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从废弃镍氢电池中回收有价金属的研究

作　者: 刘冰
导　师: 梅光军
学　校: 武汉理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 废弃镍氢电池浸出有价金属稀土复盐
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 418次
引　用: 5次
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内容摘要

随着镍氢电池大量使用和废弃，其管理和最终处置成为一个迫切需要解决的问题。在众多处置方案中，再生处理是目前的研究焦点，同时也是最具发展前途的方案：它不仅可以解决报废镍氢电池所带来的一系列环境问题，而且通过对电池中有价金属的再生回收、循环利用，有效地缓解了资源的紧张，做到了可持续发展，因此成为电子废弃物处理与控制的最佳途径。本文总结归纳并比较了目前废弃镍氢电池再生处理的火法冶金、湿法冶金和其它相关的技术，在此基础上提出了基于酸性浸出和化学沉淀法联用的湿法冶金处理工艺：镍氢电池负极板中的Ni（OH）₂-RE合金在稀硫酸中浸出，浸出液中的稀土RE³⁺采用稀土复盐沉淀法进行分离、回收，滤液中的镍钴元素以NaOH共沉积法生成含Co型Ni（OH）₂。通过对稀土元素和镍钴元素的综合回收，不造成有价金属元素的流失，与有机溶剂萃取法和离子交换树脂法相比，流程简单、回收率高、无二次污染，是一种经济、环保的绿色技术。通过Ni（OH）₂-RE合金电极在硫酸中的浸出正交实验，分析了硫酸浓度（C）、固-液比（S／L）、浸出时间（t）、搅拌强度（I）等因素对稀土元素RE浸出率的影响，找出了最佳浸出条件：C=1.5mol·L^-1、t=60min、S／L=1：10、S=600r／min。在该最佳条件下，RE的浸出率为92.5％，Ni的浸出率可达98％。基于稀土硫酸盐和无水硫酸钠发生特性反应，生成稀土复盐沉淀的原理，浸出液中的RE³⁺用无水硫酸钠沉淀法进行回收。经正交实验分析，在投加比为1：3，pH=2.0，温度为60℃时，沉淀效果最好。原子吸收光谱法分析测定，浸出液中稀土元素回收率可达94.6％；XRD分析表明，沉淀结晶所得产物为稀土复盐RE₂（SO₄）₃Na₂（SO₄）₃·6H₂O，晶型态结构为NaLa（SO₄）₂（H₂O）和NaCe（SO₄）₂（H₂O），纯度达到96.6％。基于不同pH值条件下，Ni元素离子能与NH₃·H₂O生成络合物及与NaOH发生沉淀反应的原理，得到Ni（OH）₂沉淀。经原子吸收光谱法测定，镍和钴元素综合回收率分别为98.4％和98.2％，XRD分析确定产品为无定型含Co型Ni（OH）₂。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章引言  10-15
  1.1 镍氢二次电池的发展概况  10-12
    1.1.1 镍氢二次电池的分类  10-11
    1.1.2 镍氢二次电池的结构  11
    1.1.3 镍氢电池的充放电原理  11-12
  1.2 废弃镍氢电池处理回收的背景  12-13
    1.2.1 废弃镍氢电池再生利用的主要目的  12-13
    1.2.2 目前再生处理存在的主要问题  13
  1.3 本文的主要研究目标和内容  13-14
  1.4 本研究的意义和创新之处  14-15
第2章废弃电池的再生利用技术发展现状  15-22
  2.1 废弃电池的处置方案  15
  2.2 废弃电池的回收利用现状  15-20
    2.2.1 收集系统  15-16
    2.2.2 分类系统  16-17
    2.2.3 再生工艺的研究现状  17-20
      2.2.3.1 选矿技术  17
      2.2.3.2 火法冶金处理  17-18
      2.2.3.3 湿法冶金技术  18-20
  2.3 再生处理技术存在的问题与不足  20-22
第3章 NiMH电极负极板浸出实验  22-32
  3.1 实验原料、试剂、仪器和设备  22
  3.2 浸出前准备  22-23
    3.2.1 预处理  22-23
    3.2.2 样品元素含量分析  23
  3.3 硫酸浸出实验  23-29
    3.3.1 实验方案  23
    3.3.2 正交实验设计  23-24
    3.3.3 RE吸光度的测定  24-25
    3.3.4 浸出实验结果  25-26
    3.3.5 结果主影响因素分析与讨论  26-28
    3.3.6 结论  28-29
  3.4 次影响因素的分析  29-32
    3.4.1 温度的影响  29-30
      3.4.1.1 实验方案  29
      3.4.1.2 实验结论及讨论  29-30
    3.4.2 界面面积的影响  30-31
      3.4.2.1 实验方案  30
      3.4.2.2 实验步骤  30
      3.4.2.3 结论与探讨  30-31
    3.4.3 次影响因素小结  31-32
第4章 NiMH电极浸出动力学  32-38
  4.1 多相反应动力学  32-33
    4.1.1 固-液相反应的特征  32
    4.1.2 固-液相反应的速度及分类  32-33
  4.2 固-液多相反应过程  33-36
    4.2.1 化学反应过程动力学  33-34
      4.2.1.1 浓度对化学反应速度的影响  33
      4.2.1.2 温度对化学反应速度的影响  33-34
    4.2.2 固-液反应的扩散理论  34-35
      4.2.2.1 扩散理论  34-35
      4.2.2.2 扩散过程与化学反应过程动力学的关系  35
    4.2.3 界面几何形状对动力学的影响  35-36
  4.3 NiMH电极负极板的浸出过程  36-38
第5章沉淀法回收浸出液中稀土离子的研究  38-47
  5.1 稀土元素回收  38-44
    5.1.1 稀土元素的性质  38
    5.1.2 镍氢电池负极极板中稀土元素的分离原理  38-39
    5.1.3 实验方案  39
    5.1.4 正交实验设计  39-40
    5.1.5 回收实验结果  40
    5.1.6 正交实验结果分析与讨论  40-42
      5.1.6.1 主影响因素分析  40-42
      5.1.6.2 结论  42
    5.1.7 次因素分析  42-44
      5.1.7.1 溶液中其它离子影响因素分析  42
      5.1.7.2 氢离子浓度对析出稀土复盐效果的影响  42-43
      5.1.7.3 其它金属离子浓度对镍、钴在稀土复盐中含量的影响  43
      5.1.7.4 氢离子浓度对镍钴在稀土中含量的影响  43-44
  5.2 稀土复盐产品成分分析  44-47
第6章从滤液中回收含CO型Ni(OH)_2的研究  47-51
  6.1 含Co型的Ni(OH)_2回收实验  47-49
    6.1.1 实验原料分析测试仪器  47
    6.1.2 实验设计方案  47-48
    6.1.3 去除滤液中杂质离子  48-49
      6.1.3.1 针铁矿法除铁  48
      6.1.3.2 氟化钠除钙镁  48
      6.1.3.3 过硫酸铵除锰  48-49
    6.1.4 含Co型的Ni(OH)_2回收  49
  6.2 结果分析与讨论  49-51
    6.2.1 除杂效果分析评价  49
    6.2.2 镍钴沉淀产品成分分析  49-51
第7章结论与展望  51-53
  7.1 结论  51
  7.2 展望  51-53
参考文献  53-57
致谢  57

从废弃镍氢电池中回收有价金属的研究

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