镉镍废电池中金属镍镉浸出行为的研究.pdf

筇 I 6 卷舒 I 蚓 2 0 0 2年 3 J J 邑人学学 自然科学版 J OUR NAL r W UYI UNI VERS I T Y f Na t u r a l c i c n c E d i t i o n Vo 】】 6 No ． I Ma 2 0 0 2 文 章编 号 1 0 0 6 7 3 0 2 2 0 0 2 0I 一 0 0 2 】 一 0 4 镉镍废电池中金属镍镉浸出 行为的研究 康思琦 ‘ ，周斌 ，罗爱平 。 I ． 五 邑人学化 学 环境T程 系 广 东江 门5 2 9 0 2 0 ； 2 ．1灭评人学化学 系 灭 3 0 0 0 7 2 摘 要 研究 了镉镍废 电池在 盐酸和硫醢体 系中， 温度和浸出液浓度对镍镉浸 出行为的影响． 结 果表 明，金属镉在稀 盐酸和稀硫 酸 中溶解速 度快 ，在短 时间内可以完全浸 出，而镍在 6 ． 0 mo l ／ L HC I 溶液中温度为 6 O ～7 O℃时基本上可 以完全浸出． 关键词 镉镍电池；浸出；镍；镉 中图分类号T F l I I 3 rl 文献标识码 A 镉镍二 次电池在我国占有大量的市场， 但是废 旧纳镉镍二次电池如不加以回收利用 ， 不仅会 对环境造成严重污染，也会对人体造成危害⋯．镉镍电池的正极物质主要包括发泡镍 、氢氧化 镍 、少量的添加剂[ 2 1 ，负极物质主要包括不锈钢带 、氢氧化镉等其它微量的漆加剂，它们既含 有较高价值的元素 ，任意排放又会对环境造成严重破坏，因此对废旧镉镍电池进行回收利用具 有重要的意义． 曾有报道 ，用硫酸溶液米溶解废旧镉镍l也 池中的镍镉钴的研究 4 1 ，但是浸出效果都不令人满 意．本文通过镉镍废电池在盐酸和硫酸溶液中舳溶解浸出行为， 韧 f 究温度和浸出液浓度对金属镍镉 浸出牢的影响，找d I 最佳的溶解丁艺条件，为进一步分离镍镉，制备化T产 提供理论依据． ] 实验部分 1 ． 1试 剂 与仪 器 实验用 式剂 硫酸 、盐酸 、硝酸 、乙二拨四乙酸-- vq 、紫脲酸胺 、氨水 ．P A N指示剂 、氯 化铜等 均为化学纯 ． 实验用仪器 D 4 0 2 F型电动搅拌机 、H H S 1 1 2 恒温水浴锅 1 0 1 A一 2 恒温干燥箱 1 ． 2 实验 方 法与 流程 将镉镍废电池锯开 、去掉外壳 ，用水洗去碱澉 ，干燥屙破碎 ，放干燥 ⋯ 『 I 符用．浸出实验 在 2 0 0 mL溶液l 『 进行 ， 机械搅拌 ， 恒温水浴加热 ， 定时分析浸液中金属含量1 5 I ． 分析渣 『 I 含量 ， 分别计算金属纳浸f I 牢． 所用试剂用去离子水配制． 实验流程如 1 所示． 臣 口一回一圈一 回一 圈一回 图 1 镉 镍废 电池 浸 出 实验流 程 图 收 稿 日期 2 0 0 】 ． 0 5 ， 2I 作 者简 介 康 琦 I 9 5 7 ． ．男 江 ． 如 东人 ．教授 ．土 从 事二破 治 及 综 合利 用研 究 维普资讯 五邑大学学报 自然科学 版 2 结果与讨论 2 ． 1 硫酸体 系对镍镉浸 出行为的影响 2 ． 1 ． 1温度 对镍镉 浸 出行 为 的影 响 图 2表示 在 6 ． 0 mo l ／ L H 2 S O4 溶 液 中， 不同的温度下经过 3 h 的浸出． 镍 的浸 出率与时间的关系． 从网中 可 以看出，温度对镍 的浸出率有一定 的影响， 但是最终浸出率都不是很高， 1 0 0 莲 。 0 兰 6 0 4 0 2 0 z 0 0 3 0 6 0 9 0 l 2 0 l 5 0 I 8 0 时间／ rai n 图2 6 ． 0mo [／ 1．． S O 一 溶液中温度对镍的漫出率的影响 即使在 7 0℃，反应 3 h 后，浸出率也只能达到 7 0 ％左右， 说明镍不易溶于浓硫酸溶液中，这是因 为镍在硫酸溶液 中的浸出反应受扩散步骤控制，在浓硫酸溶液中生成的产物膜阻碍了反应的继 续进行1 ．这与前人 的研究结论是相符的， 周 3表示在 0 ． 1 mo l ／ L H 2 S O 4 溶 液 中，经过 3 h的反应后 ，温度对 镉浸出率的影响．从罔中可以看 出 ，在 5 0 ℃时 ，经过 1 h反应后 ， *‘ n 镉基本上能完全浸出，即使在室温 4 0 下 ， 经过 2 h的溶解反应 ，镉也能 弓2 0 完全浸出，说明温度对镉的浸出率 影响不是很大 ；另外从网 3也可以 看 出，在开始一段时间反应很快 ， 幽3 以后趋于平缓 ，这与随着反应的进 0 3 0 6 0 9 0 I 2 0 lI 寸 问／ rai n 0 1 mO V I．． H S O 。 溶液中温度对镉的浸出率的影响 行 阿体表面积减少有关I 1 】 ，『否 f 体表面处氢离子迅速减少，溶液中氢离子浓度向同体表面扩散速度 跟不上化学反应速度 ，浸出反应由扩散步骤控制， 2 ． 1 ． 2硫 酸 浓度对镍镉 浸 出反应 的影 响 冈 4是在 6 0 条件下 ，不同的硫酸浓度溶液中，经过 3 h的溶解 ，镍的浸出率与硫酸浓度 的关系 线． 从周中可看 出，硫酸浓度的变化对镍的浸出行为影响不大 ， 硫酸浓度低 ， 镍的浸 出率反而稍微升高，但是升高幅度不大，而 日 壤 终浸出率都不超过 8 0 ％，原因与上面的分析是 一 致的，说明镍不易溶于硫酸溶液中． 网 5是在温度为 3 0 时，不同的硫酸浓度溶液中，镉的浸出率与时间的关系lI }f 线．南网中 1 0 0 芝8 0 兰 6 0 孳 z O 0 ． 5 1 3 4 ． 5 6 硫 磺 浓 度／ mo i ／ L 1 图 4 3 0 ℃ 时 硫 酸浓 度对 镍 的浸 出率的 影 响 尊 -J 。 I。。-。。。x。。。-。。。。0。 ’,。1。’m’。。。o’。’l。／ L l 0 ．5 m 0 忆l I 竺 Q Q l 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 时 IUq ／ mi n 图 5 3 0 ℃ 时硫酸 浓 度 对镉 的 浸 出率 的 影响 维普资讯 第 1 6 卷第 1 J 小思琦等镉镲废电池中金属镍镉浸出行为的研究 2 3 可见 ，随着硫酸浓度的升高，镉的浸出牢也跟着-S I‘ 高，尤其在 3 0 m o l／ L H 2 S O 4 溶液 中．反应不 到 0 ． 5 h ，镉就基本上完全浸 出；但是 ．即使在 0 ． 5mo l ／ L H2 S O 4 溶液中 ．经过 2 h的反应 ，镉也能 基 本完全浸出．这说明镉很容易溶解在硫酸溶液中， 2 ．2盐酸体系对镍镉浸出反应的影响 2 2 ． 1温度对镍 镉浸 出率的影 响 罔 6是在 6 ． 0 mo l ／ L H CI 溶液 中， 不同温度下镍的浸出率与时间的关系 曲线，南图中可以看出， 温度对镍浸 出率的影响比较大， 随着温度的升高 ． 镍的浸出率也跟着升高；2 0 时，经 过 3 h 反应 ． 镍的浸出率只能达到 6 0 ％， 而在 7 0 时 ，经过 2 h的反应 ． 镍基 水上完全浸出，这说明镍在盐酸溶液 中的浸出反应是 『 h 表面化学反应步骤 所控 制的， 罔 7 是 在 6 ． 0 mo l ／ L HCI 溶液 中 ． 不同温度下镉的浸出率与时间的关 系I } } { 线， 从 罔中可见 ， 温度 对镉 的浸 出行为影响很小 ， 即使在 2 0 的条 件 下 ，经过不到 1 h的反应 ． 镉 也基 本上能完全浸 出．这是 因为镉在盐 酸溶液 中的溶解反应是受扩散步骤 所控制 的． 2 2 2 盐酸 的 浓度 对 镍镉 浸 出率 的 影 响 罔 8是在 6 0 时 ， 在 不 同的盐 酸浓 度溶液 中 ，经过 3 h的浸 出反 应 ， 镍 的浸 出率与盐酸浓度的关系f}}1 线．m罔中可 见，盐酸浓度对镍浸出率影响比较大 ， 在 6 ． 0 mo I／ L H Cl 溶液 中，镍基奉上可以 完全浸出，而在 】 m o I／ L H C ] 溶液中，镍 的浸出率不到 8 0 ％．这进一步说明镍在 盐酸溶液中的溶解反应是南表面化学反 应步 骤所 控制 的． 嗣 9是在 3 0 肘 ， 盐酸的浓度对镉 浸 出率 的影响 曲线．从 罔 中可见 ，盐 酸 * 二 U 1 0 0 婆 8 0 量 6 0 4 0 z 2 0 0 0 3 0 6 O 9 0 I 2 0 I 5 0 I 8 0 时问， mi n 图 6 6 0 mo l ／ L HC l 溶液申温度对锦的浸出率的影响 I 3 0 ℃l I 5 o℃ l I Q 兰I 时问， mj n 图 7 6 ． 0 mo 1 ] L HC [ 溶液中温度对镉的浸出率的影响 基 苷 _ 一 Z 0 ． 5 I 3 4 5 6 限 限度／ mo l ／ L 图 8 6 0 ℃时盐酿浓度对锦浸出率的影响 浓度对镉浸出行为影响不是太大，随着盐酸浓度的升高 ，镉的浸出率略有升高；另外根据网 9 也可以看出，在开始很短时间内，镉的浸出率就能达到 9 5 ％以上，反应 1 h后，镉就基本上可 以完全浸出，说明镉很容易溶解于盐酸溶液中．也进一步说明镉在盐酸溶液中的反应是南扩散 步骤所 控制 的． 维普资讯 2 4 五邑大学学报 自然科学版 3 结论 1 在硫 酸和盐酸 溶液 中 ， 浸 出温度 和浸 J l 液浓度对镉 缦 出率影响不是很大，说明镉较 容易溶解于稀盐酸和稀硫酸溶 液 中． 2在 盐 骸 熔液 中 ，浸 山 温度和盐酸浓度对镍的浸山率 影 响很 大 ，蹦着 浸出温度 和浓 誉 * 勺 U 00 9 5 9 0 8 5 8 O 一 ． ． ． 。 0 0 3 0 6 0 9 0 I 2 O 时IH J ／ mi n 图 9 3 0 ℃时盐酸浓度对镉浸出率的影响 度的升高 ，镍的浸出率也跟着升齐 ，在 6 ． 0 m o ] ／ L H C I 溶液 1 ] ，7 O o c 时镶基本上能完仝浸出． 3在硫酸溶浊 【 fJ ，随着浸出温度升高 ，镍浸出率也7 1’ 高 ，但是升高幅度不大 ，即使 在 6 ． O m o I／ L H 2 S O 4 溶液中，7 0 ℃时反应 3 h ，镍浸山率也只有 7 0 ％，硫酸浓度对镍浸出率影响也不 大 ．浸出率都不超过 8 0 ％ ． 4 对废镉镰电池l 】 ] 金属镍镉的浸出，J 『 ] 6 ． 0 mo I ／ L H C I 溶液，在 7 0 ℃条件下，经过 2 h浸出 反应，基本上可使镍镉完全浸出． 参考 文献 【 1 ]聂永丰．j废处 翻 j 土术手册[ M1 ．北京化学 I 业 小版礼 ，2 0 0 0 【 2 ]郭炳 ，李新海 ．畅松青 ，编著化学电 一 } 乜池原理及制造技术【 Mj ，长沙 ；中南 l 业大学出版李 2 0 0 0 【 3 ]No g u c i r a ．C A ；D e l ma s ， Nc w fl o w s h c e t f o r t h e r e c o r e O , o J Ca d mi u m，c o b a l t a n d n i c k e l f r o m s p e n t Nj - c d b a t t e r i e s b y s o l v e n t e x t r a c t i o n 【 J ] ． I I g d r o mc t a l I u r g y ，I 9 9 9 ．5 2 3 J 2 6 7 - 2 8 7 【 4 ]徐承坤，程玉存．⋯彦文．镉镍废电池湿浩 收 I ． 艺I J 1 也 拔术 ．2 0 0 1 ，2 5 { I 3 2 ． 3 4 【 5 ]陈必友 厂分析化学手 册[ M] ．北京J 防 I 。 业 山版} ．I 9 9 2 【 6 ]镣承坤，⋯彦文，张玉器镉镍废电池巾镍乖j 钻的程出动力学【 J 1 ，有 色金属 ，2 0 0 0 ，5 2 3 7 0 ． 7 3 【 7 ]⋯彦文，徐承川I ，张丽君 ，等废镉镍l 也池小镉的选择性浸 出【 J J ，化 I 冶金 ，I 9 9 9 ，2 0 3 2 9 5 ． 2 9 7 ． Le a c h i n g o f Ni - Cd f r o m s p e n t Ca d mi u m -Ni c k e l b a t t e r i e s KANG S i ． q i 。 ， Z HOU Bi n ．LUO Ai ． pi n gI D c p t o f C h c m ＆ E n v ． E n g ． Wu y i U n i v，l i a n g ma n Gu a n g d o n g 5 2 9 0 2 0 ，Ch i n a ； 2 D e p a r t me n t o f C h e mi s t r y I i a n j i n Un i v e r s i t y ． ，T i a n i i n 3 0 0 0 7 2．C h i n a Ab s t r a c t Th e l e a c h i n g b e h a v i o r o f Ni - Cd o f u s e d Ca d mi u m Ni c k e l b a t t e r y i s s t u d i e d i n t h i s p a p e r ． Th e e f f e c t of t e mp e r a t u r e a n d s o l u t i o n c o n c e n t r a t i on o n t h e l e a c h i n g o f Ni a n d Cd i n H2 S O{or HC I s ol u t i o n wa s i n v e s t i g a t e d ． E x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t i t i s v e r y e a s y a n d qu i c k f o r Cd t o s ol v e i n di 】 u t e HC] a n d H2 S O4 s o l u t i o n， a n d t h a t l e a c h i n g p e r c e n t a g e o fNi i s h i g h e r i n HCI t h a n i n H2 S O{ s o l u t i o n ， Th e c o mpl e t e l y l e a ch i n g o fNi - Cd c a n b e r e a l i z e d i n 7 0 ， 6 ． 0 mo l ／ LHCI s o l u t i o n ． Ke y wo r d s Ca d mi u m- Ni c k e l b a t t e r i e s l e a c h i n g； Ni ； Cd 维普资讯