廢舊電池回收成為人類關(guān)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(huán)境的污染而且會造成大量的資源浪費(fèi)。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(zhǔn)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(xù)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)為10左右以使金屬離子與氨充分絡(luò)合，連續(xù)向溶液中通入純氧氣約30min進(jìn)行氧化，然后將溶液反復(fù)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(luò)合物洗脫下來，反復(fù)洗脫數(shù)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(luò)合物洗脫下來。最后使用5％的H2SO4溶液將鉆絡(luò)合物完全洗脫，同時使陽離子交換樹脂再生，調(diào)節(jié)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(jié)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(qiáng)酸，而Co2O3僅溶于還原性稀鹽酸，工作中實驗了數(shù)種溶液對電極材料溶解作用，結(jié)果見圖2。結(jié)果證明質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)

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(yīng)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(qiáng)酸性溶液，調(diào)整溶液的pH值為4，溶液中出現(xiàn)少量白色絮狀沉淀，離心沉降，分液，ICP分析實驗結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3溶液中的Co2+，Ni2+金屬離子轉(zhuǎn)化為氨絡(luò)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?jǐn)嚢?，溶液中的Co2+，Ni2+分別轉(zhuǎn)化為[Co（NH3）6]2+，[Ni（NH3）6]2+絡(luò)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(luò)合物[Co（NH3）6]2+氧化為3價絡(luò)合物[Co（NH3）5（H2O）]3+或[Co（NH3）6]3+，通氣時間應(yīng)該在30min以上以保證反應(yīng)完全。

2.4絡(luò)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(luò)合物都被陽離子交換樹脂吸附，3價的[Co（NH3）6]3+絡(luò)合物比2價的[Ni（NH3）6]2+吸附系數(shù)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(shù)較大的[Co（NH3）6]3+絡(luò)合物，最后使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(luò)合物混合在一起備用。ICP方法分析回收液的成分，分離結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.5金屬的回收
將兩種金屬絡(luò)合物的洗脫液分別調(diào)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(jié)論
使用稀鹽酸溶解了難溶性金屬氧化物Co2O3，利用不同價態(tài)的絡(luò)合物在陽離子交換樹脂上吸附系數(shù)的差別解決了鉆鎳金屬難以分離的難題，實現(xiàn)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(xiàn)：略