廢鎳鎘電池的再利用

在科技高速發(fā)展的今天，電子器械和各種便攜設(shè)備日益普及，電池在生產(chǎn)生活中的地位和作用與日俱增，其使用量亦隨之大幅度上升。以干電池為例，目前全世界的年總產(chǎn)量為250億只，我國(guó)是世界電池第一生產(chǎn)大國(guó)，占全世界電池總量的二分之一左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1998年我國(guó)電池年總產(chǎn)量已達(dá)140億只。 
電池在制造過程中耗用了大量的Zn、Mn、Cu、Pb、Cd、Hg、Ni等金屬。電池用完后，其大多數(shù)成分仍以各種形式保留在電池中，如果把廢電池當(dāng)作垃圾丟棄，一方面，其中的Hg、Pb、Cd等金屬都是環(huán)境保護(hù)嚴(yán)格限制的物質(zhì)，泄漏到環(huán)境中，會(huì)造成嚴(yán)重的污染；另一方面，這些有用的金屬資源就被白白浪費(fèi)了。據(jù)報(bào)道，我國(guó)干電池生產(chǎn)年消耗鋅接近25萬噸，約為年鋅總產(chǎn)量的15%左右，其資源價(jià)值十分可觀。另外，信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的電子廢棄物，僅全國(guó)手機(jī)和免提電話每年淘汰的廢電池就達(dá)千噸之多。其中大量的廢鎳鎘電池、鋰電池回收利用價(jià)值很大。 
由于資源緊張和治理環(huán)境的需要，世界各國(guó)都對(duì)廢電池的回收利用予以高度重視，廢電池的管理刻不容緩，如何使廢電池資源化和無害化已迫在眉睫。 
近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益加強(qiáng)，一些大中城市開始回收廢電池，在商場(chǎng)、居民區(qū)、學(xué)校等處設(shè)立廢電池回收箱，已初見成效，但尚屬起步。1999年在清華大學(xué)召開的“廢電池環(huán)境管理研討會(huì)”上專家呼吁國(guó)家應(yīng)盡快出臺(tái)相應(yīng)的法規(guī)、政策以規(guī)范管理。國(guó)家環(huán)保總局曾委托清華大學(xué)調(diào)查國(guó)內(nèi)廢電池的產(chǎn)量、流向及種類，為制定有關(guān)政策做準(zhǔn)備。 
Ni-Cd電池含有大量的Ni，Cd和Fe，其中Ni是鋼鐵、電器、合金、電鍍等產(chǎn)業(yè)的重要原料。Cd是電池、顏料和合金等常用的稀有金屬，又是有毒重金屬，故日本較早即開展了廢鎳隔電池再生利用的研究開發(fā)，其工藝有干法和濕法兩種。干法主要利用鎘及其氧化物蒸氣壓高的特點(diǎn)，在高溫下使鎘蒸發(fā)而與鎳分離。濕法則是將廢電池破碎后，用硫酸浸出后再用H2S分離出鎘。 
干法回收由于要消耗大量的能源，經(jīng)濟(jì)效益太低，對(duì)于我國(guó)并不適應(yīng)。濕法僅僅實(shí)現(xiàn)了鎘的分離，并沒有實(shí)現(xiàn)鎳與鐵的分離。另外，所得鎘以硫化物的形式存在，對(duì)以后的利用不利。 
1實(shí)驗(yàn)部分 
1.1試劑與儀器 
PEG（聚乙二醇2000）（32%水溶液） 
EBT（0.05%乙醇溶液） 
硫酸銨-氨水緩沖溶液（pH=8.5） 
PHS-3C型酸度計(jì) 
UV757CRT紫外可見分光光度計(jì) 
KS型康氏振蕩器 
1.2實(shí)驗(yàn)方法 
1.2.1鎳鎘廢電池成分分析 
將干燥的廢電池砸碎后用濃鹽酸和硝酸的混酸溶解，加一定量的硫酸，蒸發(fā)近干，冷卻后加水定溶，用UV757CRT紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定其中的鐵、鎳、鎘的準(zhǔn)確含量，以便計(jì)算萃取分離效果。 
1.2.2鎳鎘廢電池的有用成分浸出及鐵的分離 
稱取一定量的廢電池碎塊（20g左右），加入一定量的含有0.5mol/L氨水的過飽和碳銨溶液（1000mL）（分批加入），同時(shí)鼓入空氣或加入一定量的氧化劑，如過二硫酸銨或30%H2O2溶液，充分?jǐn)嚢瑁S持體系中的氨水的濃度，使其中的鎳、鎘盡量完全提取，而鐵則留在殘?jiān)小Ｌ崛∫罕Ａ舸谩?nbsp;
1.2.3鎳、鎘的分離 
取一定量的2.2.2中分離出鐵后的含鎳、鎘提取液，放入250mL的梨形分液漏斗中，按比例加入一定量的32%的聚乙二醇2000水溶液、0.05%的鉻黑T乙醇溶液和氨性緩沖溶液（文獻(xiàn)中多用氨水-氯化銨緩沖體系，本文則用氨水-硫酸銨緩沖體系），在康氏振蕩器上振蕩3-4min，再向梨形分液漏斗中加入一定量的硫酸銨固體，在康氏振蕩器上振蕩10-15min左右，靜置min3-5，等分層后進(jìn)行分離。 
用UV757CRT紫外可見分光光度計(jì)分析所得富水相和貧水相的成分及含量，計(jì)算萃取率。 
2工藝流程和最佳工藝條件的選擇 
2.1工藝流程 
如圖1示 

 
圖1工藝流程 
2.2最佳工藝條件的選擇 
2.2.1碳銨、氨水及過二硫酸銨的用量 
由于廢電池中含鎳、鎘量特別高，為保證鎳、鎘完全浸出，就必須加足夠量的氨水；但氨水的濃度不宜過大，否則會(huì)造成極大浪費(fèi)，碳銨則是為了防止無用的元素（主要是鐵）浸出。加入過二硫酸銨則是為了加快銅渣的溶解。 
一般用量：400mL-500mL0.5mol?L-1氨水/10g廢電池 
上述溶液為碳銨所飽和。 
3g-5g過二硫酸銨固體/10g廢電池。 
2.2.2溶液的酸度 
利用（NH4）2SO4-PEG-EBT體系萃取分離鎳與鎘，對(duì)溶液的酸度也有高的要求。即溶液要在弱堿性介質(zhì)下進(jìn)行，堿性太大易引起金屬離子沉淀析出，堿性太低則可能引起鉻黑T沉淀析出。 
pH≈7.5-9.0 
2.2.3緩沖溶液 
為了不引入雜質(zhì)離子，緩沖溶液采用硫酸銨-氨水緩沖體系（pH=8.95）而非氯化銨-氨水緩沖體系。 
至于PEG（聚乙二醇2000）（32%水溶液）、EBT（0.05%乙醇溶液）、硫酸銨的用量可參考文獻(xiàn)。 
2.2.4溫度對(duì)萃取分離效果的影響 
溫度對(duì)萃取分離效果影響不大，故萃取分離常在室溫下進(jìn)行。 
3鎳、鎘的分離效果 
利用（NH4）2SO4-PEG-EBT體系萃取分離鎳與鎘。實(shí)驗(yàn)表明，只需要進(jìn)行2級(jí)萃取，便可達(dá)到理想的分離效果，鎳、鎘的分離情況如表1所示。 
表1鎳、鎘的分離效果 

 
4結(jié)論 
實(shí)驗(yàn)表明用碳酸銨-氨水-過二硫酸銨體系浸取廢電池中的鎳、鎘，提取率可達(dá)98%以上，鐵不被提取；而且過量的原料在以后的分離操作中極容易處理；采用（NH4）2SO4-PEG-EBT萃取體系，只需進(jìn)行2級(jí)萃取，即可將鎳和鎘完全分離開來。鎳用硫酸反萃取，所得萃取劑可循環(huán)利用。