鎳氫廢電池負極材料的浸出方法
2023-06-01 16:41:36 1
鎳氫廢電池負極材料的浸出方法
【專利摘要】本發明介紹的鎳氫廢電池負極材料的浸出方法是將從鎳氫廢電池中分離出的負極材料和磨細的軟錳礦放入耐壓和耐硝酸腐蝕的容器中，並將硝酸泵入該容器，然後密封容器，進行鎳氫廢電池負極材料的浸出。
【專利說明】鎳氫廢電池負極材料的浸出方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鎳氫廢電池負極材料的一種浸出方法。
【背景技術】
[0002]鎳氫電池是一類廣泛使用的電池，該電池使用報廢后將產生大量廢電池。由於這類電池含有大量重金屬,若棄入環境，將對環境產生很大的直接和潛在危害。鎳氫廢電池負極材料主要含鎳、鈷和稀土，三者的總含量高達85~97%，很具回收價值。目前從鎳氫廢電池負極材料中回收鎳、鈷和稀土的工藝主要有火法工藝和溼法工藝。火法工藝得到的產品為合金材料，很難獲得較純的鎳、鈷和稀土。溼法工藝比較容易得到較純的鎳、鈷和稀土。浸出是溼法工藝中必不可少的一個過程。目前鎳氫廢電池負極材料的浸出方法主要有鹽酸浸出法、硫酸浸出法、硝酸浸出法和混酸(硫酸加硝酸)浸出法。鹽酸浸出法的設備腐蝕大，酸霧產生量大而汙染環境。硫酸浸出法消耗較昂貴的氧化劑(如雙氧水等)。硝酸浸出法的硝酸消耗量大，而且會產生大量氮氧化物，汙染環境。所有的溼法工藝都存在如何經濟有效地消除此類原料中有機聚合物對金屬和金屬氧化物的包裹作用，提高金屬浸出率的問題。雖然硝酸加工業純氧浸出法和混酸加工業純氧浸出法較好地解決了上述問題，但浸出設備較複雜，而且廢電池浸出所需工業純氧量不大，廢電池處理企業就地生產工業純氧自用不經濟，工業純氧的儲存、運輸和使用比較麻煩。開發設備腐蝕小、浸出率高、成本低、使用方便、基本無環境汙染的鎳氫廢電池負極材料的浸出方法具有較大實用價值。
【發明內容】
[0003]針對目前鎳氫廢電池負極材料浸出的問題，本發明的目的是尋找一種金屬浸出率高，硝酸消耗量低，使用方便，不用昂貴氧化劑，基本無氮氧化物汙染的鎳氫廢電池負極材料的浸出方法，其特徵在於將從鎳氫廢電池中分離出的負極材料(包括通過人工或機械分離出的初級負極材料、初級負極材料經破碎和球磨或棒磨得到的負極粉體材料、初級負極材料或負極粉體材料經鹼洗等預處理得到的較純淨的負極材料)和磨細的軟錳礦放入耐壓和耐硝酸腐蝕的容器中，並將硝酸泵入該容器，然後密封容器，進行鎳氫廢電池負極材料的浸出，浸出結束後進行液固分離，得到所需浸出溶液。浸出溫度為40°C~80°C，浸出的硝酸初始濃度為lmol/L~6mol/L,浸出時間為Ih~3h,浸出過程進行攪拌,攪拌速度30r/min~120r/min。硝酸加入量為加入反應容器的負極材料和軟猛礦中全部金屬浸出的硝酸理論消耗量的101%~130%。所用軟錳礦的MnO2含量≤40%，粒徑≤180目。軟錳礦的加入量以MnO2計為氧化負極材料中全部金屬態金屬所需理論量的100%~110%。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:在密閉和軟錳礦存在的條件下，硝酸浸出鎳氫廢電池負極材料(材料中的各金屬元素基本呈金屬形態)時，金屬鎳發生如下化學反應:
Ni + 4HN03 = Ni (NO3) 2 + 2N02 + 2H20
3Ni + 8HN03 = 3Ni (NO3)2 + 2N0 + 4H20
NO + MnO2 + 2HN03 = NO2 + Mn (NO3) 2 + H2O3N02 + H2O = 2HN03 + NO
2N0 + 3Mn02 + 4HN03 = 3Mn (NO3) 2 + 2H20
2N02 + MnO2 = Mn (NO3) 2
總反應為:
Ni + 4HN03 + MnO2 = Ni (NO3) 2 + Mn (NO3) 2 + 2H20
金屬鈷發生如下化學反應:
Co + 4HN03 = Co (NO3) 2 + 2N02 + 2H20
3Co + 8HNO3 = 3Co (NO3) 2 + 2N0 + 4H20
NO + MnO2 + 2HN03 = NO2 + Mn (NO3) 2 + H2O
3N02 + H2O = 2HN03 + NO
2N0 + 3Mn02 + 4HN03 = 3Mn (NO3) 2 + 2H20
2N02 + MnO2 = Mn (NO3) 2
總反應為:
Co + 4HN03 + MnO2 = Co (NO3) 2 + Mn (NO3) 2 + 2H20
金屬稀土發生如下化學反應:
Re + 4HN03 = Re (NO3) 3 + NO + 2H20
NO + MnO2 + 2HN03 = NO2 + Mn (NO3) 2 + H2O
3N02 + H2O = 2HN03 + NO
2N0 + 3Mn02 + 4HN03 = 3Mn (NO3) 2 + 2H20
2N02 + MnO2 = Mn (NO3) 2
總反應為:
2Re + 12HN03 + 3Mn02 = 2Re (NO3)3 + 3Mn (NO3)2+ 6H20
利用N O 2對有機聚合物的強烈腐蝕作用，消除鎳氫廢電池負極材料中有機聚合物對金屬和金屬氧化物的包裹作用，使其能與硝酸充分反應，提高了金屬浸出率。
[0005]經過上述一系列反應，最終使鎳氫廢電池負極材料和軟錳礦同時浸出，省去了軟錳礦浸出需要還原焙燒(還原率約為85%，未還原的MnO2在硝酸中不能浸出)等預處理過程，提高了金屬浸出率和硝酸的利用率，基本避免了氮氧化物汙染物的產生，實現了工藝的清潔化。浸出過程產生的NO和NO2基本在漿料中再生成硝酸，少量溢出的NO和NO2通過攪拌返回漿料中再生成硝酸，整個浸出過程在微正壓下進行，易於工程應用。
[0006]相對於現有方法，本發明的突出優點是鎳氫廢電池負極材料和軟錳礦同時浸出，可提高金屬浸出率和硝酸的利用率，不需要另外使用氧化劑；設備簡單，易於工程應用；基本避免了汙染物氮氧化物的產生，從而不需要氮氧化物的汙染治理，省去了汙染治理費用，具有明顯的經濟效益和環境效益。
[0007]具體實施方法
實施例1:將100g鎳氫廢電池負極材料(含鎳58.5%、鈷6.2%、稀土 29.5%)和磨細的軟錳礦(粒徑200目，MnO2含量55%，加入量為理論量的105%)加入容積為IL的不鏽鋼壓力反應釜中，加入6.0mol/L的硝酸950ml，在40°C~50°C下攪拌(攪拌速度為80r/min)浸出2小時，浸出結束後進行液固分離，得到920ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)。反應尾氣約70ml，氮氧化物濃度為4.lmg/m3。鎳、鈷、稀土和錳的浸出率分別為98.8%,97.9%,97.1%和98.2% (按進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷、稀土和錳計算)。
[0008]實施例2:將500g鎳氫廢電池負極材料(含鎳58.5%、鈷6.2%、稀土 29.5%)和磨細的軟錳礦(粒徑180目，MnO2含量45%，加入量為理論量的103%)加入容積為IOL的不鏽鋼壓力反應釜中，加入3.5mol/L的硝酸9.6L，在50°C~60°C下攪拌(攪拌速度為100r/min)浸出2.5小時，浸出結束後進行液固分離，得到9.3L浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)，反應尾氣約0.4L，氮氧化物濃度為4.6 mg/m3。鎳、鈷、稀土和錳的浸出率分別為98.6%和98.1%、97.3%和98.3% (按進入`浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷、稀土和錳計算)。
【權利要求】
1.一種鎳氫廢電池負極材料的浸出方法，其特徵是將從鎳氫廢電池中分離出的負極材料和磨細的軟錳礦放入耐壓和耐硝酸腐蝕的容器中，並將硝酸泵入該容器，然後密封容器，進行鎳氫廢電池負極材料的浸出，浸出結束後進行液固分離，得到所需浸出溶液，浸出溫度為40°C~80°C，浸出的硝酸初始濃度為lmol/L~6mol/L，浸出時間為Ih~3h，浸出過程進行攪拌，攪拌速度30 r/min~120r/min，硝酸加入量為加入反應容器的負極材料和軟錳礦中全部金屬浸出的硝酸理論消耗量的101%~130%，所用軟錳礦的MnO2含量≥40%，粒徑≤180目，軟錳礦的加入量以MnO2計為氧化負極材料中全部金屬態金屬所需理論量的100% ~110%ο
【文檔編號】C22B7/00GK103757414SQ201310736633
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月29日 優先權日:2013年12月29日
【發明者】龍炳清, 刁劍, 曾凡芸 申請人:四川師範大學