鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法
【專利摘要】本發(fā)明介紹的鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法是將從鎳鎘廢電池中分離出的正負(fù)極混合材料和磨細(xì)的軟錳礦放入耐壓并耐硫酸和硝酸腐蝕的容器中，并將硫酸和硝酸泵入該容器，然后密封容器，進(jìn)行鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出。
【專利說明】鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的一種浸出方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳鎘電池是一類廣泛使用的電池，該電池使用報(bào)廢后將產(chǎn)生大量廢電池。由于這類電池含有大量重金屬,若棄入環(huán)境，將對環(huán)境產(chǎn)生很大的直接和潛在危害。鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料主要含鎳、鈷和鎘，三者的總含量高達(dá)80%以上，很具回收價(jià)值。很具回收價(jià)值。目前從鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料中回收鎳、鈷和鎘的工藝主要有火法工藝和濕法工藝。火法工藝得到的產(chǎn)品為合金材料，很難獲得較純的鎳、鈷和鎘。濕法工藝比較容易得到較純的鎳、鈷和鎘。浸出是濕法工藝中必不可少的一個(gè)過程。目前鎳鎘廢電池正負(fù)極混合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，設(shè)備腐蝕大，酸霧產(chǎn)生量大而污染環(huán)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(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物，污染環(huán)境。所有的濕法工藝都存在如何經(jīng)濟(jì)有效地消除此類原料中有機(jī)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(yè)純氧浸出法和混酸加工業(yè)純氧浸出法較好地解決了上述問題，但浸出設(shè)備較復(fù)雜，而且廢電池浸出所需工業(yè)純氧量不大，廢電池處理企業(yè)就地生產(chǎn)工業(yè)純氧自用不經(jīng)濟(jì)，工業(yè)純氧的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用比較麻煩。開發(fā)設(shè)備腐蝕小、浸出率高、成本低、使用方便、基本無環(huán)境污染的鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法具有較大實(shí)用價(jià)值。[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料浸出的問題，本發(fā)明的目的是尋找一種不用昂貴氧化劑，基本無氮氧化物污染的鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法，其特征在于將從鎳鎘廢電池中分離出的正負(fù)極混合材料(包括通過人工或機(jī)械分離出的初級正負(fù)極混合材料、初級正負(fù)極混合材料經(jīng)破碎和球磨或棒磨得到的正負(fù)極混合粉體材料、初級正負(fù)極混合材料或正負(fù)極混合粉體材料經(jīng)堿洗等預(yù)處理得到的較純凈的正負(fù)極混合材料)和磨細(xì)的軟錳礦放入耐壓并耐硫酸和硝酸腐蝕的容器中，并將硫酸和硝酸泵入該容器，然后密封容器，進(jìn)行鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出。浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到所需浸出溶液。浸出溫度為40°C~80°C，浸出的硫酸初始濃度為lmol/L~5mol/L，硝酸初始濃度為5 g/L~20g/L,浸出時(shí)間為Ih~4h,浸出過程進(jìn)行攪拌,攪拌速度40~120r/min。硫酸加入量為加入反應(yīng)容器的正負(fù)極混合材料和軟錳礦中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的101~200%。所用軟錳礦的MnO2含量≥40%，粒徑≤180目。軟錳礦的加入量以MnO2計(jì)為氧化正負(fù)極混合材料中全部金屬態(tài)金屬所需理論量的100%~110%。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:在密閉、軟錳礦和硝酸存在的條件下，硫酸浸出鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料(材料中的鎳和鎘呈金屬和氧化物兩種形態(tài)，鈷呈氧化物形態(tài))時(shí)，金屬鎳生成硫酸鎳的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
Ni + 2HN03 + H2SO4 = NiSO4 + 2N02 + 2H20
3Ni + 2HN03 + 3H2S04 = 3NiS04 + 2N0 + 4H20
NO + MnO2 +H2SO4 = NO2 + MnSO4 +H2O
3N02 + H2O = 2HN03 + NO
2N0 + 3Mn02 + 3H2S04 = 3MnS04 + 2HN03 + 2H20
2N02 + MnO2 + H2SO4 = MnSO4 + 2HN03
總反應(yīng)為:
Ni + 2H2S04 + MnO2 = NiSO4 + MnSO4 + 2H20
金屬鎘生成硫酸鎘的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
Cd + 2HN03 + H2SO4 = CdSO4 + 2N02 + 2H20
3Cd + 2HN03 + 3H2S04 = 3CdS04 + 2N0 + 4H20
NO + MnO2 +H2SO4 = NO2 + MnSO4 +H2O
3N02 + H2O = 2HN03 + NO
2N0 + 3Mn02 + 3H2S04 = 3MnS04 + 2HN03 + 2H20`
2N02 + MnO2 + H2SO4 = MnSO4 + 2HN03
總反應(yīng)為:
Cd + 2H2S04 + MnO2 = CdSO4 + MnSO4 + 2H20
NiO、CoO和CdO發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
NiO + H2SO4 = NiSO4 + H2O
CoO + H2SO4 = CoSO4 + H2O
CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O
Ni2O3和Co2O3發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
3Ni203 + 6H2S04 + 2N0 = 6NiS04 + 2HN03 + 5H20
3Co203 + 6H2S04 + 2N0 = 6CoS04 + 2HN03 + 5H20
利用N O 2對有機(jī)聚合物的強(qiáng)烈腐蝕作用，消除鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料中有機(jī)聚合物對金屬和金屬氧化物的包裹作用，使其能與硫酸充分反應(yīng)，提高了金屬浸出率。
[0006]經(jīng)過上述一系列反應(yīng)，最終使鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料和軟錳礦同時(shí)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在硫酸中不能浸出)等預(yù)處理過程，提高了金屬浸出率，基本避免了氮氧化物污染物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了工藝的清潔化。浸出過程產(chǎn)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(gè)浸出過程在微正壓下進(jìn)行，易于工程應(yīng)用。
[0007]相對于現(xiàn)有方法，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料和軟錳礦同時(shí)浸出，可提高金屬浸出率和硫酸與硝酸的利用率，不需要另外使用氧化劑；設(shè)備簡單，易于工程應(yīng)用；基本避免了污染物氮氧化物的產(chǎn)生，從而不需要氮氧化物的污染治理，省去了污染治理費(fèi)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
[0008]具體實(shí)施方法
實(shí)施例1:將100g鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料(含鎳43.5%、鈷2.3%、鎘40.2%)和磨細(xì)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的襯鈦壓力反應(yīng)釜中，加入3.0moI/L的硫酸950ml，加入硝酸6g(以HNO3計(jì))，在50°C~60°C下攪拌(攪拌速度為80r/min)浸出3小時(shí)，浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到920ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)。反應(yīng)尾氣約0.5L，氮氧化物濃度為2.3 mg/m3。鎳、鈷、鎘和錳的浸出率分別為98.6%和97.7%,99.2%和97.7% (按進(jìn)入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷、鎘和錳計(jì)算)。
[0009]實(shí)施例2:將500g鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料(含鎳43.5%、鈷2.3%、鎘40.2%)和磨細(xì)的軟錳礦(粒徑200目，MnO2含量45%，加入量為理論量的103%)加入容積為5L的襯鈦壓力反應(yīng)釜中，加入3.5mol/L的硫酸4.5L，加入硝酸40g(以HNO3計(jì))，在60°C~70°C下攪拌(攪拌速度為70r/min)浸出3，5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到4.2L浸出溶液(不包括浸出洛洗漆水)，反應(yīng)尾氣約0.5L,氮氧化物濃度為3.5 mg/m3。鎳、鈷、鎘和猛的浸出率分別為98.8%,98.5%,99.4%和99.1% (按進(jìn)入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷、鎘和錳計(jì)算)?！?br> 【權(quán)利要求】
1.一種鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法，其特征是將從鎳鎘廢電池中分離出的正負(fù)極混合材料和磨細(xì)的軟錳礦放入耐壓并耐硫酸和硝酸腐蝕的容器中，并將硫酸和硝酸泵入該容器，然后密封容器，進(jìn)行鎳鎘廢電池正負(fù)極混合材料的浸出，浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到所需浸出溶液，浸出溫度為40°c~80°C，浸出的硫酸初始濃度為lmol/L~.5mol/L,硝酸初始濃度為5 g/L~20g/L,浸出時(shí)間為Ih~4h,浸出過程進(jìn)行攪拌,攪拌速度40~120r/min，硫酸加入量為加入反應(yīng)容器的正負(fù)極混合材料和軟錳礦中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的101~200%，所用軟錳礦的MnO2含量≥40%，粒徑≤180目，軟錳礦的加入量以MnO2計(jì)為氧化正負(fù)極混合材料中全部金屬態(tài)金屬所需理論量的100%~110%。
【文檔編號(hào)】C22B17/00GK103667722SQ201310736620
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】龍炳清, 鄧國海, 陳建文 申請人:四川師范大學(xué)