从废弃镍基电池中回收有价金属的研究进展

摘要：随着电子产业迅猛发展，废弃电池已成为重要的污染源，在废弃的二次充电电池中，镍基电池约占60％～80％，这些电池中含有大量镍、钴、铁、不锈钢等有用成分，而且某些金属成分在自然界中还是稀有资源，对废旧镍基电池回收利用的研究是非常有价值的，本文介绍了从废弃镍基电池中回收利用有价金属的研究进展，着重介绍了火法冶金技术、湿法冶金技术及其他新技术从废旧镍镉电池、废旧镍氢电池中回收利用有价金属的研究，最后对现有的废弃电池回收体系提出了建议。
关键词：镍镉电池；镍氢电池；有价金属；回收
中图分类号：TF11文献标志码：A
随着电子产业迅猛发展，废弃电池已成为重要的污染源。在现实生活中，一次废弃电池回收率不超过2％，手机、电脑废电池则无人问津。而手机、电脑及其他数码产品的电池都是常用的二次电池，产品由20世纪80年代的镍镉电池、20世纪90年代初的镍氢电池发展到目前的锂离子电池[1-3]，产品不断更新换代，制造技术工艺不断推陈出新，但电池的使用寿命一般为2～3年，在废弃的二次充电电池中，镍基电池占了大约60％～80％，这些电池都包含了一些昂贵的或有毒的成分，必须回收以减轻对环境可能造成的危害。废弃电池污染环境，又浑身是宝，回收废弃电池既可以减轻环境污染，又可以再次创造价值。例如，镍氢电池中含有氢氧化镍、稀土储氢合金，镍镉电池中含有氢氧化镍和有毒的氢氧化镉[4]，将它们回收既有经济效益又有社会效益。
废弃镍基电池是一种“放错了地方的资源”，其中含有大量镍、钴、铁、不锈钢等有用成分，而且某些金属成分在自然界中还是稀有资源，若是将其随意丢弃，将造成资源的极大浪费[5-7]。
1废弃镍镉电池回收利用技术
镍镉电池由两极组成，正极活性材料为氢氧化镍，并加进石墨或镍粉以增加其导电性，负极使用的活性材料是海绵状金属镉，电解质为氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液，聚酞胺无纺布等作为隔离层，外壳为塑料或镀镍钢壳。镍镉电池中含有大量有价值的金属元素（每千克废电池中含Ni 116～556g；Cd 11～173g；K 14～35g等），如能进行再生利用，不但节约了有限的资源，而且避免了对环境的污染。我国属于贫镉国家，发展镍镉电池的再生利用技术就更加重要。
废旧镍镉电池的回收方法主要有火法冶金法[8-9]、湿法冶金法[10-14]及其他新技术。
1.1火法冶金回收利用技术
火法冶金是使废镍镉电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解、挥发及冷凝的过程，具体流程见图1。火法冶金包括常压冶金和真空冶金蒸馏法。
1.1.1常压冶金
镉的沸点远远低于铁、钴、镍的沸点，所以可以将经过预处理的废镍镉电池在还原剂（氢气、焦炭等）存在的条件下，加热至900～1000℃，使金属镉以蒸汽的形式存在，然后镉蒸汽（在喷淋水浴中、蒸馏器等设备中）经过冷凝来回收镉，铁和镍作为铁镍合金进行回收。
日本的关西触媒化学公司是将废镍镉电池在900～1200℃的条件下进行氧化焙烧，使之分离为镍烧渣和氧化镉的浓缩液，从而实现镉与镍、铁的资源回收[15]。

图1废镍镉电池火法处理工艺
1.1.2真空冶金蒸馏法
真空冶金蒸馏法是利用物质汽化温度随压力升高而降低的原理实现的。金属镉常压下沸点为765℃。在0.01Mbar的沸点为250℃。而镍的沸点高达2920℃，即使气压降低，汽化温度仍比镉高好多，所以可以实现Cd、Ni分离。该方法优点是回收率高，纯度高，对环境影响小，不足的之处是设备投资高，国内还没有厂家采用此法实现镉镍回收。
火法冶金流程比较简单，难以获得高价值的回收产品，没有对其他有价值的金属，例如镍、钴等进行有效的回收，而且能量消耗很大。因而从经济角度和资源回收角度来看，还有不完善的地方。
1.2湿法冶金回收利用技术
湿法冶金的原理是基于废弃镍镉电池中的金属及其化合物能溶解于酸性、碱性溶液或某种溶剂，形成溶液，然后通过各种处理，如选择性浸出、化学沉淀、电解、溶剂萃取、置换等手段使其中的有价金属得到资源回收。