夏李斌

（江西理工大学 材料科学与工程学院，江西 赣州 341000）

随着镍氢电池报废高峰期的到来，大量废弃动力型Ni／MH电池的回收研究得到广泛重视［1］。废旧镍氢电池负极材料中含有丰富的Ni、Co及稀土元素。镍、钴在硫酸溶液中的溶解度随温度升高而升高，而稀土元素在硫酸中的溶解度则随温度升高而降低［2-4］，因此，可以通过高温热浸分离镍、钴，再通过低温冷浸回收稀土。从废旧镍氢电池正极材料中浸出金属已有较多研究［5-7］，本试验针对电池负极材料研究了用硫酸浸出镍、钴及稀土。

1 试验部分

1．1 试验原理与方法

废旧镍氢电池负极材料中，金属镍、钴以二价离子、稀土大部分以三价离子形式存在［8］，因此，当加入氧化剂时，镍、钴离子被氧化成三价离子，稀土离子铈和钕部分被氧化成四价。在硫酸浸出液中高价金属离子与酸较快发生反应，形成硫酸盐而转入溶液。反应式为

取适量负极材料，用剪刀剪碎，用浓度为2 mol／L的硫酸溶液在90℃下浸出，考察氧化剂用量、液固体积质量比、浸出时间等因素对镍、钴浸出率的影响，确定各因素最优水平；然后在室温下考察硫酸初始浓度、液固体积质量比、浸出时间等因素对稀土浸出率的影响。

1．2 分析方法

Ni2＋用紫脲酸铵络合滴定法测定，Co2＋用亚硝基红盐分光光度法测定，稀土离子用GB／T 12690．12—2003偶氮胂Ⅲ分光光度法测定。

1．3 试验原料与试剂

电池负极材料：Ni 48．58%，Co 6．74%，La 7．14%，Ce 7．09%，Nd 12．23%；

硫酸溶液，2mol／L；H2O2，分析纯。

1．4 试验仪器

恒温热水器，锥形瓶，烧杯，电子天平，量筒，真空抽滤器，玻璃棒，ⅡXSP型ICP分析仪，722光栅分光光度计。

2 试验结果与讨论

2．1 高温浸出镍、钴

2．1．1 氧化剂用量对金属浸出率的影响

负极材料5g，液固体积质量比9∶1，浸出时间20min，硫酸浓度2mol／L，温度90℃。H2O2用量对金属浸出率的影响试验结果见表1。可以看出，适宜的H2O2加入量为0．36mL／g。

表1 氧化剂用量对金属浸出率的影响

2．1．2 液固体积质量比对金属浸出率的影响

负极材料5g，H2O2加入量0．36mL／g，温度90℃，硫酸浓度2mol／L，浸出时间20min，液固体积质量比对金属浸出率的影响试验结果见表2。

表2 液固体积质量比对金属浸出率的影响

由表2看出：液固体积质量比对金属浸出影响非常大，镍、钴和稀土的浸出率均随液固体积质量比增大而升高。这是因为，随液固体积质量比增大，硫酸的量增加，与镍、钴及稀土的反应更完全［9-10］。若将所有金属浸出时反应价态均视为三价，按物料组成及反应式（1）计算，液固体积质量比的理论值应在8～10之间；再综合考虑成本等因素：试验确定液固体积质量比以9∶1为宜。

2．1．3 浸出时间对金属浸出率的影响

负极材料5g，液固体积质量比9∶1，H2O2用量0．36mL／g，温度90℃，硫酸浓度2mol／L，浸出时间对镍、钴及稀土浸出率的影响试验结果见表3。可以看出，浸出时间对镍、钴、稀土浸出率影响不大。但随浸出时间延长，浸出效率下降，故浸出时间选择18min。

表3 浸出时间对金属浸出率的影响

2．2 低温浸出稀土

2．2．1 液固体积质量比对稀土浸出率的影响

将高温浸出镍、钴后的不溶固体渣烘干，取1．49g放入锥型瓶中，分别按不同液固体积质量比倒入2mol／L硫酸溶液，再将锥形瓶放入恒温水浴中，控制温度为14℃，用玻璃棒搅拌90 min，考察液固体积质量比对稀土浸出率的影响，试验结果见表4。可以看出，适宜的液固体积质量比为9∶1。

表4 液固体积质量比对稀土浸出率的影响

2．2．2 硫酸浓度对稀土浸出率的影响

其他条件不变，按9∶1的液固体积质量比加入不同浓度的硫酸溶液，考察硫酸浓度对稀土浸出率的影响，试验结果见表5。可以看出，适宜的硫酸浓度为2mol／L。

表5 硫酸浓度对稀土浸出率的影响

2．2．3 浸出时间对稀土浸出率的影响

液固体积质量比为9∶1，硫酸浓度为2 mol／L，其他条件不变，考察浸出时间对稀土浸出率的影响，试验结果见表6。可以看出，适宜的浸出时间为90min。

表6 浸出时间比对稀土浸出率的影响

3 结论

Ni／MH废旧电池负极材料用硫酸在高温下浸出镍、钴，在低温下浸出稀土，可将镍、钴与稀土元素有效分离。镍、钴浸出最佳条件为：硫酸浓度2mol／L，温度90℃，液固体积质量比9∶1，氧化剂H2O2加入量0．36mL／g，浸出时间18min。此条件下，镍浸出率为99．3%，钴浸出率为99．0%。

热浸后的固体渣在低温（常温）下浸出稀土，控制反应时间为90min，适宜条件下，稀土浸出率达96%以上。此工艺较简单，可实现镍、钴与稀土的有效分离。

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