金属回收率低，不能实现全部金属元素的综合利用，回收过程中产生新的污染物的技术问题。
本发明是这样实现的，
一种废旧镍氢电池中金属元素回收方法
将废旧镍氢电池粉和还原剂按质量比1∶0.2-0.5混合，在温度为400-700℃条件下焙烧2-4小时，得到第一混合物；
确定第一混合物中稀土元素总摩尔量；
按第一混合物中稀土元素总摩尔量与锌离子摩尔量之比为1∶1.5-2将第一混合物加入锌盐溶液中，反应后过滤，收集第一滤液和第一滤渣，将第一滤液萃取，回收镧、铈、镨和钕；
将第一滤渣加入至酸溶液中，加入氧化剂，在温度为50-99℃条件下反应2-4小时，加入高锰酸钾，在温度为50-99℃条件下反应0.5-3小时，过滤收集第二滤液，收集第二滤渣回收二氧化锰；
向第二滤液中加入萃取剂，回收镍和钴。
本发明实施例废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，能够将废旧电池中的金属元素全部都回收利用，回收率高，而且实现回收金属之间的分离，同时，在回收过程中不产生污染环境的物质，对环境友好，所使用的原料来源广泛，成本低廉，具有较高的生产效益，非常适用于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例提供的废旧镍氢电池中金属元素回收方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1显示本发明实施例废旧镍氢电池中金属元素回收方法流程图，包括如下步骤：
步骤S01，还原焙烧
将废旧镍氢电池粉和还原剂按质量比1∶0.2-0.5混合，在温度为400-700℃条件下焙烧2-4小时，得到第一混合物；
步骤S02，确定第一混合物中稀土元素总摩尔量；
步骤S03，回收稀土元素
按第一混合物中稀土元素总摩尔量与锌离子摩尔量之比为1∶1.5-2将第一混合物加入锌盐溶液中，反应后过滤，收集第一滤液和第一滤渣，将第一滤液萃取，回收镧、铈、镨和钕；
步骤S04，回收锰
将第一滤渣加入至酸溶液中，加入氧化剂，在温度为50-99℃条件下反应2-4小时，加入高锰酸钾，在温度为50-99℃条件下反应0.5-3小时，过滤收集第二滤液，收集第二滤渣回收二氧化锰；
步骤S05，回收镍和钴
向第二滤液中加入萃取剂，回收镍和钴。
具体地，本发明实施例中废旧镍氢电池粉包括镧、铈、镨和钕等稀土元素、镍、钴、铝等其他金属元素。
具体地，步骤S01之前，还包括将废旧镍氢电池粉进行热水洗涤步骤，具体为：
将废旧镍氢电池粉放入至60℃以上的水中，搅拌1小时以上，例如1-2小时，过滤收集滤渣和滤液；废旧镍氢电池粉经过洗涤后，其中所包含的氢氧化钾溶于水中，再经过过滤，使得氢氧化钾被除去，减少了设备的腐蚀；另一方面，将滤液收集后，可以将氢氧化钾回收利用；
具体地，步骤S01中，该废旧镍氢电池粉和还原剂的质量比为1∶0.2-0.5，优选为1∶0.3-0.4，该还原剂在步骤S01中，起到还原剂的作用，该还原剂选自碳粉、氢气、一氧化碳等，如果使用碳粉，则直接将废旧镍电池粉和碳粉混合，如果选用气态还原剂，则向反应器中通入还原性气体。废旧镍氢电池粉和还原剂进行还原反应，反应温度为400-700℃，时间为2-4小时；反应完成后，得到第一混合物。
具体地，步骤S02中，确定第一混合物中稀土元素的总摩尔量和锰摩尔量，确定的方法没有限制，例如仪器分析法、化学分析法等。
具体地，步骤S03中，将步骤S01得到的第一混合物加入至锌盐溶液中，该锌盐溶液没有限制，例如，硫酸锌溶液、硝酸锌溶液、氯化锌溶液等，该锌盐溶液的浓度为0.1-1.0mol/L，该第一混合物中稀土元素总摩尔量和锌盐溶液中锌离子摩尔量之比为1∶1.5-2，优选为1∶1.75-1.9；通过上述比例的锌离子反应，使得稀土单质能够与锌离子完全置换而使得稀土全部以稀土离子进入溶液；将第一混合物加入锌盐溶液之后，第一混合物中的稀土元素和锌离子发生置换反应，稀土元素进入至溶液中，锌离子被还原为锌金属，但是，废旧镍氢电池粉中的其他金属如锰、镍及钴等，不会和锌离子发生置换反应，因而不会进入至溶液中。本步骤反应温度为20-70℃，pH值为2-4，反应时间为2-6小时。通过在上述参数下反应，使稀土元素浸出效率大大提升；本步骤S03中稀土元素和锌离子的置换反应式如下：
2RE+3Zn2+-2RE3++3Zn(RE代表稀土金属)
反应完成后，将反应后的溶液过滤，收集第一滤渣和第一滤液，第一滤液中含有稀土元素离子，第一滤渣中含有镍、钴、锰等，因此将废旧镍氢电池粉中的稀土元素与镍、钴、锰等分离；
向第一滤液中加入萃取剂，第一滤液中含有稀土元素，经过化学除杂，萃取分离稀土元素，回收镧、铈、镨和钕；具体工艺为，P507萃取剂体积分数20-30％，磺化煤油体积分数70-80％，皂化率60-75％，有机/水相流量比0.5-2，经过35-40级逆流萃取，30-40级洗涤，10-20级反萃得到纯净的镧溶液和铈、镨、钕混合溶液，再用草酸沉淀，焙烧得到稀土氧化物；
进一步，在向第一滤液中加入萃取剂之前，还包括回收第一滤液中铝及锌的步骤，具体为：
回收铝：
将第一滤液pH值调节至4-5.5，优选为4.5，反应2-4小时，过滤，收集第三滤液，收集第三滤渣回收氢氧化铝；
回收锌
向第三滤液中加入硫化物，在温度为20-60℃，pH值为1.5-2.5条件下反应2-4小时，过滤，收集第四滤液，收集第四滤渣回收锌；该硫化物没有限制，例如硫化钠、硫化钾等，本步骤反应式表示为：
Zn2++S2--ZnS
具体地，如果在向第一滤液中加入萃取剂萃取稀土元素前经过上述回收铝或/和回收锌的步骤，那么，使用萃取剂萃取稀土元素的步骤中，向该第四滤液或者第五滤液中加入萃取剂萃取稀土元素；
具体地，步骤S04中，按固液比(第一滤渣和酸溶液比)1∶4-8将该第一滤渣加入至浓度为100-150g/L的酸溶液，该酸溶液例如，硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液等，加入氧化剂，在温度为50-99℃条件下反应2-4小时；该氧化剂为在水相中具有氧化作用的物质，例如，过氧化氢、过氧化钠、氯酸、氯酸钠、次氯酸、次氯酸钠等，该氧化剂与第一滤渣质量比为0.05-1∶1，通过将第一滤渣置于硫酸溶液中，用氧化剂进行氧化反应，使得第一滤渣中的镍、钴及锰浸出，形成离子，溶于溶液中；本步骤用硫酸和氧化剂(以氯酸钠为例)浸出的反应式表示为：
3M+6H++ClO3 --3M2++Cl-+3H2O(M代表钴镍锰)
然后按高锰酸钾和第一混合物中锰摩尔比1∶1.4-1.6向反应后的溶液中加入高锰酸钾，在温度为50-99℃条件下反应0.5-3小时，过滤收集第二滤液，收集第二滤渣回收二氧化锰；本步骤反应式表示为：
MnO4 -+Mn2++2H2O-5MnO2+4H+
具体地，步骤S05中，向第二滤液中加入萃取剂，分离、回收镍和钴，第二滤液中镍离子的浓度是钴离子浓度5倍左右，具体为：
用P507萃取分离钴镍，经过8-10级逆流萃取，12-15级逆流洗涤，5-7级逆流反萃，用以分离钴镍，得到的萃余液为比较纯净的镍溶液，反萃液为富集的较纯净的钴溶液。
本发明实施例废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，能够将废旧电池中的金属元素全部都回收利用，回收率高，而且实现回收金属之间的分离，同时，在回收过程中不产生污染环境的物质，对环境友好，所使用的原料来源广泛，成本低廉，具有较高的生产效益，非常适用于工业化生产。
以下通过实施例对上述废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法进行详细阐述。
实施例一
本实施例废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，包括如下步骤：
将废旧镍氢电池粉和碳粉按质量比1∶0.2混合，在温度为400℃条件下焙烧2小时，得到第一混合物；
确定第一混合物中稀土元素总摩尔量及锰元素摩尔量，所述稀土元素为镧、铈、镨和钕；
按第一混合物中稀土元素总摩尔量与锌离子摩尔量之比为1∶1.5将第一混合物加入浓度为0.1mol/L硫酸锌溶液中，将pH值调节为2，在温度为20℃条件下反应2小时，过滤，收集第一滤液和第一滤渣，将第一滤液萃取，回收镧、铈、镨和钕；
将第一滤液pH值调节至4.5，反应2小时，过滤，收集第三滤液，收集第三滤渣回收氢氧化铝；
向第三滤液中加入硫化物，在温度为20℃，pH值为1.5条件下反应2小时，过滤，收集第四滤液，收集第四滤渣回收锌；
按第一滤渣和硫酸溶液固液比1∶4将第一滤渣加入至硫酸溶液中，加入双氧水，该双氧水与第一滤渣质量比为0.05∶1，在温度为50℃条件下反应2小时，加入高锰酸钾，该高锰酸钾和第一混合物中锰摩尔比1∶1.4，在温度为50℃条件下反应0.5小时，过滤收集第二滤液，收集第二滤渣回收二氧化锰；
向第二滤液中加入萃取剂，分离、回收镍和钴。
实施例二
本实施例废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，包括如下步骤：
将废旧镍氢电池粉放入反应器中，通入氢气，该废旧镍氢电池粉和氢气质量比1∶0.35，在温度为550℃条件下焙烧3小时，得到第一混合物；
确定第一混合物中稀土元素总摩尔量及锰元素摩尔量，所述稀土元素为镧、铈、镨和钕；
按第一混合物中稀土元素总摩尔量与锌离子摩尔量之比为1∶1.7将第一混合物加入浓度为0.6mol/L硝酸锌溶液中，将pH值调节为3，在温度为60℃条件下反应4小时，过滤，收集第一滤液和第一滤渣，将第一滤液萃取，回收镧、铈、镨和钕；
按第一滤渣和硝酸溶液固液比1∶6将第一滤渣加入至硝酸溶液中，加入氯酸钾，该氯酸钾与第一滤渣质量比为0.5∶1，在温度为70℃条件下反应3小时，加入高锰酸钾，该高锰酸钾和第一混合物中锰摩尔比1∶1.5，在温度为70℃条件下反应2小时，过滤收集第二滤液，收集第二滤渣回收二氧化锰；
向第二滤液中加入萃取剂，分离、回收镍和钴。
实施例三
本实施例废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，包括如下步骤：
将废旧镍氢电池粉放入反应器中，通入一氧化碳，该废旧镍氢电池粉和一氧化碳质量比1∶0.5，在温度为700℃条件下焙烧4小时，得到第一混合物；
确定第一混合物中稀土元素总摩尔量及锰元素摩尔量，所述稀土元素为镧、铈、镨和钕；
按第一混合物中稀土元素总摩尔量与锌离子摩尔量之比为1∶2将第一混合物加入浓度为1mol/L氯化锌溶液中，将pH值调节为4，在温度为70℃条件下反应6小时，过滤，收集第一滤液和第一滤渣，将第一滤液萃取，回收镧、铈、镨和钕；
将第一滤液pH值调节至5.5，反应4小时，过滤，收集第三滤液，收集第三滤渣回收氢氧化铝；
向第三滤液中加入硫化物，在温度为60℃，pH值为2.5条件下反应4小时，过滤，收集第四滤液，收集第四滤渣回收锌；
按第一滤渣和盐酸溶液固液比1∶8将第一滤渣加入至盐酸溶液中，加入次氯酸钠，该次氯酸钠与第一滤渣质量比为1∶1，在温度为99℃条件下反应4小时，加入高锰酸钾，该高锰酸钾和第一混合物中锰摩尔比1∶1.6，在温度为99℃条件下反应3小时，过滤收集第二滤液，收集第二滤渣回收二氧化锰；
向第二滤液中加入萃取剂，分离、回收镍和钴。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种废旧镍氢电池中金属元素回收方法，包括如下步骤：
将废旧镍氢电池粉和还原剂按质量比1∶0.2-0.5混合，在温度为400-700℃条件下焙烧2-4小时，得到第一混合物；
确定第一混合物中稀土元素总摩尔量及锰元素摩尔量，所述稀土元素为镧、铈、镨和钕；
按第一混合物中稀土元素总摩尔量与锌离子摩尔量之比为1∶1.5-2将第一混合物加入锌盐溶液中，反应后过滤，收集第一滤液和第一滤渣，将第一滤液萃取，回收镧、铈、镨和钕；
将第一滤渣加入至酸溶液中，加入氧化剂，在温度为50-99℃条件下反应2-4小时，加入高锰酸钾，在温度为50-99℃条件下反应0.5-3小时，过滤收集第二滤液，收集第二滤渣回收二氧化锰；
向第二滤液中加入萃取剂，回收镍和钴。
2.如权利要求1所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，所述将废旧镍氢电池粉和还原剂混合步骤前，还包括如下废旧镍氢电池粉洗涤步骤：
将废旧镍氢电池粉放入至60℃以上的水中，搅拌1小时以上。
3.如权利要求1所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，所述锌盐溶液的浓度为0.1-1.0mol/L。
4.如权利要求1所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，所述第一混合物加入至锌盐溶液步骤中，反应温度为20-70℃，pH值为2-4，反应时间为2-6小时。
5.如权利要求1所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，所述将第一滤液萃取，回收镧、铈、镨和钕之前还包括如下回收铝的步骤：
将第一滤液pH值调节至4-5.5，在温度60-99℃条件下反应2-4小时，过滤收集第三滤液，收集第三滤渣回收氢氧化铝。
6.如权利要求5所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，还包括如下回收锌的步骤：
向第三滤液中加入硫化物，在温度为20-60℃，pH值为1.5-2.5条件下反应2-4小时，过滤收集第四滤液，收集第四滤渣回收锌。
7.如权利要求1所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，所述酸溶液浓度为100-150g/L。
8.如权利要求1所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，所述氧化剂与第一滤渣质量比为0.05-1∶1。
9.如权利要求1所述的废旧镍氢电池粉中金属元素回收方法，其特征在于，所述高锰酸钾和第一混合物中锰的摩尔比为1∶1.4-1.6。
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| PB01 | Publication | ||
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