P507-Cyanex272协同萃取分离回收废旧镍氢电池中镍钴金属新工艺研究

夏李斌，谢法正，王瑞祥

（1.江西理工大学材料与化学工程学院，江西 赣州 341000；2.株洲冶炼集团股份有限公司铅冶炼厂，湖南 株洲 412004）

P507-Cyanex272协同萃取分离回收废旧镍氢电池中镍钴金属新工艺研究

夏李斌1，谢法正2，王瑞祥1

（1.江西理工大学材料与化学工程学院，江西 赣州 341000；2.株洲冶炼集团股份有限公司铅冶炼厂，湖南 株洲 412004）

在废镍氢电池浸出液除杂的基础上，采用P507-Cyanex272协同萃取分离回收浸出液中的有价金属镍钴，通过实验找出适合的工艺条件，使工艺简化，成本降低。

镍氢电池；镍钴分离；P507；Cyanex272；协同萃取

0 引言

由于镍、钴两种元素在化学元素周期表中位置相邻，属同类元素，有很多相似性质，它们的分离一直是人们探讨研究的方向。在目前的工业生产中，镍钴分离的方法主要有化学沉淀法和萃取分离法两种，化学沉淀法往往得不到较纯的产品，需要再次处理[1]；萃取分离法镍钴分离的比较彻底。目前工业上最常用的萃取剂是P507，这种萃取剂分离级数较多，工艺设备和过程较复杂。Cyanex272虽然对镍钴的分离效果好，但成本较高，难以在实际生产中应用。本文采取P507-Cyanex272协同萃取分离镍氢电池中的镍钴元素，通过实验找出了较为合适的工艺条件，使工艺简化，成本降低。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：回收稀土和除杂后的正负极混合浸出液[2.,3]（含 Ni 12.73 g/L、Co 1.56 g/L），P507，Cyanex272，市售煤油，氢氧化钠溶液。

仪器：分液漏斗，量筒，玻璃棒，烧杯，pH值检测仪。

1.2 分析方法

Ni2+用紫脲酸铵络合滴定法测定，Co2+用亚硝基红盐分光光度法测定，仪器为722光栅分光光度计。

1.3 实验方案

在前期正负极浸出液除杂实验基础上[4]，固定混合萃取剂浓度、皂化度、相比、温度等因素，在不同pH值、时间和不同P507-Cyanex272萃取剂组成条件下进行实验，通过检测萃余液镍钴杂质的含量，分析其分离系数，验证混合萃取剂协同性，并在考虑经济成本的情况下选取最适宜条件。

2 固定条件的选择

2.1 协同萃取剂浓度

通常情况下，萃取因数E随萃取剂浓度增加而提高，但萃取剂的浓度不能太高，特别对于多级萃取，萃取剂的浓度可适当降低[5]。通过对协同萃取的萃取容量进行初步计算，选定萃取剂浓度的大致范围。

无论是P507还是Cyanex 272，其萃取金属钴的反应式均为：

从反应式（1）看出，随着反应进行，体系pH值减小，为使萃取体系的pH维持较为恒定的状态，在萃取之前用NaOH对萃取剂进行皂化，则式（1）变为：

一般市场上所售的P507的分子量为306.4，Cyanex 272为290[6]，由于两者的差别不是很大，故协同萃取剂的分子量取300，当皂化率100%时，1 g协同萃取剂能萃取的Co=58.9/(2×322)=0.091 g，则在1 L萃取剂体系中，当采用10%的P507-Cyanex 272协同萃取剂时（密度初步取 0.93，P507=0.95，Cy⁃anex272=0.92；纯度初步取 90%，P507=93%，Cy⁃anex272=85%[7]；皂化率70%；相比A/O=1∶1），其萃取容量为：

通过以上计算可以看出，萃取Co的最大饱和容量为5.95 g/L，一般萃取时取80%左右最大容量进行操作，而实验原料试剂中Co的浓度为1.56 g/L，若相比A/O=2∶1，水相中Co的总含量（若为2 L时）则为3.12 g（仍小于最大萃取容量的80%，即4.76 g），故选择体积比为10%的P507-Cyanex272-煤油溶液萃取剂浓度较为合适。

2.2 相比

一般情况下，随着相比（A/O）的增大，金属的萃取率会逐渐减小，但只要不超过萃取剂本身的最大萃取容量，相比对萃取率的影响不大[4]。根据以上萃取剂浓度计算结果，选取相比A/O为2∶1较为合适。

2.3 皂化度

在P204萃取剂处理废旧镍氢电池浸出液除杂的研究基础上[3]，实验确定了在相比（A/O）为2∶1，皂化度为70%时，有机相的流动性较好且萃取分离达到了较为理想的效果。P204和P507、Cyanex272同为酸性萃取剂且都只有一个氢离子健，故本实验皂化度同样采取70%。

3 实验结果及讨论

在以上固定条件下，分别进行了pH值、萃取剂组成（P507-Cyanex272摩尔比，下简称P-C摩尔比）、萃取温度、萃取时间四个不同因素的各个水平单因素1级萃取实验。

3.1 pH值对金属萃取率的影响

表1是在协同萃取剂浓度10%、相比（A/O）2∶1、皂化度70%条件下，控制P-C摩尔比3∶2、温度25℃、时间4 min，pH值对金属萃取率的影响。

表1 pH值对金属萃取率的影响

pH值从4到5.5，计算的Co/Ni分离系数分别为8.31、22.27、101.9和34.09，随着pH值的增大，Co和Ni的萃取率均逐渐升高，pH值等于5时分离系数达到峰值。故pH值选用5。

3.2 萃取剂组成对金属萃取率的影响

表2是在协同萃取剂浓度10%、相比（A/O）2∶1、皂化度70%条件下，控制pH值5、温度25℃、时间4 min，萃取剂组成对金属萃取率的影响。

表2 萃取剂组成对金属萃取率的影响

P-C摩尔比从1∶4到4∶1，Co/Ni分配系数分别为 437.1、242.3、101.9和 9.67；Co的分配比分别为5.76、5.45、5.02、1.65。可见，随着P507的比例增大，分离系数和Co的分配比均在降低，这是因为Cy⁃anex272萃取剂分离效果要比P507好很多，其所含比例越大，分离效果和分配比就越大。但从经济角度考虑，Cyanex272萃取剂的价格是P507的10倍多[8]，P-C摩尔比为3：2时Co/Ni的分配系数是4∶1时的10倍多，而P-C摩尔比为1∶4时Co/Ni的分配系数仅为3∶2时的4.3倍，综合分离系数和成本两项因素，本实验选用P-C摩尔比为3∶2较为合理。

3.3 萃取时间对金属萃取率的影响

图1为协同萃取剂浓度10%、相比（A/O）2∶1、皂化度70%条件下，控制pH值5、温度25℃、P-C摩尔比3∶2时，萃取时间对金属萃取率的影响。从图1可以看出，时间为4 min时，Co和Ni萃取率都趋向稳定，延长时间并不能提高效果，故萃取时间选用4 min。

图1 萃取时间对金属萃取率的影响

3.4 温度对钴镍分离系数的影响

图2为协同萃取剂浓度10%、相比（A/O）2∶1、皂化度70%条件下，控制pH值5、时间4 min、P-C摩尔比为3：2时，温度对钴镍分离系数的影响。随着温度的升高，钴镍分离系数显著增大，但55℃时的分离系数比45℃时的低，这说明45℃以上时，温度对镍分配比的影响大于钴，可以预测在45～55℃之间有一峰值，故温度选用50℃。

图2 萃取温度对金属萃取率的影响

3.5 验证实验

采用以上实验确定的操作条件，控制温度50℃、反应pH值5.0、反应时间4 min，用3种萃取剂对镍钴溶液进行萃取，结果见表3。

表3 不同萃取体系镍钴分离效果对比

由表3中数据可以看出，在P-C摩尔比为3∶2时，混合萃取剂对Co萃取分配比DCo协为11。若两种萃取剂无协同效应，其对应的Co萃取分配比为：

可见，在上述条件下，混合萃取剂具有协同效应。

4 结论

P507和Cyanex272混合萃取剂对Co萃取具有协同效应，协同效应的适宜条件是：协同萃取剂浓度10%，相比（A/O）2∶1，皂化度70%，温度50℃、pH值等 于 5、P507-Cyanex272 摩尔比 3∶2、萃取时间4min。

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[8]王成彦,胡福成.Cyanex272在镍钴分离中的应用[J].有色金属，2001,53(3):1-4.

Abstract:The valuable metals Ni and Co were separated and recovered by synergistic extracting with P507-Cy⁃anex272 system based on purification of leaching solution of waste Ni-MH battery.The appropriate technology conditions were found by experiment to simplify the technology and reduce the cost.

Key words:Ni-MH battery；Ni-Co separation;P507;Cyanex272;synergistic extraction

Study on new technology of separation and recovery of Ni and Co from waste Ni-MH battery by synergistic extraction with P507-Cyanex272 system

XIA Li-bin，XIE Fa-zheng，WANG Rui-xiang

TF815.042；TF816.042

A

1672-6103（2011）01-0067-03

夏李斌（1981—），男，安徽怀宁人，讲师。

2010-08-30

2010-12-22

江西省教育厅资助项目（GJJ09234）