废干电池的综合利用回收分析试验

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1、机械机械 分离分离锌皮锌皮黑色混合物黑色混合物洗洗 净净 制备制备 ZnSO4-7H2O蒸馏水水溶蒸馏水水溶（过滤）（过滤）废电池废电池废干电池的综合利用回收分析试验一、实验目的和要求： 1.熟悉无机物的实验室制备、提纯、分析等方法与技能； 2.分析废干电池黑色粉体中二氧化锰、氯化铵的含量；分析锌片纯度； 3.利用黑色粉体制备二氧化锰、氯化铵，用废锌片制备七水硫酸锌并分析其纯度。 4.了解废干电池对环境的危害，以及有效成分的利用方法。二、废干电池的验收指标 1.一只普通锌锰干电池平均含锌 22、锰 26、碳 8、铁 17； 2.一只碱性锌锰干电池平均含锌 16、锰 35、碳 45、铁 20三、

2、实验原理 废锌锰电池中含有汞、镉、锌、铜、锰等重金属，随意丢弃，会 对环境造成污染，也导致金属资源浪费。我国每年报废 50 万吨废锌锰电池，若能全部回收利用，可再生锰 11 万吨、锌 7 万吨、铜 1.4 万吨，是相当可观的资 源。 日常生活中用的干电池为锌锰电池。其负极为电池壳体的锌电极，正极是被二氧化锰 （为增强导电性，填充有炭粉）包围的石墨电极，电解质是氯化锌及氯化铵的糊状物。在使 用过程中，锌皮消耗最多，二氧化锰只起氧化作用，糊状氯化铵作为电解质不会消耗，炭粉 是填料。为了防止锌皮因快速消耗而渗漏电解质，通常在锌皮中掺入汞，形成汞齐 。 即：锌锰电池包括有 正极碳棒、二氧化锰、乙炔黑、

3、石墨、炭粉，负极主要是含有少量铅、镉、汞的锌，加 入少量铅、镉、汞的目的是降低锌电极的腐蚀速度。中性锌锰电池的电解质溶液为氯化铵和 氯化锌（碱性锌锰电池的电解液为氢氧化钾） 。此外，电池还有封口材料铁、塑料、沥青等和 外壳铁、塑料、纸等组成材料。 总体分析流程如下图：分析纯度分析纯度 推算锌含量推算锌含量（滤液）制备测定（滤液）制备测定 NHNH4 4ClCl （滤渣）制备测定（滤渣）制备测定 MnOMnO2 2（一）、成分分析 1. 锌分析 样品经过酸分解后，用氨水和氯化铵、硫酸铵、高硫酸铵使锌和其他元素分离，在 PH=5.86.0 的条件下，用硫代硫酸钠掩蔽铜，用氟化物掩蔽铝，以二甲酚橙作

4、指示剂，用 EDTA 进行锌的滴定。 2. 氯化铵、二氯化锰的含量 黑色固体经过水充分溶解后，过滤，氯化铵溶于滤液中，二氧化锰于滤渣中。向滤液中 加入 Na2S，直至溶液中不再有沉淀生成，离心分离，除去杂质。滤渣充分灼烧，剩下的即是 比较纯的二氧化锰。 NH4Cl 含量可以由酸碱滴定法测定，NH4Cl 先与甲醛作用生成六亚甲基四胺和盐酸，后者 可以用 NaOH 标准溶液滴定，有关反应如下：4NH4Cl+6HCHO=（CH2）6N4+4HCl+6H2O 3. 二氧化锰的含量 应用草酸盐容量法滴定四价锰的含量。草酸盐容量法是基于在硫酸介质中，用过量的草酸 盐将四价的猛还原成二价后在用高锰酸钾溶液滴

5、定过量的草酸盐，从而计算二氧化锰的含量。主要反应式如下： Na2C2O4+2H2SO4+MnO2 = MnSO4+Na2SO4+2 CO2 +2H2O 5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4 = 2MnSO4+KSO4 + 10 CO2 +8H2O 酸度和光照对本方法影响较大。（二）、产品制备 1. 制备二氧化锰 用过量草酸在硫酸介质中溶解黑色固体，再用碳酸钠沉淀锰，最后将沉淀在空气中被烧 成二氧化锰。 2. 制备氯化铵 通过用硫化钠沉淀溶液体系中的锌后，即用结晶的方法制备氯化铵。 氯化铵溶解度（单位：g/100g 水）温度 （）010203040608090100氯化铵29.433.23

6、7.231.445.855.365.671.277.3 氯化铵在 100时开始显著恢复，338 时解离，350时升华。 3.制备七水硫酸锌 用硫酸溶解锌片，通过过滤除去锌中的其他难容物。用结晶方法沉淀制备七水硫酸锌。四、实验药品和仪器设备 1.药品： 一个废电池，蒸馏水，0.5mol/L Na2S 溶液，甲醛，酚酞，2mol/L NaOH，盐酸,NaCO3溶液， 0.1000mol/L EDTA，酸性铬蓝 K，二甲酚橙，硫酸溶液，草酸溶液，氯化钡， C2H2O42H2O 固体， 0.05mol/L 的 KMnO4 42.仪器： 剪刀，布氏漏斗，离心机，离心试管，普通试管，分析天平，普通天平，滴

7、定管，吸量管， 铁架台，150ml 和 250ml 容量瓶，玻璃棒，酒精灯，三角架，泥三角，蒸发皿，坩埚。五、实验步骤 1材料准备： 取废干电池一个，剥去电池外层包装纸，用螺丝刀撬去盖顶，用小刀挖去盖下面的沥青层， 即可用钳子慢慢拔出碳棒（连同铜冒）。用剪刀把废电池外壳剥开，即可取出黑色物质，他为MnO2、氯化铵、ZnCl2、碳粉等的混合物质。废电池表面剥下锌壳，可能粘有氯化锌氯化铵及二 氧化锰等杂质，应先用水刷洗除去，（这些也要转移到黑色粉末中过滤液体中）。电池的锌壳用 以制备 ZnSO47H2O 2从黑色物质的滤液中提取氯化铵 称取 20.00g 黑色混合物放入烧杯，加入 100 毫升蒸馏

8、水，搅拌，加微热溶解，抽滤，滤液 用以提取氯化铵，滤渣留用，以制备 MnO2及锰的化合物。过滤，把滤液放入蒸发皿，加热蒸发， 至滤液中有晶体出现时，改用小火加热，并不断搅拌（以防止局部过热导致氯化铵分解而且在温 度过高的时候氯化铵也会分解）。待蒸发皿中只留有少量母液时，停止加热，冷却后即得氯化铵 固体，用滤纸吸干，称量(m=1.80g)。用氢氧化钠溶液滴定法测定产品中氯化铵的含量。而氯化 铵结晶转移后烧杯中还剩有少量的母液，将这少量的母液转移到蒸发皿中或者小烧杯中继续加热 蒸发结晶。 3从黑色混合物的滤渣中提取 MnO2 将滤渣用水冲洗 23 次放入蒸发皿中，先用小火烘干，称重为 M1，再搅拌

9、下用强火灼烧， 以除去其中的碳粉和少量有机物，到不冒火星时，再灼烧 510 分钟，冷却后即得 MnO2称量为 M2。利用差量法就可计算得到碳粉在黑色粉末中的含量。 4从废干电池锌壳制备 ZnSO47H2O 将处理过的锌片剪碎，锌皮上还可能粘有石蜡，沥青等有机物，用水难以清洗，但他们不溶 于酸，可将锌皮溶于硫酸后过滤除去，取滤液进行下面的步骤。 将洁净的碎锌片 5.00g（越碎越好溶解）以约 50ml 的硫酸（2moL/L）溶解。加热，待反应 较快时停止加热。澄清后过滤，把滤液加热近沸。加入 3%的双氧水 10d，在不断搅拌下滴加高浓 度的氢氧化纳，当加入一定量时，逐渐有大量白色氢氧化锌沉淀生成

10、。充分搅拌下继续滴加至溶 液 PH=8 为止，用布氏漏斗减压抽滤，用少量蒸馏水洗涤滤渣。 将氢氧化锌沉淀转入烧杯中，取 2moL/L 硫酸滴加到氢氧化锌中（不断搅拌）溶解氢氧化锌 固体，当溶液 PH=4 时，即使还有少量白色沉淀未溶，也无需再加酸，加热搅拌后会逐渐溶解， 将溶液加热至沸腾，促使铁离子水解完全，生成氢氧化铁沉淀，趁热过滤，弃去沉淀。在除铁的 滤液中，滴加 2moL/L 硫酸，使溶液 PH=2，将其转入蒸发皿，在水浴上蒸发，浓缩，至液面上出 现晶膜后停止加热。自然冷却后，用布氏漏斗减压抽滤，将晶体放在两层滤纸间吸干，称量。计 算 ZnSO47H2O 产品的产率。 5. NaOH 溶

11、液的标定： 称 8g NaOH，加 100ml 蒸馏水溶解，置于细口瓶中。称取 0.6015g 邻苯二甲酸氢钾，加 50ml 蒸馏水溶解，加两滴酚酞指示剂，用配置好的 NaOH 溶液滴定至溶液呈微红色 30s 不退色, 记下所用 NaOH 溶液的体积。 6.KMnO4 溶液的标定： 称取高锰酸钾 2.40g，加 250ml 蒸馏水溶解，再将溶液加热煮沸 1 小时，冷却后过滤，将 滤液置于棕色试剂瓶中，摇匀。精确称取三份 0.2002g 的 Na2C2O4，分别置于 250ml 锥形瓶中， 各加入 40ml 的蒸馏水和 10ml3mol/L 的硫酸，使其溶解，慢慢加热使其温度约至 75-85。趁

12、 热用待标定的 KMnO4 溶液进行滴定，可是滴定时，速度较慢，在第一滴 KMnO4 溶液滴入时，不 摇动溶液，等紫色退去后滴入第二滴。待溶液中有 Mn2+ 生成时，反应速率加快，开始摇动溶 液，滴定速度加快。接近终点，紫红色退去很慢，减慢滴定速度，充分摇匀，以防超过终点， 最后滴加半滴 KMnO4 溶液，摇匀后 30s 微红色不褪表明达到终点。记录用去 KMnO4 溶液的体积 。 7.标定 EDTA 溶液的浓度： 准确取 ZNO0.4070g 于 100 ml 烧杯中，加水润湿，然后逐滴加入 10ML 6 mol /LHCL，边加 边搅拌至完全溶解，然后定容 250 ml。取 EDTA3.7

13、0g 加 200ml 水溶解。取 10 ml 移液管吸取标 准锌溶液于 250 ml 的锥形瓶中，逐滴加入 6 mol /L 氨水，同时不断摇动直至出现氢氧化锌沉 淀。再加 10 ml 氨水-氯化氨缓冲溶液、50ml 水和少量固体铬黑 T，调节 PH=10，用 EDTA 标准 溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。记下 EDTA 的用量 V,平行测定 2 次，计算 EDTA 的浓度。 8产品纯度的检验：MnO2纯度的检验： 二氧化锰的纯度分析： 取 0.10g 产品溶于硫酸中，加入 0.15g 的 H2C2O4，待二氧化锰与 C2O42-作用完毕后，放进沸水浴加热，用高锰酸钾标准液在 70

14、-80环境下滴定过量的 C2O42-，溶 液至粉红色即为终点。平行测定 2 次，记录所用高锰酸钾的体积，即可算出二氧化锰含量。 WMNO2=(mH2C2O4/MH2C2O4-5/2CKMNO4VKMNO4) MMNO2/m100% NH4Cl 纯度的测定： 称取约 0.35g NH4Cl 产品置于锥形瓶中，加蒸馏水约 10ml,加 3ml 的 40%甲醛，充分反应后,以酚 酞 2-3 滴为指示剂，摇匀，放置 1min，然后用 2mol/LNaOH 标准溶液滴定至粉红色，30 秒不退色 即为终点。平行测定两次, 记录所用 NaOH 溶液的体积。 WNH4Cl=（MNH4ClCNaOHVNaOH）

15、/1000mNH4Cl100% 锌片中锌的含量的测定： 准确称取 2.00g 锌，用 2mol/L 硫酸溶解，用 100ml 容量瓶定容，取 10.00ml 稀释 10 倍至 100ml，取 10ml 稀释液用标定过的 EDTA，以铬黑 T 为指示剂，加入几滴乙醇胺，调节 PH=10，滴溶液由酒红色变为纯蓝色为止。平行测定 2 次，记录所用的 EDTA 的体积。 ZnSO47H2O 纯度的测定： 4称取 1.01gZnSO47H2O 产品置于小烧杯中，加蒸馏水约 20ml 溶解，然后用玻棒引进 100 ml 容量瓶定容，取 10.00ml，以铬黑 T 为指示剂，逐滴加入几滴三乙醇胺，调节 PH

16、=10， 摇匀，加 入米粒大小的铬黑 T 指示剂，以 0.02mol/L 的 EDTA 标准溶液滴定呈蓝色即为终点。平行测定两 次，记录所用的 EDTA 的体积。 WZnSO47H2O=(M ZnSO47H2OCEDTAVEDTA)/1000m ZnSO47H2O100%六、实验现象 实验步骤实验操作实验现象处理电池用剪刀机械分离电 池外为白色锌皮，中间为黑色粉末，内为 黑色碳棒 黑色粉末处理称取 20g，加入 100ml 蒸馏水加热溶 解，过滤 粉末部分溶解，过滤后滤渣为黑色，滤 液透明滤液蒸发结晶滤液放进烧杯中蒸 发，加入 3ml 40%d 甲醛，3 滴酚酞，用 1.964molNaOH 滴 定溶液由淡黄色变为粉红色制备 MnO2去黑色滤渣小火烘 干， 然后用强火灼烧， 冷却称重黑色粉末枪火灼烧变红，冷却后呈现棕 黑色滴定 MnO2称取 0.10g 二氧化