锂离子电池中贵重金属的回收

摘要：新型储能器件锂离子二次电池的正极材料中含有大量的钴，镍等贵重金属元素，尝试将传统的络合法与离子交换法相结合，实现了对材料中的多种金属元素的分离和回收，其中钴镍两种金属的回收率分别达到了84.9％和89.1％，工艺流程简单，是一种可行的回收工艺，对其他工业产品中的类似金属的回收也有参考价值。
关键词：钴；镍；锂离子电池；回收工艺
中图分类号：TM912.9文献标识码：A文章编号：1001-1579（2001）01-0014-002
前言
废旧电池回收成为人类关注的问题。锂离子电池是一种新型的电源，其含有大量的钴镍等贵重金属，如果不实行有效的回收，不但会造成环境的污染而且会造成大量的资源浪费。本文主要研究了该类电池中的钻镍等贵金属的回收处理工艺。
1实验
1.2实验仪器和试剂
弱酸性阳离子交换柱，ARL ICP 3510PC型光谱分析仪，所用试剂均为分析纯。
12实验操作
准确称取10g左右的电极材料样品，在恒温80℃条件下，于400ml浓度为20％的稀盐酸中连续搅拌3h以上，所得的溶解液滤去极少量的白色不溶性残渣，在溶液中加入适量氨水，调节溶液的pH值为4，选择性的沉积出铝的氢氧化物，离心沉降，分液，在上层液中加入过量的含有一定量的NH4Cl的氨水溶液，将溶液的pH值调节为10左右以使金属离子与氨充分络合，连续向溶液中通入纯氧气约30min进行氧化，然后将溶液反复通过弱酸性阳离子交换树脂，使用浓度为0.6mol/L pH值为10的硫酸氨溶液作为洗脱液，选择性的将离子交换树脂上的镍络合物洗脱下来，反复洗脱数次后，换用浓度为2mol/L的硫酸氨溶液作为洗脱液，将三价钻氨络合物洗脱下来。最后使用5％的H2SO4溶液将钻络合物完全洗脱，同时使阳离子交换树脂再生，调节两种洗脱收集液为碱性，加入草酸盐分别将洗脱液中的钻、镍金属回收，回收操作流程如图1所示。
2实验结果及讨论
2.1电极材料的溶解
电极材料及基片中的主要成分为Co2O3，NiO和Al2O3，Al等，其中NiO和Al2O3，Al易溶于中强酸，而Co2O3仅溶于还原性稀盐酸，工作中实验了数种溶液对电极材料溶解作用，结果见图2。结果证明质量分数为20％的稀盐酸在恒温80℃，不断搅拌溶解效果最好，溶解液中3种金属的含量如表1所示。
表1溶解液中不同金属元素的质量分数

图1锂离子电池电极材料中金属回收流程图

图2电极材料在不同溶剂中的溶解效果对比图
电极材料在盐酸中的溶解反应式为：

2.2溶液中铝元素的选择性沉积
将溶液中的极少量白色不溶性残渣滤掉，用氨水中和强酸性溶液，调整溶液的pH值为4，溶液中出现少量白色絮状沉淀，离心沉降，分液，ICP分析实验结果证明白色沉淀为铝的氢氧化物，该操作选择性的将铝元素分离出来，上层清液的成分如表2所示。
表2回收铝后溶液中Ni，Co的质量分数

2.3溶液中的Co2+，Ni2+金属离子转化为氨络合离子
在溶液中过量加入含有一定量（11g）NH4Cl盐的氨水溶液，充分搅拌，溶液中的Co2+，Ni2+分别转化为[Co（NH3）6]2+，[Ni（NH3）6]2+络合离子。由于无法将这两种离子成功地分离，因此通过在溶液中通入氧气的方法将钻的2价络合物[Co（NH3）6]2+氧化为3价络合物[Co（NH3）5（H2O）]3+或[Co（NH3）6]3+，通气时间应该在30min以上以保证反应完全。