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废旧镍氢电池回收再利用研究

技术资料 | 来源:中国废旧物资网 | 作者:[db:作者] 发布日期:2017-08-16 查看次数:608

核心提示:  电池作为种能量储备装置,广泛存在于各种电子产品中,随着公众对电子产品需求的增加,电池的消费量也逐渐增多。在美国和欧洲,据估计每年可消费80亿颗电池;在日本,仅2004年,就生产和消费了60亿颗电池

  电池作为种能量储备装置,广泛存在于各种电子产品中,随着公众对电子产品需求的增加,电池的消费量也逐渐增多。在美国和欧洲,据估计每年可消费80亿颗电池;在日本,仅2004年,就生产和消费了60亿颗电池;在巴西,每年几乎要使用10亿颗电池'在中国,电池的报废量更是惊人,每年报废约100亿颗废电池,重量约30万t;如果这些电池不加任何处理集中填埋起来,将使100亿m3的水体遭受污染,使近4000km2的土壤丧失使用功能。可见,废旧电池如果不加处置任意丢弃,会对环境造成巨大的危害。

  因此,我们必须采取定的处理手段对废旧电池进行回收再利用。

  镍氢电池作为一种“绿色环保电池”是在镍镉电池的基础上发展起来的,它和镍镉电池、锂离子电池―样,属于二次电池。镍氢电池虽然不含汞、隔、铅等对环境产生极大危害的重金属元素,但含有大量的镍、钴等金属元素。金属镍具有致癌性,对水生生物有明显的危害,中毒的症状是皮炎、呼吸器官障碍和呼吸道癌。而金属钴渗透性很强,极易进入皮肤内层,产生红细胞过多症,引起肺部病变和肠胃损害,也具有致癌性。若把废旧镍氢电池混入生活或工业垃圾一起填满或随意丢弃,经过长期的机械磨损和腐蚀,镍钴等金属元素和电解质溶液可以渗出,造成严重的镍钴污染。危害到大气、土壤、水体,最终影响到人类身体健康。另外,镍氢电池中含有的镍、钴和稀土金属CrE等为稀缺、用途广泛、品位低、价值较高的有价金属。

  如果对镍氢电池中这些有价金属进行合理的回收利用,不仅可以减少环境污染,而且可以节约资源。因此,从废旧镍氢电池回收有价金属,实现废物循环利用,具有重要的现实意义。本文结合近年来的相关研究对废旧镍氢电池回收再利用进行分析研究,重点评述了镍氢电池的结构、工作原理,当前主要的回收技术及其影响因素,并对未来镍氢废旧电池的回收利用进行了展望,以期为研发高效环保的废弃镍氢电池回收再利用新技术提供。

  1镍氢电池结构及工作原理1.1镍氢电池结构镍氢电池主要由正极、负极、隔膜纸、碱性电解液、正负极集流体、安全阀、密封圈、不锈钢顶盖、外等组成。正极活性物质主要为氧化镍或氢氧化镍NiCoH〕,在其表面覆盖有钴或氢氧化钴(c(H〕;负极活性物质主要为贮氢合金材料组成,贮氢合金是由易生产稳定氢化物的元素A(La、Zr、Mg、V、Ti等)与其他元素B(Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al等)组成的金属化合物。目前研究的储氢合金材料主要有稀土-镍系(AB型、钛镍系(AB〕型、稀土-钛铁系(AB)型和稀土-镁系(A2B)型4种类型,其中AB5系列和AB2系列合金目前的市场占有率最高。电解液成分主要为KOH和少量的LiOH隔膜多采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等,常用聚丙烯和聚酰胺制成,可以有效防止电解液的泄漏。

  主要化学成分组成见表1.表1镍氢电池化学成分化学成分镍钴铁锌铜锰钾稀土金属其他含量/°%注:铁包括金属外壳;稀土金属指镧、铈、镨和铷等的均值。

  1.2工作原理镍氢电池充电时,正极上的NiOH2转化为NiOOH,电极表面的水分子会在负极上还原成氢原子,氢原子吸附在电极表面上形成吸附态的MH,再扩散到负极贮氢合金内部而被吸收形成固体MH.当溶解于贮氢合金相中的氢原子越来越多,氢原子将于合金反应,形成的P-MH在合金中扩散慢,扩散成为充电过程的控制步骤。

  放电时,NiOOH得到电子转变为Ni(OH2,MH内部氢原子扩散到表面形成吸附态的氢原子,再发生电化学反应形成贮氢合金和水分子。氢原子的扩散步骤仍然是负极放电过程的控制步骤。其充放电过程各电极反应如下:总反应:MH+NiOOH――M+Ni(OH2M为储氢合金,MH为吸附了氢原子的储氢合金。最常用储氢合金为LaNis. 2镍氢电池回收处理技术目前国内外回收再利用废弃镍氢电池的技术主要包括机械回收法、火法冶金、湿法冶金、生物冶金法、正负极分开处理技术、废旧镍氢电池再生技术。表2总结了利用这些方法有效回收再利用废弃镍氢电池中有价金属的案例。

  2.1机械回收法机械回收处理技术也可称为选矿技术,通常作为火法冶金和湿法冶金的预处理步骤或补充。主要是根据物质的密度或比重、导电性、磁性和韧性等差异来回收废旧电池,其步骤主要包括分类、磁选、拆解、破碎等。机械法处理废弃镍氢电池的工艺流程见。

  I含金属集物I |塑料厂剪切破碎I I磁性物质| I粘结剂和纤维物质I粒径分选镍合金|机械法处理废弃镍氢电池工艺机械回收法由于处理过程是单纯的物理过程,不涉及高温煅烧和化学反应,是一种高效、无污染的处理技术,但由于废旧电池的组分复杂,单一的机械回收法很难全面回收废旧电池中的有价金属。因此,通表2废弃镍氢电池回收再利用方法回收利用方法回收利用对象工艺条件回收利用效果

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