鋰離子電池中貴重金屬的回收

廢舊電池回收成為人類關注的問題。鋰離子電池是一種新型的電源，其含有大量的鈷鎳等貴重金屬，如果不實行有效的回收，不但會造成環境的污染而且會造成大量的資源浪費。本文主要研究了該類電池中的鉆鎳等貴金屬的回收處理工藝。
1實驗
1.2實驗儀器和試劑
弱酸性陽離子交換柱，ARL ICP 3510PC型光譜分析儀，所用試劑均為分析純。
12實驗操作
準確稱取10g左右的電極材料樣品，在恒溫80℃條件下，于400ml濃度為20％的稀鹽酸中連續攪拌3h以上，所得的溶解液濾去極少量的白色不溶性殘渣，在溶液中加入適量氨水，調節溶液的pH值為4，選擇性的沉積出鋁的氫氧化物，離心沉降，分液，在上層液中加入過量的含有一定量的NH4Cl的氨水溶液，將溶液的pH值調節為10左右以使金屬離子與氨充分絡合，連續向溶液中通入純氧氣約30min進行氧化，然后將溶液反復通過弱酸性陽離子交換樹脂，使用濃度為0.6mol/L pH值為10的硫酸氨溶液作為洗脫液，選擇性的將離子交換樹脂上的鎳絡合物洗脫下來，反復洗脫數次后，換用濃度為2mol/L的硫酸氨溶液作為洗脫液，將三價鉆氨絡合物洗脫下來。最后使用5％的H2SO4溶液將鉆絡合物完全洗脫，同時使陽離子交換樹脂再生，調節兩種洗脫收集液為堿性，加入草酸鹽分別將洗脫液中的鉆、鎳金屬回收，回收操作流程如圖1所示。
2實驗結果及討論
2.1電極材料的溶解
電極材料及基片中的主要成分為Co2O3，NiO和Al2O3，Al等，其中NiO和Al2O3，Al易溶于中強酸，而Co2O3僅溶于還原性稀鹽酸，工作中實驗了數種溶液對電極材料溶解作用，結果見圖2。結果證明質量分數為20％的稀鹽酸在恒溫80℃，不斷攪拌溶解效果最好，溶解液中3種金屬的含量如表1所示。
表1溶解液中不同金屬元素的質量分數

圖1鋰離子電池電極材料中金屬回收流程圖

圖2電極材料在不同溶劑中的溶解效果對比圖
電極材料在鹽酸中的溶解反應式為：

2.2溶液中鋁元素的選擇性沉積
將溶液中的極少量白色不溶性殘渣濾掉，用氨水中和強酸性溶液，調整溶液的pH值為4，溶液中出現少量白色絮狀沉淀，離心沉降，分液，ICP分析實驗結果證明白色沉淀為鋁的氫氧化物，該操作選擇性的將鋁元素分離出來，上層清液的成分如表2所示。
表2回收鋁后溶液中Ni，Co的質量分數

2.3溶液中的Co2+，Ni2+金屬離子轉化為氨絡合離子
在溶液中過量加入含有一定量（11g）NH4Cl鹽的氨水溶液，充分攪拌，溶液中的Co2+，Ni2+分別轉化為[Co（NH3）6]2+，[Ni（NH3）6]2+絡合離子。由于無法將這兩種離子成功地分離，因此通過在溶液中通入氧氣的方法將鉆的2價絡合物[Co（NH3）6]2+氧化為3價絡合物[Co（NH3）5（H2O）]3+或[Co（NH3）6]3+，通氣時間應該在30min以上以保證反應完全。

2.4絡合物離子在離子交換樹脂上的選擇性吸附及洗脫
將氧化后的溶液通過由弱酸性陽離子交換樹脂組成的離子交換柱，兩種金屬絡合物都被陽離子交換樹脂吸附，3價的[Co（NH3）6]3+絡合物比2價的[Ni（NH3）6]2+吸附系數要大得多。首先使用較稀的硫酸氨（0.6mol/L）為洗脫液，選擇性地將[Ni（NH3）6]2+洗脫下來，然后換用濃度大的硫酸氨溶液（2mol/L以上）作為洗脫液，洗脫吸附系數較大的[Co（NH3）6]3+絡合物，最后使用質量分數為5％的硫酸完全洗脫[Co（NH3）6]3+的同時使陽離子交換樹脂再生，后兩步洗脫得到的[Co（NH3）6]3+絡合物混合在一起備用。ICP方法分析回收液的成分，分離結果令人滿意，其中Co的回收率為89.9％，Ni的回收率為84.1％。回收液成分如表3所示：
表3洗脫回收液中元素Ni，Co的質量分數

2.5金屬的回收
將兩種金屬絡合物的洗脫液分別調整到堿性，加入草酸鈉使鎳、鉆分別以草酸鹽的形式沉淀下來，離心沉降，分離洗滌后備用，回收過程完成。
3結論
使用稀鹽酸溶解了難溶性金屬氧化物Co2O3，利用不同價態的絡合物在陽離子交換樹脂上吸附系數的差別解決了鉆鎳金屬難以分離的難題，實現了Ni、Co、Al的分離回收，整個回收工藝簡單，易操作，為鋰離子電池中貴重金屬的回收提供了新的途徑。
參考文獻：略