0 引言

镍氢电池能量密度高、输出功率大，不含有镉、铅、汞等对环境造成极大危害的重金属元素，被称为“环保电池”，作为一种便携式可重复使用能源，镍氢电池在工业、农业、国防以及日常生活中得到越来越广泛的应用^[1]。

镍氢正极材料包括泡沫镍、球形氢氧化镍、含钴添加剂，镍钴含量高，具有回收价值^[2]。吴雷等人^[3]采用盐酸体系浸出正极材料，但盐酸为非氧化性酸，浸出速度相对硫酸较慢；张志梅等人^[4]在2 mol/L硫酸浓度，温度80℃，加入少许H₂O₂，时间约1 h的条件下，正极材料基本溶解完全。本实验采用氧化-硫酸浸出处理废旧镍氢电池正极材料，对氧化剂用量、浸出温度、硫酸初始浓度、浸出时间等进行单因素实验，寻找适宜的浸出条件。

1 实验 1.1 实验原料、试剂及主要仪器

(a) 实验原料：废弃镍氢电池正极，其成份主要是57.9 %Ni，6.1 %Co，此外含有微量的Ca，Mn，Zn，Fe等其它杂质元素。

(b) 实验试剂：浓H₂SO₄，工业纯；H₂O₂，分析纯。

(c) 试验使用的主要实验仪器是恒温水浴槽。

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，所用仪器为722光栅分光光度计。

1.3 实验步骤

取适量块状正极废料，用剪刀剪成小块状后放入砂体碾磨器皿中碾磨，直至全部碾成粉末状为止，按照预先设计好的初始硫酸浓度、温度、氧化剂用量、时间进行单因素试验，找出各单因素的最优水平，最后进行综合验证实验。

2 实验结果与分析 2.1 初始硫酸浓度影响

分别称取5 g正极废料3份，固定液固比为8:1，氧化剂H₂O₂用量为0.4 mL/g，温度为80℃，分别取2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L、H₂SO₄浸出，如表 1所示，在适当搅拌下，经10 min后，3组样品几乎全部溶解。结果表明，硫酸用量满足的前提下，硫酸浓度对正极的浸出率影响不大，从试验经济成本的角度考虑，确定浸出剂硫酸的浓度为2 mol/L。

2.2 浸出温度影响

分别称取5g正极废料4份，固定液固比为8:1，氧化剂H₂O₂用量为0.4mL/g，H₂SO₄浓度取2mol/L，改变浸出温度，如表 2所示，在适当搅拌下，经10 min左右后，4组样品几乎全部溶解，结果表明，升高温度有利于提高浸出率，因为在反应的初始阶段，属于动力学区，提高温度，反应速度的提高较快，随着反应的进行，反应处于扩散控制^[5]，温度的影响不是很明显，本实验中的80 ℃就是明显的分界点，考虑到镍钴的浸出率，选取85 ℃作为浸出温度较为适宜。

2.3 氧化剂的影响

加入氧化剂的作用主要是加速泡沫镍的浸出，从不引入杂质的角度考虑，本试验采用H₂O₂做氧化剂。

分别称取5 g正极废料3份，固定液固比为8:1，H₂SO₄浓度2mol/L，温度为85℃，改变氧化剂的加入量，具体数据见表 3。

在适当搅拌下，第2、3组样品几乎全部溶解，而第1组如果全部溶解约需21 min，结果表明，氧化剂的加入量对浸出时间的影响很大，综合后两组数据，选择H₂O₂加入量为0.38 mL/g。

2.4 液固比影响

分别称取5 g正极废料4份，固定条件：氧化剂加入量0.38 mL/g，温度85 ℃，H₂SO₄浓度2 mol/L进行试验，数据见表 4。结果表明，除第4组经20 min后一直约有10 %不溶外，其他组基本在10 min左右溶解，从成本考虑，选择液固比为6:1。

综合以上确定的每个因素的最优化条件进行验证实验，即液固比为6:1，氧化剂H₂O₂用量0.38 mL/g，温度为85 ℃，H₂SO₄浓度2 mol/L，数据见表 5。结果表明，在以上条件下，正极废料中镍钴的浸出达到了较为显著的效果。

3 结论

镍氢电池正极材料经剪切磨细后，采用硫酸浸出，在液固比6:1，氧化剂的加入量0.38 mL/g，浸出时间9.5 min，浸出温度85 ℃，硫酸初始浓度为2.0 mol/L的条件下浸出，Co的浸出率为99.2 %，Ni的浸出率为99.3 %。