干电池的实验探究及环境污染控制

干电池的实验探究及环境污染控制一、选定课题的简要说明：干电池是一种以糊状电解液来产生直流电的化学电池（湿电池则为使用液态电解液的化学电池），大致上分为一次电池及二次电池两种，是日常生活之中为普遍使用，以及轻便的电池。

它们可以用于很多电器用品上。

随着科学技术的发展，干电池已经发展成为一个大的家族，到目前为止已经约有100多种。

常见的有普通锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、镁-锰干电池、锌-氧化汞电池、锌-氧化银电池、锂-锰电池等。

对于使用最多的锌-锰干电池来说，由于结构的不同又可分：糊式锌-锰干电池、纸板式锌-锰干电池、薄膜式锌-锰干电池、氯化锌锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、四极并联锌-锰干电池、迭层式锌-锰干电池等。

但是与此同时，干电池引起的环境污染以及对人体动物体健康的危害也是巨大的，我通过网络检索的方式研究了干电池的实验及环境污染控制。

二、信息检索说明：1、检索关键词：干电池、实验探究、实验设计、污染、控制、治理、防治在检索过程中，我发现实验设计比实验探究检索到的数量更多，但“实验探究”检索结果更准确，而“防治”比“治理”检索结果更多更准确，因此规范主题词为“干电池”、“实验探究”、“防治”。

规范主题词：干电池、实验探究、污染、防治2、检索工具和数据库：2．1中国期刊全文数据库2．2万方数据库2．3重庆维普国期刊全文数据库2．4谷歌学术搜索3、检索过程及结果简述：在检索过程中，采用高级检索，先检索主要关键词，即“干电池”，然后依次加上别的关键词，例如“污染”、“治理”、“实验探究”等等。

并且想出几个意义相近的关键词，依次筛选，以获得全面而准确的检索结果。

3．1中国期刊全文数据库关键词：“干电池”检索结果：845篇“干电池”并且“实验探究”检索结果：9篇“干电池”并且“实验设计”检索结果：14篇“干电池”并且“污染”并且“控制”检索结果：1篇“干电池”并且“污染”并且“治理”检索结果：1篇“干电池”并且“污染”并且“防治”检索结果：4篇“干电池”并且“实验探究”并且“污染”并且“治理”检索结果：0篇3．2万方数据库关键词：“干电池”检索结果：163篇“干电池”并且“实验探究”检索结果：0篇“干电池”并且“实验设计”检索结果：0篇“干电池”并且“污染”并且“控制”检索结果：1篇“干电池”并且“污染”并且“治理”检索结果：2篇“干电池”并且“污染”并且“防治”检索结果：3篇“干电池”并且“实验探究”并且“污染”并且“治理”检索结果：0篇3．3重庆维普中文科技期刊数据库关键词：“干电池”检索结果：637篇“干电池”并且“实验探究”检索结果：2篇“干电池”并且“实验设计”检索结果：3篇“干电池”并且“污染”并且“控制”检索结果：0篇“干电池”并且“污染”并且“治理”检索结果：1篇“干电池”并且“污染”并且“防治”检索结果：2篇“干电池”并且“实验探究”并且“污染”并且“治理”检索结果：0篇3．4谷歌学术搜索关键词：“干电池”检索结果：5730篇“干电池”并且“实验探究”检索结果：228篇“干电池”并且“实验设计”检索结果：1300篇“干电池”并且“污染”并且“控制”检索结果：385篇“干电池”并且“污染”并且“治理”检索结果：112篇“干电池”并且“污染”并且“防治”检索结果：136篇“干电池”并且“实验探究”并且“污染”并且“防治”检索结果：11篇“干电池”并且“实验设计”并且“污染”并且“防治”检索结果：47篇通过对检索结果的比较，可以明显发现，“干电池”是必须具有的关键词，而“实验设计”比“实验探究”的检索结果更多，但“实验探究”检索结果更准确，因此以“实验设计”代替“实验探究”，而后发现，“防治”比“治理”和“控制”的检索结果更好，因此以“防治”为规范主题词。

综述：上述检索共找到相关文献28篇，又参考了各个数据库推荐的其它文献，其中重点阅读了中国期刊全文数据库、万方数据库和重庆维普数据库的20篇文献，整理总结所得以及自己的知识如下。

摘要：我国是世界头号干电池生产和消费大国，由于废旧电池含有金属及废酸、废碱等有毒有害物质，属于国家颁布的危险废物，将干电池用完后随意丢弃，不但污染环境，危害人体健康，还造成资源的严重浪费。

因此，对废旧干电池回收利用，势在必行。

本文介绍了关于干电池实验探究和环境污染防治措施的内容。

目录1、干电池的实验探究（以酸性锌-锰干电池为例）1．1干电池的构造1．2干电池的工作原理1．3干电池的解剖实验设计2、废旧干电池造成的危害2．1我国废旧电池的现状2．2废旧干电池对环境造成的危害2．3废旧干电池对人体健康造成的危害3、废旧干电池污染的防治措施4、总结1、干电池的实验探究1．1干电池的构造如图一所示，即为普通锌-锰干电池的简单示意图。

图一锌-锰干电池构造示意图1--金属顶帽；2--塑料套简；3--锌膏；4--钢壳；5--金属外套；6--隔膜；7--二氧化锰环；8--锌极集流柱；9--塑料底；10--金属底盖绝缘垫圈【1】1.2干电池的工作原理负极：Zn＋2NH4Cl--→Zn(NH3)2Cl2＋2H+＋2e-（氧化反应）正极：2MnO２＋2H２O＋2ｅ－→2MnO(OH)＋2OH－（还原反应）总反应：Zn＋2MnO２＋2NH４Cl→2 MnO(OH)＋Zn(NH３)２Cl２。

1.3干电池的解剖实验设计1)观察干电池的内部构造：取1节废于电池（1号），剥去外层包装和封口上的火漆，用刀如右图或沿垂直方向剖开，观察内部构造。

干电池的外壳是金属锌，作负极，中心碳棒（石墨）是正极，碳律周围由一层纸质包裹的黑色物质，这是石墨粉和二氧化锰的混合物，纸质和锌壳之间填满了糊状白色电解液，其成分是氯化铵、氯化锌和淀粉糊。

2)糊状物的分离：收集糊状物（可能混有黑色物质）加一定量水（如糊状物50g，则加约40mL水），充分搅拌，煮沸2分钟，滤去黑色物质，收集滤液备用。

3)黑色物质的检验：取出碳棒周围的黑色物质，用水洗净（如果大部分黑色物质和糊状物混杂，则取操作2）中滤纸上的黑色物质），晾干，用万用表测量其导电性，证明含有石墨粉。

把黑色物质放在铁制器皿中灼烧，石墨粉燃烧发出点点火星，将石墨粉烧尽后的余物再用万用表测量，已无导电性，这种剩余物质是二氧化锰。

【2】2、废旧干电池造成的危害2．1我国废旧电池的现状近年来,随着社会经济的发展,人们在生产和生活中所用的电池数量急剧增加。

目前,全世界的电池量正以每年20%的速度增长,而我国是电池的生产和消费大国,据不完全统计,我国电池的年消费量高达70～80亿只,由此可以想象出废旧电池造成的危害是多么巨大。

【3】我国对废电池引起的环境问题认识比较晚，废电池管理制度和处理技术相对落后，至今还没有拥有国际先进技术水平的电池回收处理厂家，绝大部分废旧电池被当作生活垃圾来处理。

【4】2．2废旧干电池对环境造成的危害电池产品对环境的污染主要是酸、碱等电解质溶液和重金属的污染。

不同类型的电池, 污染物也不同。

总体来说主要污染物质有镉、铅、锌、锂、锰、铜、汞、镍等金属以及酸、碱、电解质溶液、塑料等。

【5-6】有关资料显示，一节一号电池烂在地里, 能造成的1m3土地永久失去利用价值，若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋, 或者随手丢弃,渗出的汞及重金属物质就会渗透于土壤、污染地下水, 进而进入鱼类、农作物中, 破坏人类的生存环境。

由于缺乏有效的处理办法，目前我国采取的主要措施是填埋和焚烧，废电池焚烧时, 可能会黏附在设备上, 造成设备系统的堵塞与腐蚀; 某些重金属在焚烧炉中挥发而在飞灰中聚集, 当焚烧炉气体除尘系统较差时,飞灰中的重金属会污染大气和土壤,焚烧底灰中还会有大量重金属富集, 给灰渣处理带来困难。

【7-9】2．3废旧干电池对人体健康造成的危害电池中含有多种有害元素，汞能溶于脂肪，引发动物中枢神经疾病，致畸、致癌甚至死亡；镉使骨质软化、骨骼变形，严重时形成自然骨折，以致死亡；锌的盐类使蛋白质沉淀，对皮肤黏膜有刺激作用；铅会是导致贫血、神经功能失调和肾损伤，作用于神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官，抑制血红蛋白的合成代谢；镍溶于血液，参加体内循环，损害中枢神经，引起血管变异；锰虽为微量元素，但吸收过多也会中毒，会引起神经性功能障碍，综合性功能紊乱，较重者出现精神症状。

【10-11】3、废旧干电池污染的防治措施对于废旧电池的处理，主要有些列几个常见的方法。

3.1人工分选回收利用技术此法是将废旧电池挨个进行破碎，然后将各个部件送往不同地方进行再利用，简单易行，但耗费劳动力多，经济效益微小。

【12-13】3.2干法回收利用技术废旧干电池经分类筛选、破碎, 送入焙烧炉, 在6000C 焙烧, 含汞的排放废气, 采用气旋集尘器或干式电集尘器收集含汞气体, 或使用空气冷却或法夹型冷凝器冷却回收汞。

通常汞蒸气在100～1500C 开始凝缩, 凝缩在内壁上的金属汞颗粒定期用水清洗回收, 精制成纯度为9919 %的汞, 出售。

焙烧剩余物转入烟化炉或回转窑, 在1100～1300。

C 的高温下,锌及氯化锌氧化成氧化锌, 随烟气排出, 采用旋风除尘器或布袋除尘器回收氧化锌。

残存的二氧化锰、水锰石及铁等进入残渣, 进一步回收铁、锰或制取锰铁合金。

此法简单易行, 一般冶炼厂无须增加设备或劳力, 就可以回收干电池中的锌, 若要进一步回收其它物质, 尚须增加设备。

3．3 湿法回收利用技术将废旧干电池分类, 破碎后, 置于浸取槽中, 加入稀硫酸(100～120gPL) , 进行浸取,锌及其化合物全部进入硫酸溶液, 经过滤, 滤液为ZnSO4 , 用电积法制取金属锌, 或用浓缩结晶法制备硫酸锌; 滤渣经水洗, 过滤, 废水达标排放, 滤渣分离出铜帽及铁皮后, 剩余泥渣主要为二氧化锰及水锰石, 它可以代替软锰矿粉, 配制氧化液, 也可经煅烧制成二氧化锰作为化工原料, 在电力充足的地方, 可将锰泥浸出, 净化, 电解制取电解锰。

此法可利用现有的湿法炼锌工厂的设备和技术对废干电池进行回收利用。

当浸出液中氯离子浓度< 100mgPL 时,此法,经济上是可行的。

3．4干湿法回收利用工艺(焙烧—电积法)废旧干电池经筛选分类破碎磁选除铁后置于电热回转窑内,把MnO2 还原成MnO 所需理论炭量的二倍, 故在电池焙烧中可以不补充还原剂。

通常焙烧温度控制在8500C 左右, 不宜超过9000℃。

因为8500℃时, 电池的锌壳将以蒸气形态进入烟气, 含锌烟气经冷却, 用布袋除尘器回收锌。

焙烧物冷却后, 去除铜帽、炭棒等杂质, 按液固比为5 : 1 , 用浓度<200gPL 的硫酸溶液作溶剂, 浸取温度保持800 ℃, 浸出时间1 小时, 在此条件下, 残余锌全部进入溶液, 锰(MnO) 的浸出率大于95 %。