以廢舊電池為原料制備鈷鎳鐵氧體的研究.pdf

1、根據(jù)化學(xué)反應(yīng)及磁學(xué)原理，利用光譜學(xué)方法和顯微技術(shù)，充分運(yùn)用化學(xué)工藝學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、結(jié)構(gòu)化學(xué)及環(huán)境工程等理論知識(shí)，研究了以廢舊鋰離子電池和鎳氫電池為原料制備高品質(zhì)磁性材料鈷鎳鐵氧體的制備過(guò)程，同時(shí)對(duì)所得產(chǎn)品的磁性能進(jìn)行了研究。在對(duì)廢舊鋰離子電池和廢舊鎳氫電池在硫酸體系中溶解條件進(jìn)行探索的同時(shí)，借助于Thermogravimetric Analysis/differential scanning calorimetry(TG/DSC)、X

2、-ray diffraction(XRD)、Infrared Radiation(IR)、Scanning Electron Microscope(SEM)、TransmissionElectron Microscope(TEM)、Vibrating Sample Magnetometer(VSM)等手段分別研究了水熱法、溶膠-凝膠法以及微波水熱法三種制備方法的影響因素，并考察了不同制備方法對(duì)產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)及磁性能的影響，從而確定了較為適

3、宜的制備方法。并提出了干凝膠煅燒反應(yīng)的機(jī)理以及產(chǎn)品粒徑和磁性能的關(guān)系，初步認(rèn)識(shí)了產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)與其磁性能的關(guān)系。
　　研究表明:
　　1、廢舊鋰離子電池和廢舊鎳氫電池的正極材料在硫酸體系中的溶解率受到硫酸濃度、液固比、溶解時(shí)間、溶解溫度以及還原劑或氧化劑用量等多種因素的影響。廢舊鋰離子電池正極材料在硫酸中溶解的適宜條件為:硫酸濃度3mol/L，液固比13，反應(yīng)溫度65℃，雙氧水濃度3.5％，它們對(duì)正極材料溶解率的影響大小依次為

4、H2O2濃度＞硫酸濃度＞反應(yīng)溫度＞液固比。廢舊鎳氫電池正極材料在硫酸中溶解的適宜條件為:硫酸濃度2.5mol/L，液固比11，反應(yīng)溫度65℃，雙氧水濃度3％，它們對(duì)正極材料溶解率的影響大小依次為H2O2濃度＞反應(yīng)溫度＞硫酸濃度＞液固比。
　　2、以廢舊鋰離子電池和鎳氫電池為原料，采用水熱法可以制得具有尖晶石結(jié)構(gòu)的納米晶鈷鎳鐵氧體，制備過(guò)程受到共沉淀pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及是否加入添加劑等因素的影響，適宜的制備條件為反應(yīng)溶液pH

5、=11，氫氧化鈉為沉淀劑，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)，水熱溫度為160℃，并加入一定量的添加劑，在此條件下制得的產(chǎn)品粒徑在50nm左右，具有良好的磁性，飽和磁化強(qiáng)度（Ms）為54.04emu/g，剩余磁化強(qiáng)度（Mr）為19.41 emu/g，矯頑力（Hc）為1055.80 G。
　　3、以檸檬酸為凝膠劑采用溶膠凝膠法可以制得具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的納米晶鈷鎳鐵氧體，適宜的制備條件為:檸檬酸和金屬離子的摩爾配比為1.0∶1.0，pH值為7，煅燒溫度

6、為650℃，煅燒時(shí)間為2h;產(chǎn)物的粒徑隨著煅燒溫度和煅燒時(shí)間的升高而逐漸變大，產(chǎn)物的飽和磁化強(qiáng)度，剩余磁化強(qiáng)度和矯頑力都隨著煅燒溫度的升高而增大。以酒石酸為凝膠劑采用溶膠凝膠法可以制得具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的納米晶鈷鎳鐵氧體，適宜的制備條件為:酒石酸和金屬離子的摩爾配比為1.2∶1.0，pH值為5.5，煅燒溫度為650℃，煅燒時(shí)間為2h。在此條件下所得鎳鈷鐵氧體的剩余磁化強(qiáng)度為25.07emu/g，矯頑力為1484.20 G，飽和磁化強(qiáng)度為5

7、2.97emu/g;指出了干凝膠煅燒生成鈷鎳鐵氧體的機(jī)理，煅燒溫度影響鈷鎳鐵氧體磁性能的機(jī)理以及鈷鎳鐵氧體磁性能優(yōu)于傳統(tǒng)磁性材料鈷鐵氧體的原因。
　　4、以廢舊鋰離子電池和鎳氫電池為原料，采用微波水熱法可以制得具有尖晶石結(jié)構(gòu)的納米晶鈷鎳鐵氧體，制備過(guò)程受到共沉淀pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間的影響，適宜的制備條件為:反應(yīng)溶液pH=10，氫氧化鈉為沉淀劑，反應(yīng)時(shí)間為1.5小時(shí)，水熱溫度為120℃，在此條件下制得的鈷鎳鐵氧體粒徑在30nm

8、左右，具有良好的磁性，剩余磁化強(qiáng)度為16.31 emu/g，矯頑力為681.80 G，飽和磁化強(qiáng)度為67.13 emu/g。我們采用微波水熱法制得的產(chǎn)品磁性能優(yōu)于其他學(xué)者報(bào)道的同類產(chǎn)品磁性能。
　　5、通過(guò)溶膠凝膠法、水熱法和微波水熱法三種制備方法對(duì)鈷鎳鐵氧體的結(jié)晶度、形貌和磁性能的影響的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，微波水熱法所得產(chǎn)品的磁性能最好，水熱法次之，溶膠凝膠法較差。
　　本研究的創(chuàng)新之處在于:對(duì)兩種電池即廢舊鋰離子電池和鎳氫電池

9、進(jìn)行聯(lián)合回收，資源化的產(chǎn)物為鈷鎳鐵氧體，這是一種附加值很高的磁性材料，回收的過(guò)程也省去了繁瑣的分離過(guò)程，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝降低生產(chǎn)成本;提出了干凝膠煅燒生成鈷鎳鐵氧體的氧化還原機(jī)理以及高溫煅燒影響鈷鎳鐵氧體產(chǎn)品磁性能的機(jī)理，揭示了產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)與磁性能之間的關(guān)系，初步認(rèn)識(shí)了鈷鎳鐵氧體剩余磁化強(qiáng)度和矯頑力低于傳統(tǒng)磁性材料鈷鐵氧體的機(jī)理。
　　本論文的研究不僅為廢鋰離子電池和鎳氫電池資源化的工業(yè)化生產(chǎn)提供了有益的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而且為其它種類的廢舊