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1、-范文最新推荐- 湿法冶炼废旧锌锰干电池回收工艺研究 摘要：本文以废旧锌锰干电池为原料，采用湿法冶炼技术对废旧电池中的锌、锰两种金属元素进行回收再利用，主要研究的是不同条件下金属的回收率。实验结果表明：取5.64g锌片，在室温下用35ml 3mol/L的H2SO4溶解，再用2mol/L的NaOH调pH得Zn(OH)2沉淀，沉淀过滤洗涤后用1mol/L的H2SO4调pH=4并滴加3%的H2O21ml，抽滤除去Fe(OH)3，用1mol/L的H2SO4调pH=2后蒸发结晶所得ZnSO4•7H2O产量最高为18.53g；取碳包4.45g，用40ml 1:1的HCl浸取，用NH3•
2、H2O调节pH为56，抽滤除去Fe(OH)3，再用Na2CO3调节pH 78，加热至80后抽滤得MnCO3 4.76g,4408关键词：锌锰干电池；回收；湿法冶炼；ZnSO4•7H2O；MnCO3The research of recycling process of waste zinc-manganese batteriesAbstract: This article is studying the recoveries of metal from waste batteries under different conditions .Using the waste zinc-m
3、anganese batteries as raw material and the hydrometallurgical technology to recycle zinc, manganese . The experimental results showed that: Take 5.64g zinc tablets at room temperature with 35 ml of 3 mol/L H2SO4 dissolved, use 2mol/L NaOH to adjust the pH and get the Zn(OH)2 precipitate, then use 1m
4、ol/L H2SO4 to adjust pH at 4 and add 1ml of 3% H2O2 after the precipitate is filtered and watered, and then filter and remove of the Fe(OH)3 precipitate, then use 1mol/L H2SO4 to adjust pH at 2 and evaporate and crystal for the ZnSO4•7H2O at 18.53g; Take carbon-coated 4.35g with 40 ml 1:1 HCl l
5、eaching, then adjust the pH to 5 6 with NH3 • H2O, and then filter and remove of the Fe(OH)3 precipitate, use the Na2CO3 to adjust the pH to 5 6, then heat to 80 and filter for the MnCO3 at 4.76g.KeyWords：zinc-manganese batteries; recovery; hydrometallurgical technology; ZnSO4•7H2O；MnCO3目录
6、1 前言11.1锌锰干电池的介绍11.1.1 电池11.1.2 锌锰干电池1 1.1.2锌锰干电池锌锰电池是由锰粉、炭棒、二氧化锰、锌皮、铁皮、铜帽、氯化铵、汞、沥青、电糊、乙炔黑、塑料、包装纸等组成，其中锌、锰占有较大的比例。（1） 酸性锌锰干电池酸性锌锰干电池是以锌筒作为负极，并经汞齐化处理，使表面性质更为均匀，以减少锌的腐蚀，提高电池的储藏性能，正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。正极材料中间插入一根碳棒，作为引出电流的导体。在正极和负极之间有一层增强的隔离纸，该纸浸透了含有氯化铵和氯化锌的电解质溶液，金属锌的上部被密封。这种电池是19世纪60年代法国的勒克兰谢（L
7、eclanche）发明的，故又称为勒克兰谢电池或炭锌干电池。电池表达式为：（）Zn|NH4Cl（20%）ZnCl2|MnO2，C（+）尽管这种电池的历史悠久，但对它的电化学过程尚未完全了解，通常认为放电时，电池中的反应如下：正极为阴极，锰由四价还原为三价：2MnO2+2H2O+2e→2MnO(OH)+2OH负极为阳极，锌氧化为二价锌离子：Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2H+2e总的电池反应为：2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2（2） 碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池(简称为碱锰电池)在结构上采用与普通锌锰电池相反的电
8、极结构，增大了正负极间的相对面积，采用高导电性的碱性电解液，正负极采用高能电极材料，所以，碱锰电池的容量和放电时间是同等型号普通电池的37倍，低温性能两者差距更大，碱锰电池更耐低温，而且更适合于大电流放电和要求工作电压比较稳定的用电场合。碱性锌锰干电池是在1882年研制成功，1912年就已开发，到了1949年才投产问世。人们发现，当用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。 1.3 锌、锰及其化合物的重要性锌和锰都是很重要的元素，对于人体而言是必不可缺的微量元素，碳酸锌和硫酸锰都是重要的工业原料。1.3.1锌与七水
9、硫酸锌于人体而言，锌具有维持免疫功能、促进生长发育、调节基因、组成酵素、维持味觉功能与促进食欲、促进胰岛素分泌、增强记忆力等作用。人体锌缺乏会导致免疫力低下、食欲不振、生长减缓、下痢、掉发、夜盲、前列腺肥大、男性生殖功能减退、动脉硬化、贫血等问题。大量锌会引发恶心、呕吐、发烧、血液中高密度脂蛋白减少，进而提高心血管疾病发生机率。在工业上锌的用途广泛，可用作防腐蚀的镀层（如镀锌板），可用于铸造合金（将锌加入到其他金属中，熔成合金，会使合金具有良好的机械性、耐磨性、流动性等，是工业行业不可或缺的原料），制造干电池等。广泛应用于建筑、汽车、船舶、轻工等行业。另外，锌的一系列化合物都有其重要作用，如Z
10、nO对气体吸附极强，在石油化工上用作脱氢、苯酚和甲醛缩合等反应的催化剂。它也大量用作橡胶填料及油漆颜料，医药上用它制软膏、锌糊、橡皮膏等。七水硫酸锌俗称有锌矾、 皓矾，是制造锌钡白和锌盐的主要原料，也可用作印染媒染剂，木材和皮革的保存剂，医药催吐剂，还可用于防止果树苗圃的病害和制造电缆，用途广泛，并随着经济的快速发展，需求量逐渐增大。目前，我国生产七水硫酸锌的主要原料金属锌，生产成本高。为了降低生产成本，综合利用资源，我们利用了菱锌矿生产七水硫酸锌。七水硫酸锌(ZnSO4•7H2O)，又名锌矾、皓矾，是一种重要的无机化工原料，其生产方法大多是用硫酸溶解含有锌或锌离子的物料来制备硫酸锌
11、。 1.4.1人工分选法将废旧锌锰电池进行分类后，用简单的机械将电池剖开，人工分离各种物质，并作相应回收处理。如塑料盖送塑料厂再生利用；铁壳送冶炼厂回收铁；碳棒和铜帽分离后回收铜和碳棒；锌皮洗净后送入电炉重熔，铸成锌锭回收锌；残存的MnO2和MnOOH的混合物送入回转窑煅烧，进行脱水处理可获得化工原料MnO2；电池中的黑色填充物经水浸溶、过滤、蒸发结晶等工序制取NH4Cl。此方法的优点是操作简单，不需要复杂设备，但需要较多劳动力，回收效率低且经济效益小。1.4.2火法冶金技术火法又称干法，是在高温下使电池中的金属及其化合物氧化,还原,分解和挥发,冷凝,有效地回收其中的Hg、Cd 等易挥发物。按
12、照回收工艺的不同,干法回收利用技术又可以分为常压冶金法和真空冶金法。（1）常压冶金法常压冶金法在处理废旧电池时,通常有如下两种方法: 1) 在较低温度下加热废旧电池,使Hg 挥发后再在较高的温度下回收Zn 和其他重金属; 2)在高温下焙烧废旧电池,使其中易挥发的金属及其氧化物挥发,残留物可作为冶金中间物产品或另行处理。常压冶金法是在大气中进行,空气参与反应,会造成二次污染且能源消耗高。（2）真空冶金法真空冶金法处理废旧电池是基于组成电池的各种物质在同一温度下具有不同的蒸气压,在真空中通过蒸发和冷凝,使各组分分别在不同的温度下相互分离,从而实现废旧干电池综合回收与利用。在蒸发过程中,蒸气压高的C
13、d、Hg、Zn 等组分进入蒸汽,而Mn、Fe 等蒸气压低的组分则留在残液或残渣中,实现了分离。冷凝时,蒸汽相中Hg、Cd、Zn 等在不同温度下凝结为固体或液体,实现分步分离回收。目前真空冶金法回收废旧电池研究还比较少,该法与湿法及常压冶金法相比,基本无二次污染,流程短,能耗低,具有一定的经济优势4 。哈尔滨工业大学的李素英5等人在真空度为0.08 MPa(即150 mmHg)时使锌、汞在不同温度下蒸出，分别冷凝进行回收。这种技术在处理过程中需要考虑废电池中有机杂质以及炭棒的因素，若要预先分选会造成批量处理困难。在国外，Saotome Y6等人也研究了利用真空装置在不同的温度下分别回收废锌锰电池
14、中的金属。由北京东华鑫馨废旧电池回收中心研制的废电池真空处理炉已经完成中试。 1.4.5其他回收利用技术随着人们对废旧电池回收利用研究的不断深入，出现各种新的或改进的回收利用方法。比如，（1）利用冶炼工艺法处理废旧电池，是对传统干法冶金回收技术的改进，其工艺过程是将废旧电池破碎、水洗、过滤，滤液经重结晶回收NH4Cl、HgCl2和ZnCl2；滤渣经低温焙烧，回收金属Hg、Cd、Zn等后，残留物送入转炉内进行高温冶炼，既减少废电池对环境的危害，又可将废电池中的Fe、Ni、Mn等金属作为炼钢的原料加以回收利用。（2）北京科技大学王化军等研制出物理分选—化学提纯全湿处理废旧电池新工艺，其
15、特点是在物理分选阶段可获得铁皮、锌皮、铜帽、铜针及二氧化锰、锌粉和石墨混合中间产品等，再经化学法提纯，可得电解锌、电解二氧化锰等产品，含汞废渣可送专门工厂处理，废水经处理后循环使用，采用该工艺的综合利用率可达70%以上，有用成分的回收率一般达到90%左右，工作环境较好，不会产生二次污染。（3）利用废电池作为建筑材料,这种方法是将废电池作为一个配料组分加入到普通混凝土配料中, 以取代部分砂石制得一种新的混凝土产品。这种处理方法能在短期内处理大量的废电池, 但并没有将废电池资源化。（4）利用锰氧化细菌回收废锌锰电池中的锰13,即将废干电池芯溶于加入还原剂的弱酸性水中, 取上层清液中和后加入锰氧化菌和系状藻类的微生物溶液,放置一至三天生成二氧化锰黑色沉淀, 再用于电池生产。这种技术使用特定的菌种, 能较好的回收二氧化锰，但处理周期长, 不能对其它物质进行回收。（5）采用电解溶解锌壳法处理废旧电池，将电池的外包装剥去后直接作阳极，以铝板为阴极，在氯化物体系下电解，可得纯度为98%以上的锌粉，锌壳溶解后的电池芯基本保持完整，可回收MnO2、乙炔黑等物质,
