从镍氢电池正极酸浸液中萃取分离镍钴

田 磊，常卿卿，李红超，欧阳成

（江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州 341000）

镍氢电池正极材料中的有价金属元素主要是Ni和Co，二者质量分数之和可达70%，无论从经济角度，还是从资源回收角度考虑，从镍氢电池正极材料中分离回收有价金属都具有重要意义。但由于镍、钴性质十分相近，二者分离一直是难以解决的重要问题［1－3］。

针对镍氢电池正极材料的特性，在硫酸体系中，以Cyanex272作萃取剂，研究了从镍氢电池正极酸浸液中分离镍和钴。

1 试验设备、试剂、机制与方法

1.1 试剂与仪器

经黄钠铁矾法除铁和P204深度除杂后，镍氢电池正极酸浸液中的镍、钴质量浓度分别为34.57 g／L和3.12g／L，其他杂质质量浓度可忽略［4］。

所用试剂有Cyanex272，磺化煤油，氢氧化钠溶液。

所用仪器有分液漏斗，量筒，玻璃棒，烧杯，ICP分析检测仪，pH值检测仪。

1.2 镍、钴分离机制［5－8］

Cyanex272系酸性有机膦类萃取剂，与镍、钴等金属离子的反应都属于阳离子交换反应，其分子中的POOH基上的H可被金属离子取代，这与P204和P507的结构类似，但与P204结构上的细小差异（较P204少一个氧原子）导致钴、镍曲线之间距离较大。如不考虑分子间的离解、缔合等因素，则萃取反应方程式可以简写为

Cyanex272对钴的萃取能力大于对镍的萃取能力，不同pH下的萃取曲线如图1所示。

图1 Cyanex272对钴、镍的萃取率与平衡pH的关系曲线（硫酸盐）

1.3 试验方法

按不同比例配制Cyanex272和磺化煤油的混合液，进行单因素萃取试验，确定最优萃取参数。

2 试验结果与讨论

2.1 Cyanex272体积分数对镍、钴萃取率的影响

在5%～17%范围内考察萃取剂Cyanex272用量对镍、钴萃取率的影响。其他条件为：pH＝5，Vo∶Va＝1∶1，有机相皂化率70%，萃取时间4min，温度25℃。萃取剂体积分数对镍、钴萃取率的影响试验结果如图2所示。

图2 Cyanex272体积分数对镍钴萃取率的影响

由图2可见：随Cyanex272体积分数增大，镍、钴萃取率都有所增大，钴萃取率由90.1%增至95.8%，Ni萃取率由0.9%增至2.0%；但增幅都不明显。Cyanex272用量提高，成本也会增加，所以，确定萃取剂Cyanex272用量以8%为宜。

2.2 有机相皂化率对镍、钴萃取率的影响

用氢氧化钠溶液对萃取剂Cyanex272进行皂化，不同皂化率条件下体系的流动性见表1。

表1 不同皂化率条件下体系的流动性

在60%～80%范围内考察皂化率对镍、钴萃取率的影响。其他试验条件为：萃取剂8%Cyanex272＋92%煤油，pH＝5，Vo∶Va＝1∶1，萃取时间4min，温度25℃。试验结果如图3所示。

图3 有机相皂化率对镍钴萃取率的影响

从图3看出：随有机相皂化率由60%增加到75%，镍、钴萃取率相应增大；但皂化率继续增大，镍、钴萃取率都有所下降；皂化率在60%～80%范围内，Co萃取率保持在85%～92%，Ni萃取率则稳定在1%左右。但皂化率达到80%左右时，体系流动性变差，两相分离效果较差，综合考虑，确定体系皂化率以70%为宜。

2.3 相比对镍、钴萃取率的影响

在1∶1～4∶1范围内考察相比对镍、钴萃取率的影响，其他试验条件为：8%Cyanex272＋92%煤油，pH＝5，有机相皂化率70%，时间4 min，温度25℃。试验结果表明，随相比增大，镍、钴萃取率增大，但增幅都不大。为了保证金属Co的纯度和提高金属Ni的收率，虽然相比为1∶1时的萃取率相对较低，但可以通过增加萃取级数来保证金属Co和Ni的萃取率，所以确定适宜的相比为1∶1。

2.4 萃取时间对镍、钴萃取率的影响

在1～5min范围内考察萃取时间对镍、钴萃取率的影响。其他试验条件为：8%Cyanex272＋92%煤油，pH＝5，有机相皂化率70%，Vo∶Va＝1∶1，温度25℃。萃取时间对镍、钴萃取率的影响如图4所示。

图4 萃取时间对镍钴萃取率的影响

从图4看出，萃取3min，反应接近平衡，之后镍、钴萃取率变化不大，钴萃取率在90%左右。试验确定适宜的萃取时间为3min。

2.5 pH对镍、钴萃取率的影响

由图1看出，萃取分离镍、钴的最佳pH应该在4～6之间，所以，在4～6范围内考察pH对镍、钴萃取率的影响。其他试验条件为：8%Cyanex272＋92%煤油，有机相皂化率70%，相比Vo∶Va＝1∶1，时间3min，温度25℃。试验结果如图5所示。从图5看出：随pH升高，镍、钴萃取率增大；pH＝5.0时，Co萃取率达90%左右，Ni萃取率只有1%左右；pH增大到6.0时，Ni萃取率迅速升高。由此，确定最佳pH为5.0。

图5 pH对镍、钴萃取率的影响

2.6 正交试验

为了验证条件试验结果，确定最佳萃取条件，进行了3因素3水平L9（3）正交试验。试验条件及结果见表2。

表2 正交试验条件及结果

从表2看出：3个因素的影响次序为pH＞Cyanex272体积分数＞有机相皂化率；最佳条件为pH＝5.0，Cyanex272体积分数为8%，有机相皂化率为70%。最佳条件下充分搅拌后再静置2 min，钴萃取率在90%左右，镍萃取率1%左右。

3 结论

基于单因素试验和正交试验结果，确定用Cyanex272从镍氢电池正极酸浸液中萃取分离镍钴较优的工艺条件为：萃取剂8%Cyanex272＋92%煤油，pH＝5.0，有机相皂化率70%，Vo∶Va＝1∶1，时间3min，温度25℃。最优工艺条件下，镍、钴分离效果良好，钴萃取率达90%左右，镍萃取率只有1%左右，工艺稳定，镍、钴分离效果较好。

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