环境保护与安全金属氢化镍电池的回收与循环利用李莉吴峰陈石王庆（北京理工大学化学工程与环境学院国家高新绿色材料发展中心北京）摘要：本文介绍国内外废旧电池的回收利用。 金属氢化物镍电池烟火法和湿法回收的回收概述和工艺流程。 指出，传统的火法或湿法回收工艺复杂、成本高、有价金属回收率低，且使用各种化学试剂会对环境造成二次污染。 提出在系统分析金属氢化物电池失效原因的基础上，探索简单可行的无损电池再生技术新途径。 关键词：金属氢化物镍电池； 恢复; 回收 CLC 编号：().ies.；； 收到的日期：; 修订日期： 基金项目：国家重点基础研究发展规划项目资助（） 作者简介：李丽（1977年至今在读博士）； 吴峰（1951年硕士），教授，博士生导师，研究方向为功能材料及应用化学，函授联系人。
20世纪80年代以来，随着信息产业的兴起，移动通信、笔记本电脑等便携式电子设备迅速发展。 金属氢化物镍电池（（以下简称镍氢电池）在电池行业中得到了广泛的应用并占据了较大的市场份额。近年来，随着研究工作的深入和技术的不断创新，镍的应用-混合使用发动机和电池的电动工具、电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）中的氢电池受到了世界各国的广泛关注和大力支持，已成为氢电池的发展方向。继煤炭、石油等传统能源之后的新能源的重要代表，同时，废旧电池的回收和处理也成为人们普遍关注的问题。与铅酸电池、镍镉电池相比，镍氢电池在原材料、生产工艺、使用等方面都是清洁、安全的绿色电池。 但随着国际社会对环保要求的不断提高，对废弃物中可能危害生态环境的Ni、Cr等元素的限制将越来越严格，废旧镍氢电池仍将被视为对环境有害的物质。浪费。 此外，回收镍氢电池中大量的Ni、Co等有价金属，对于金属资源的有效利用、进一步降低电池的生产成本具有重要价值。 因此，无论是从环境角度还是从资源综合利用角度来看，回收镍氢电池对于保护环境、回收二次资源都具有重要意义。 现代化工七月海外概况 美国有多家废旧电池回收公司，充电电池回收率接近50%。 2005年的发展目标要求回收率达到90%以上，回收成本控制在1比1分钱/件。
其中，美国最大的电池回收公司RBRC是一家非营利性民间环保组织，已获得全国200多家电池制造商的赞助。 截至1999年底，RBRC已在美国和加拿大设立2个办事处。 日本从1993年开始回收各种废旧电池，其中二次电池的回收率较高。 2000年，日本政府开始实施“3R”计划，即（回收）和Reuse（再利用）。 由于日本过去的大量生产和大量使用，有限的资源将严重缺乏，而资源的循环利用是解决这一问题的关键。 根据日本电池协会和野村兴产株式会社的研究开发报告，日本已经开展了一次电池对环境保护的影响以及如何回收利用的研究。 日本可以实现铅酸电池等其他电池的100%回收。 还通过厂家合作积极推动二次电池、手机电池的回收利用，特别是镍氢电池中Ni、Co、稀土和锂离子电池的回收利用。 钴和其他有价金属的利润相当可观。 目前，日本二次原料研究所采用筛选、磁选、氯化、再筛选和熔炼三种方法处理废电池。 德国从1998年10月开始对电池回收进行法律规定。马格德堡郊区正在建设一座“混合处理”装置。 除铅酸电池外，所有类型的电池都溶解在硫酸中，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属。 这种方法得到的原料经过热处理，纯度高，因此在市场上售价较高，电池中所含的各种物质95%都可以提取出来。
此外，德国阿尔特公司还开发了真空热处理方法，工艺简单，回收成本低。 瑞士有两家工厂专门从事旧电池的加工利用。 公司采用的方法是将旧电池磨碎，然后送入熔炉加热，回收熔点较低的金属。 但热处理方法的成本较高。 1995年，瑞士技术人员改进和完善了废旧电池的热处理和回收方法，使废弃且无法储存的碱性电池、镍镉电池和锂电池经过加工后变成有用的金属和其他物质。 国内概况1999年我国电池的生产量和消费量均占世界总量的1/3。 仅北京一年的消费就达10万元。 水池各种型号齐全，种类繁多。 只有10件被环卫部门和民间组织回收。 到目前为止，还没有一家公司可以批量处理废旧电池。 原因是尚未建立有效的回收机制，渠道不畅通，主要成本在回收、运输等过程，且回收量太小。 目前废旧电池的回收再生工作不容乐观。 环保志愿者和一些厂家、商家在全国范围内进行了回收尝试，但由于没有地方接受废旧电池进行回收，因此受到很大限制。 在没有实用的电池回收技术之前，收集废旧电池的方法可以说只是一个“隐藏的东西”，因为就环境效益本身而言，废旧电池的集中堆放会加速电池污染物的释放和扩散，并且造成局部地区严重污染。 因此，在建立有效的废电池管理体系的同时，应加大废电池回收技术的研发力度，将废电池的回收利用逐步提上日程。
只有不断扩大我国废旧电池处理厂家规模，充分利用规模经济降低成本，并在此基础上大幅度提高回收技术水平，才能兼顾环境效益、社会效益和经济效益，促进废旧电池的有效回收利用。 此外，推动我国废电池回收产业发展的另一个关键是尽快建立废电池回收体系。 国家应在政策法规、资金投入等方面给予一定的资金和支持，加大宣传力度，提高公众的环保意识，树立“废旧电池必须回收利用”的理念。 目前镍氢电池回收技术的研究现状普遍认为，由于镍氢电池的结构和正极材料的基本成分与镍镉电池相似，目前废旧镍镉电池的处理主要涉及火法冶金和湿法冶金。 原则上，它们也可用于处理废旧镍氢电池。 然而，与镍镉电池中相对单一成分的负极材料（CdO）相比，镍氢电池的金属氢化物合金电极材料通常含有多种合金元素（Ni、Co、La、Ce、Mn、Fe）。因此，根据镍氢电池的特殊性，并考虑废电池材料再生冶金工艺的技术可行性和经济性，针对不同的回收利用提出了废镍氢电池材料的回收方法。所谓火法，也称烟法或干法，是将废旧电池分类、筛选、粉碎，然后放入焙烧炉中，在600℃下焙烧。 800℃，然后将排出的气体冷凝并除去汞，然后将焙烧渣放入回转窑中在1 100～1 300℃下焙烧。从烟气中回收氧化锌。从残渣中回收锰和铁。
采用这种方法，一般冶炼厂可以回收废旧电池中的有价金属，而无需增加设备和劳动力。 铁合金回收的火法冶金处理工艺示意图。 废镍氢电池首先经过机械破碎、解体，然后进行水洗（除去KOH电解液）、干燥、分选，分离出电池隔膜等有机废弃物，然后将剩余的电池材料在电炉中还原熔炼，得到含镍镍基电池。 采用质量分数50%~55%、铁质量分数30%~35%以及一些其他合金元素的废镍铁合金火法冶金再生工艺处理废镍氢电池。 火法冶金工艺处理工艺相对简单，对储氢合金的种类没有限制，可以部分利用现有的生产设备处理废镉镍电池。 但再生合金的经济价值较低。 日本住友金属、三德金属等多家公司已采用该方法处理废弃镍氢电池[10]。 具体到火法回收镍[11]，采用较高温度的电炉冶炼，但火法回收的产品是Fe Ni合金，尚未实现镍的分离回收。 由于电池中的镍大多以氢氧化物的形式存在，受热时会变成氧化物。 因此，采用火法回收时，需要添加碳粉。 还原剂。 所谓湿法回收工艺，是将电池分级破碎，放入浸出槽中，加入稀液进行浸出，然后过滤，从滤液中提取出金属锌。 将铜帽和铁片与滤渣分离后，进一步从污泥中提取剩余的锰。
该方法可利用现有湿法炼锌厂的设备和技术，对废旧电池进行回收再利用。 湿法冶金过程依赖于创造条件来控制溶液中物质的稳定性。 例如：浸出过程依靠添加一定的溶剂来溶解废物并稳定溶液中的金属离子。 沉积过程需要创造使金属离子在溶液中不稳定的条件。 在湿法冶金中，溶剂萃取是一种分离、富集或纯化金属的方法。 其本质是将金属离子或其化合物从水溶液转移到与水不混溶的液态有机相中。 然后将所得萃取液反萃取，并将萃取的金属从有机相转移至水相。 有机相再生后返回萃取流程循环使用。 根据原液的组成和性质，合理选择和使用萃取剂和稀释剂是溶液萃取成败的关键。 图2为AB镍氢电池废料处理流程图[12]。 张[13]采用湿法回收废镍氢电池中的有价金属，并提出废旧电池回收的主要方法为： 由5个单元操作步骤组成。 最佳浸出条件为：3 mol/HCl、95固液质量比19、处理时间3 h。 在此条件下，可浸出96%以上的镍、99%的稀土和100%的钴。 Var2 ta公司[14]将镍氢电池废料溶解，然后对渗滤液进行溶剂萃取。 通过控制pH值、溶剂和两相体积比，使稀土元素、铁、铝等沉淀出来。