去除废旧锌锰干电池有害元素有效策略

去除废旧锌锰干电池有害元素的有效策略摘要：废旧的锌锰干电池对环境及资源利用均有严重的影响，现在处理废旧干电池的方法不外掩埋及回收利用两种。其中掩埋无法从根本上解决电池的污染问题，因此相对而言对废旧干电池的再回收利用就成为比较有效的途径之一，本文针对废旧锌锰干电池中有害元素的去除方法展开讨论，并通过试验提出了去除去除废旧锌锰干电池有害元素的有效策略。

关键词：废旧锌锰干电池；有害元素；有效策略

一、回收废旧电池的方法

（一）人工分选处理

人工分选处理的方法是将废电池拆解后，把各种物质分离开来分别处理。比如处理废旧锌锰干电池就是将各个组件进行分离，塑料盖送至塑料厂，铁壳送至冶炼厂，碳棒及铜帽则回收，锌皮再进行重熔处理铸成锌锭等等。这种方法无需复杂的设备，而且操作简单，但是劳力成本投入大，回收效率及经济效益都比较低[1]。

（二）湿法处理

所谓湿法处理是将废电池浸泡在酸性溶液中，经过相应的化学反应后生成可溶性盐，再经过化学沉淀、沉积以及离子交换、萃取分离等方法将电池中的锌、锰及各种重金属提取出来。湿法处理又分为干湿法处理及全湿法处理两种。干湿法处理是把废电池进行机械切割，将其中的铜帽、碳棒以及塑料等分选出来，并暴露出电池内部的粉料及锌筒，然后将其置于600℃高温中进行真空焙烧六到

十个小时，金属汞及氯化铵挥发为气相后，再利用冷凝设备将其回收起来。针对尾气进行严格处理，尽量将汞的含量降至最低。焙烧产物再进行粉磨，然后进行磁选及筛分，最终获取铁皮及纯度较高的锌粒，用酸将筛出物浸出，金属锌及锰就可以由浸出液中电解出[2]。全湿法处理即将废干电池进行破碎后，再经过一系列的筛分、洗涤、过滤，将滤液进一步净化，其中的锌、锰等金属物质即可采用酸浸的方法直接提取出来。经过湿法处理的产品其纯度要对较高，而且工艺种类比较多，但是其流程长、能耗大且污染严重、投入成本也比较高。

（三）火法处理

由于电池中所含的不同金属或者氧化物的熔点、蒸气压以及沸点等化学性质各不相同，因此处于不同的温度条件下，可以分别进行分离、冷凝或者蒸发等化学处理工艺，从而将资源进行有效回收，这种方法即为火法处理工艺[3]。火法处理工艺按照工作压强的不同可以分为两种，即常压冶金法及真空冶金法。其中常压冶金又有两种处理方法，一种是处于较低的温度条件，将废旧电池进行加热的蒸发汞，再提升温度将锌及其它和重金属进行回收；另外一种则是在高温条件下焙烧电池，其中容易挥发的金属会挥发掉，再将残留物另作处理。而真空冶金法则是利用旧电池各组发的沸点不同，对其进行真空蒸发或冷凝，电池的各组分处于不同的温度环境会互相分离，最终实现资源的回收利用。与其它废旧电池回收工艺相比，真空冶金法不用分解电池，且能耗比较小，回收重金属的效果相对

较好，回收流程短，污染小，成本低，因此其优越性比较显著，也是废旧电池回收处理中比较具有发展前途的工艺方法[4][5]。

二、不同处理方法的对比试验

普通废旧锌锰干电池中含有mno2、nh4cl、mn cl 2、(nh4)2zncl4、乙炔黑、hgcl2、zncl2、石墨、zn(nh3)2cl2等有害物质，这些物质的溶水性与分解温度各不相同。本文针对这些组分的特性采用火法及湿法两种处理方法进行对比试验，试验只针对去除锌和氯元素的问题。试验采用普通不漏液锌锰干电池，将碳棒去除后获取电芯，经过200目标准筛筛分并在105℃条件下充分干燥后分别进行火法去除试验和湿法去除试验。

（一）火法去除试验

首先称取10g电芯试样进行加热，可以通过测量反应前后的质量变化对氯化铵等物质的分解状况进行度量。由于组分中

zn(nh3)2cl2的分解温度最低，为270℃；mno2的分解温度最高，为464℃，但温度过高试验成本也会相应的增加。而组分中分解温度排在第2位的是nh4cl，其分解温度为337℃。因此考虑到成本问题，将试验温度设在250℃至350℃之间分六个阶段进行。首先在温度为250℃及常压空气环境下进行一定时间的准备试验，分别设置1小时、1.5小时、2小时、2.5小时以及3小时五个时间段。经过试验，当时间超出2.5小时后，试样质量的变化小于0.5%，因此试验时间控制在3小时内。试验结果见图1。

（二）湿法去除试验

湿法去除试验在恒温装置中进行，每组试验加入110ml的水，分六组进行试验，温度范围设计在18℃至92℃之间，处理时间分别以十分钟进行递增。试验结果见图2、图3。

图1：火法试验结果图2温度对去除率的影响

图3 溶解时间对去除率的影响

（三）试验结果分析

1、火法试验结果及分析

通过x射线进行衍射后分析可知，原试要中包含了hgcl2·3hgo、zn ( nh3)2cl2、zno、(nh4)2zncl4等物质，经过342℃温度条件处理后，试样中仍有zno、zncl2等物质，由各种物质的化学性质可以得分，zn(nh3)2cl2在271℃的条件下会分解为nh3以及zncl2；而hgcl2·3hgo在受热后则会分解为hgcl2和hgo，其中hgcl2在常温下可以微量挥发，当温度升至300℃时挥发明显；在340 ℃条件下，(nh4)2zncl4会升华。所以试验温度处于342℃时，试样中zn(nh3)2cl2、hgcl2·3hgo、(nh4)2zncl4等均会分解，而其它的hgcl2·3hgo、zn(nh3)2cl2分解产物仍留在试样中。

再通过icp原子发射光谱分析法，对试样中的锌及氯元素的质量分数进行测试，按照元素质量平衡计算可得，在处于试验温度范围内的条件下，温度越高，试样的质量减少的就越多；从图1可看出，在试样经过了火法342℃处理以后，其中的氯含量降低近40%，

由此可见，该方法可以有效的去除部分氯，但是对于锌却没有效果。当温度高于464℃时，mno2就会分解，而且如果温度过高试验成本也会相应的增加，因此在综合了试验结果后可知，处理氯元素的温度选择342℃比较适宜。

2、湿法试验结果及分析

由图2和图3可知，在湿法处理过程中，当温度由18℃上升至92℃时，或者处理时间由十分钟延长至一个小时时，试样中有害元素的去除率维持在14%～15%左右，这证明如果水分充足，水温条件在18℃至92℃范围内，且溶解的时间超过十分钟时，水温的变化及溶解时间的长短不会对去除效果产生太大影响。为此，试验时将试样的溶解温度控制在45℃，溶解时间为十五分钟，对其做x射线衍射分析可知，试样中不含hgcl2·3hgo、zn(nh3)2cl2及

(nh4)2zncl4，这是由于zn(nh3)cl2与(nh4)2zncl4在水中溶解后与电芯分离开来，而hgcl2·3hgo则分解为hgcl2及hgo，由于hgcl2具有溶水性，而原本电芯中的hgo含量就比较少，因此hgo峰无法在x射线衍射图得到体现。再通过icp原子发射光谱分析法，对试样中的锌及氯元素的质量分数进行测试，按照元素的质量平衡计算可得：试样中氯含量降低近80%，锌含量降低近35%。

三、结论

通过对比试验可知，火法无法去除锌元素，只能去除部分氯元素，处理的适宜温度为342℃。而湿法处理这两种元素的效果则非常好，且受温度和处理时间的影响较小，经过湿法处理后的电芯还