利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法

技术领域

本发明涉及一种利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法。

背景技术

环境污染和石油能源危机问题共同推动了节能与新能源汽车的发展。随着国内电动汽车的快速发展，动力电池的使用量也将逐渐增大。但动力电池均有一定的使用寿命，使用一段时间后需要更换产生较多的废旧电池，而废旧镍氢电池中含有金属镍、钴、锰、铁、稀土等，这些元素不做处理则会对自然环境和人类健康产生较大威胁，且会产生较大的资源浪费。传统的废旧镍氢电池经过预处理后，会分选出活性物质粉、隔膜等，并将活性物质粉进行湿法处理，这样的做法，回收价值低，处理流程长，基本没有单独针对镍材料的进行深加工的回收工艺。

发明内容

本发明旨在提供一种工艺简单、新颖、产品纯度高、污染较小的利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法。

本发明通过以下方案实现：

一种利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法，按以下步骤进行：

(a)将废旧镍氢电池破碎并分选出活性物质粉、隔膜和含塑料铁镍的混合颗粒，将含塑料铁镍的混合颗粒置于磁选分离装置中分离出塑料颗粒、富铁颗粒和富镍颗粒；富镍颗粒一般含有镍以及少量的隔膜、钴、铁、锰、稀土金属及其氧化物；具体生产时，通过调节磁选分离装置的磁性强度等基础参数，从磁选分离装置上部分选出塑料颗粒，从磁选分离装置中部分选出富镍颗粒，从磁选分离装置下部分选出铁材料；

(b)将步骤(a)分离出的富镍颗粒与分离剂加入至耐高温容器内，将耐高温容器升温至1500～1580℃，在富镍颗粒与分离剂完全熔化后搅拌并保温20～30min，在搅拌过程中去除表面浮渣，此时富镍颗粒中的绝大多数隔膜、活性物质粉、塑料、镍铁钴锰及稀土等金属的氧化物均已作为浮渣去除；

(c)先将耐高温容器的温度调整至1430～1480℃，再往耐高温容器内的熔化产物中加入一定量的除渣剂，之后搅拌并保温10～15min，在搅拌过程中去除表面浮渣，最后将去浮渣后的熔液浇铸形成镍锭；此步骤中，富镍颗粒中剩余的少量稀土金属形成浮渣与熔液分离，同时还原富镍颗粒中剩余少量的镍钴锰的氧化物，从而获得含有少量钴、锰的高纯熔液；

(d)检测步骤(c)得到的镍锭的金属成分，按镍基合金的各金属成分要求往镍锭中补入相应金属，将镍锭与补入的相应金属加入充满惰性气体的真空熔炼炉中，将真空熔炼炉升温至1650～1750℃，待镍锭与补入的相应金属完全熔化后搅拌并保温5～10min，之后在真空熔炼炉温度不变的条件下往真空熔炼炉内的熔化产物中加入一定量的还原剂，搅拌并去除表面浮渣即表面微量的氧制得镍液，静置15～25min后，将镍液浇铸形成镍基合金。惰性气体一般为氩气或氦气，考虑到成本问题，多采用氩气。

进一步地，所述步骤(b)中，分离剂的加入量为富镍颗粒质量的6～15％。

进一步地，所述步骤(b)中，分离剂为氯化钠颗粒、六氟合铝酸钠颗粒和氟化铝颗粒的混合物，所述氯化钠颗粒、六氟合铝酸钠颗粒和氟化铝颗粒的质量比为64～76：14～20：6～20。

进一步地，所述步骤(c)中，除渣剂为树木、重油、轻柴油、天然气中的一种，天然气的压力为0.2Mpa，所述除渣剂的加入量为耐高温容器内的熔化产物质量的3～8％。

进一步地，所述步骤(d)中，还原剂为碳、硅中的一种或两种，所述还原剂的加入量为真空熔炼炉内的熔化产物质量的0.01～0.1％。若还原剂为碳、硅的混合时，碳、硅的质量比可根据需要调整。

本发明的利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法，工艺简单、新颖，生产效率快，回收合金产品纯度高，可达99％以上，能耗低，安全性高，污染小，适用于大规模处理废旧镍氢电池回收其中的镍材料。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

一种利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法，按以下步骤进行：

(a)将废旧镍氢电池破碎并分选出活性物质粉、隔膜和含塑料铁镍的混合颗粒，将含塑料铁镍的混合颗粒置于磁选分离装置中分离出塑料颗粒、富铁颗粒和富镍颗粒；富镍颗粒一般含有镍以及少量的隔膜、钴、铁、锰、稀土金属及其氧化物；具体生产时，通过调节磁选分离装置的磁性强度等基础参数，从磁选分离装置上部分选出塑料颗粒，从磁选分离装置中部分选出富镍颗粒，从磁选分离装置下部分选出铁材料；

(b)将步骤(a)分离出的富镍颗粒与分离剂加入至耐高温容器内，分离剂的加入量为富镍颗粒质量的10％，分离剂为氯化钠颗粒、六氟合铝酸钠颗粒和氟化铝颗粒的混合物，氯化钠颗粒、六氟合铝酸钠颗粒和氟化铝颗粒的质量比为68：18：14，将耐高温容器升温至1530℃，在富镍颗粒与分离剂完全熔化后搅拌并保温20min，在搅拌过程中去除表面浮渣，此时富镍颗粒中的绝大多数隔膜、活性物质粉、塑料、镍铁钴锰及稀土等金属的氧化物均已作为浮渣去除；

(c)先将耐高温容器的温度调整至1460℃，再往耐高温容器内的熔化产物中加入耐高温容器内的熔化产物质量5％的重油，之后搅拌并保温10min，在搅拌过程中去除表面浮渣，最后将去浮渣后的熔液浇铸形成镍锭；此步骤中，富镍颗粒中剩余的少量稀土金属形成浮渣与熔液分离，同时还原富镍颗粒中剩余少量的镍钴锰的氧化物，从而获得含有少量钴、锰的高纯熔液；

(d)检测步骤(c)得到的镍锭的金属成分，按镍基合金的各金属成分要求往镍锭中补入相应金属，将镍锭与补入的相应金属加入充满氩气的真空熔炼炉中，将真空熔炼炉升温至1750℃，待镍锭与补入的相应金属完全熔化后搅拌并保温8min，之后在真空熔炼炉温度不变的条件下往真空熔炼炉内的熔化产物中加入真空熔炼炉内的熔化产物质量0.05％的碳，搅拌并去除表面浮渣即表面微量的氧制得镍液，静置15min后，将镍液浇铸形成镍基合金。

将上述步骤制备得到的镍基合金进行各金属成分检测，其检测结果如表1所示，表1中数据均满足镍基合金各金属成分的要求。

表1镍基合金各金属成分检测数据

一种利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法，其步骤与实施例1的利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法的步骤基本相同，其不同之处在于：

1、步骤(b)中，分离剂的加入量为富镍颗粒质量的15％，分离剂中氯化钠颗粒、六氟合铝酸钠颗粒和氟化铝颗粒的质量比为70：20：10，耐高温容器升温至1580℃，在富镍颗粒与分离剂完全熔化后搅拌并保温25min；

2、步骤(c)中，耐高温容器的温度调整至1480℃，加入除渣剂的保温时间为12min，除渣剂为天然气，天然气的压力为0.2Mpa，除渣剂的加入量为耐高温容器内的熔化产物质量的8％；

3、步骤(d)中，真空熔炼炉升温至1700℃，待镍锭与补入的相应金属完全熔化后搅拌并保温5min，去除表面浮渣后静置20min，还原剂为硅，还原剂的加入量为真空熔炼炉内的熔化产物质量的0.1％。

将上述步骤制备得到的镍基合金进行各金属成分检测，其检测结果如表2所示，表2中数据均满足镍基合金各金属成分的要求。

表2镍基合金各金属成分检测数据

一种利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法，其步骤与实施例1的利用废旧镍氢电池回收制备镍基合金的方法的步骤基本相同，其不同之处在于：

1、步骤(b)中，分离剂的加入量为富镍颗粒质量的6％，分离剂中氯化钠颗粒、六氟合铝酸钠颗粒和氟化铝颗粒的质量比为75：16：9，耐高温容器升温至1500℃，在富镍颗粒与分离剂完全熔化后搅拌并保温30min；

2、步骤(c)中，耐高温容器的温度调整至1430℃，加入除渣剂的保温时间为15min，除渣剂为轻柴油，除渣剂的加入量为耐高温容器内的熔化产物质量的3％；

3、步骤(d)中，真空熔炼炉升温至1650℃，待镍锭与补入的相应金属完全熔化后搅拌并保温10min，去除表面浮渣后静置25min，还原剂的加入量为真空熔炼炉内的熔化产物质量的0.02％。

将上述步骤制备得到的镍基合金进行各金属成分检测，其检测结果如表3所示，表3中数据均满足镍基合金各金属成分的要求。

表3镍基合金各金属成分检测数据