废镍镉电池中镍镉元素的鉴定

作者：程涛 宋磊 王义明

欢迎访问e展厅 展厅 9 电池/开关电源展厅 电池, 碱性电池, 锂离子电池, 纽扣电池, 太阳能电池, ... 1.前言 镍镉电池是一种可充电电池，有许多优点，被广泛使用。但也存在致命的弱点——严重的环境污染问题。因而有被淘汰的危险，是亟待解决的对象。研究废镍镉电池的回收具有重要的环境意义。此外，从资源的有效利用角度来讲，回收利用废镍镉电池也具有重要意义。 镍镉电池以金属镉为负极，羟基氧化镍为正极，采用浓碱作电解液。 碱性镍镉电池可表示为：(-)Cd |KOH| NiOOH(+) 负极反应：Cd + 2OH－+2e－——Cd(OH)2 正极反应：NiOOH + H2O + e－——Ni(OH)2+OH－ 电池反应：2NiOOH + Cd + 2H2O === 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 本实验通过对废镍镉电池的简单处理及对其主要元素的鉴定，以期对镍镉电池结构及其组成有更深的了解。 2.实验部分 2。1实验原料，仪器及试剂 T-50AA型废旧镍镉电池一个，小片镉网，离心分离器， H2SO4溶液(2mol/L)， HCl溶液(1mol/L)，丁二酮肟溶液(2%)，浓氨水(6mol/L)，Na2S溶液， K4[Fe(CN)6]溶液(0。1mol/L)，K3[Fe(CN)6] 溶液(0。1mol/L) NaF溶液， KSCN溶液，戊醇。 2.2实验方法 将电池剖开，去掉外壳，除掉阴阳物质极间的隔离层，得含镍镉的混合废料，取部分废料，粉碎溶于H2SO4溶液(2mol/L)中，得的硫酸盐溶液，然后分别鉴定Ni2+、Cd2+及Co2+等元素。镍采用丁二酮肟法，镉采用硫化物法，钴采用硫氰化物法。 3. 结果与讨论 3.1 电池的结构: 电池采用金属外壳，电池内部阴极物质(含镉)与阳极物质(含镍)间被隔层隔开，呈螺旋状。预测阴极物质为隔网，实际为一金属片状物，阳极物质呈绿色，应为含镍物质。 3.2 所配溶液性质: 加热溶解，废料大部分被溶解，得Ni，Cd的硫酸盐溶液，溶液呈浅绿色，分析为Ni2+离子颜色。溶液呈酸性，pH值在1左右。 3.3 对Ni2+的鉴定 对Ni2+的鉴定采用丁二酮肟法，因Ni2+ 离子与丁二酮肟生成红色物质，作用效果非常明显，因此此法为鉴定Ni2+离子的理想方法。 取所得溶液2-3滴，滴加1-2滴浓氨水(6mol/L)以调节溶液pH值。此时溶液呈紫色，分析应为镍的氨合物的颜色。此时滴加1-2滴丁二酮肟溶液(2%)，溶液显红色。试验结果证明溶液中含有Ni元素 3.4 Cd2+的鉴定 取溶液2-3滴，滴加H2SO4溶液(2mol/L)调节PH值，使PH<1，理论上在此pH值下镍的硫化物将溶解，而镉的硫化物不溶，利用此原理可用来鉴定镉。此时滴加Na2S溶液 1-2滴，振荡，没有黄色沉淀生成，因此未检测出Cd2+的存在。 又取原来电池中含镉阴极物质稍许，加入H2SO4溶液，加热使之溶解，溶解过程中有气泡放出，检测为氢气，从而初步确定该物质中含有单质金属。加入K3[Fe(CN)6](0.1)溶液，溶液呈蓝色，表明有Fe2+存在，即确定原废料中有单质铁，而未含镉。 为验证鉴定镉的方法，现做另一对比实验。取另外一废镍镉电池中所含镉网一小片，加入H2SO4(2mol/L)溶液约3mL加热使之溶解。取该溶液5滴，调节PH<1，此时加入Na2S溶液4-5滴，产生大量黄色沉淀，即说明溶液中有Cd2+存在。再取所得镉溶液约5滴，加入过量浓氨水(6mol/L)产生黄色沉淀，猜测此沉淀为Fe3+的氢氧化物沉淀。离心分离出此沉淀，加入数滴硫酸溶液(2mol/L)使之溶解，再加一滴K4[Fe(CN)6]溶液，溶液即显纯蓝色，表明有 Fe3+存在，即证明原镉网中有铁元素。铁的硫化物为黑色，且在PH较小时可溶，故铁的存在并不影响以上对镉的鉴定。 3.5 Co2+的鉴定 取所得溶液2-3滴，加入NaF溶液，以掩蔽Fe3+，此时溶液出现混浊，再加入KSCN溶液2-3滴。振荡，溶液显淡黄棕色，加入戊醇3-4滴，振荡，静置，溶液分为三层，上层为淡红色，中间为黄色，下层为黄白色浑浊液，但未出现理想中的蓝色，说明此溶液中未含有Co2+。 4. 结论 通过一系列的实验操作及分析，发现原废电池中含有镍元素、铁元素，而不含镉元素、钴元素，阴极物质为一含铁金属。显然此电池不是镍镉电池。又查知φoFe(OH)2 /Fe=-0.877V，φoCd(OH)2 /Cd=-0.61V，由此可知铁的电极电势是符合作电池要求的，可以断定此电池是镍铁电池。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/19/2005)