实验论文

从废旧电池中回收锰制备碳酸锰

【摘要】随电池在生活中使用得越来越普遍，其回收也成了难点与热点。本文中使用草酸法进行废旧电池中锰的回收及制备碳酸锰，分析了产品纯度，探讨了实验结果和不同的实验室制法的优缺点，同时与工业生产比较，提出如何从实验室方法推行到大规模无害化回收处理的意见，并探讨了废旧电池回收难题的解决建议与前景。

【关键词】废旧碳性锌锰电池回收草酸法碳酸锰

一、前言

作为一种便捷的能量来源，电池在现代生活中有着越来越广泛的应用，但是电池的回收再利用一直是一个热点，却也一直是一个难题，因废旧电池乱丢乱弃而造成的污染也越来越严重。尤其我国，相比其它许多国家，如德国（制定有《循环利用与废物法》，建有先进的电池分选与处理工厂）、日本（制定有《资源有效利用促进法》，，汽车铅蓄电池等全部回收）、美国（是有关立法最多、最细的国家，拥有如RBRC等专业回收电池的公司、组织）[1]等，因相关政策不完善、国民意识不高等诸多原因的影响下，废旧电池回收利用情况令人担忧。举上海为例，上海市2000年一年的电池消耗为3000吨，而只回收了30吨，回收率仅为1%[2]。而电池中的汞、镉、铅、铜、镍、锌、锰等都是对环境有污染，对人体健康也有剧大的危害。

元素危害

汞可造成急性或慢性中毒，对人的神经、肝脏、消化道等都汞

有损伤，还有致癌性。

有致癌性，对骨骼、肾、肝脏、生殖系统、免疫系统等均有镉

损伤。

有致突变作用，对中枢神经、消化系统、肝脏、肾都有较大铅

危害，可导致贫血。

镍有致癌性，对皮肤、呼吸系统有巨大危害。

会影响神经系统，可以造成记忆力衰减、呼吸困难、肌肉无锰

力、四肢麻木等症状。

然而从另一方面，这些会造成污染的成分也是有用的化学化工原料。据推算，每生产100亿只干电池，将消耗锌15. 6万吨，二氧化锰22. 6万吨，铜2080吨，氯化锌2. 7万吨，氯化铵7. 9万吨，碳棒4. 3万吨[2]。电池的乱丢乱弃也是对资源的巨大浪费。若能突破废旧电池回收的难题，便能为缓解资源紧张做出贡献，同时会有巨大的经济效益，是符合绿色化学理念的。

本研究性实验的选题为从废旧电池中回收锰制备碳酸锰，目的不

仅是复习无机制备的操作和滴定分析，学习研究式实验的进行方式，了解碳酸锰等有关物质的性质，也是绿色化学的一次实践，并且通过实验，思考与工业大规模应用的差别，体会技术向实际应用转变的思考方式，是具有挑战性，也非常有意义的一次实验。

实验原理如下:

1、制备

（1）锰都主要集中在由ZnCl2,NH4Cl,MnO2,乙炔黑，石墨组成的炭包内[3]，因此实验取炭包进行锰的回收。

（2）为除去可溶性杂质ZnCl2,NH4Cl，用稀酸浸炭包，并用纯水洗至无氯离子即可。检验使用硝酸酸化的硝酸银。

（3）还原为实验的关键步骤。使用草酸法进行。反应的方程式为：MnO2 + H2C2O4 + 4H+ = Mn2+ + 2CO2 + 2H2O，

MnO+H2SO4=MnSO4+H2O ，

MnO2+2MnOOH+2H2C2O4+3H2SO4=3MnSO4+4CO2+6H2O。[4]

（4）取滤液,滤液中可能含有二价铁离子，但二价铁不易除，因而加入适量双氧水氧化，使用硫氰化钾检验铁离子，存在，则调pH4到5除铁，因铁形成胶体不易过滤，加入活性炭吸附。过氧化氢不可过量，防止之后沉淀时因pH上升而氧化二价锰。

（5）沉淀。加碳酸氢铵调pH至8可沉淀完全。滤出沉淀后80至90度烘干，或自然晾干。方程式为：MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。

2、纯度分析

用盐酸溶解样品，用EDTA标准液滴定至紫红色变为纯蓝色即为终点。方程式为：2HCl+MnCO3=MnCl2+CO2↑。计算公式Mn%=VC×5.494/M。

二、实验部分

1、实验仪器与药品

（1）仪器（未注明数量的，数量都为1）

剪刀、钳子、锤子、药匙、抽滤装置、精密PH试纸、蒸发皿、坩埚钳、煤气灯、三脚架、泥三角、石棉网、干燥器、电子天平、台天平、滴定管、铁架台、蝴蝶夹、玻璃棒4只、胶头滴管2只、小试管10只、试管架、洗瓶、烧杯（50ml 2只，100ml 2只,250ml 3只,400ml 1只）、表面皿（5cm 2只,9cm 2只）、100ml大量筒、10ml小量筒、记号笔

（2）药品

纯水、硫酸（AR）、草酸固体（AR）、浓硝酸、0.1mol/L 硝酸银、30% 双氧水、0.1mol/L 硫氰酸钾、pH=10 氨-氯化铵缓冲液、碳酸氢铵固体（AR）、0.5 mol/L 氯化钡、浓盐酸、10% 盐酸羟胺、0.05mol/L EDTA、活性炭固体、5% 铬黑T、浓氨水

2、实验步骤

（1）剖开电池取炭包5克，配制好6mol/L硫酸、1mol/L硝酸、3%双氧水、1:1氨水等

（2）用20ml 1mol/L硫酸酸浸30min，使用50ml烧杯

（3）减压过滤，用纯水洗至无氯离子，使用2滴1mol/L硝酸，1滴0.1mol/L硝酸银进行检验，无白色沉淀即洗净。取滤渣。

（4）将滤渣置于蒸发皿中，灼烧至干燥，冷后称重记录。

（5）取得到的固体于250ml烧杯中，加入5ml 6mol/L硫酸，15ml 纯水，搅拌。使用50ml烧杯，将3.5克草酸溶于约30ml纯水中，微热含灼烧后固体的浊液后，边搅拌浊液边加入草酸到250ml烧杯中。再搅拌、静置几分钟，充分反应。

（6）减压过滤，取滤液于250ml烧杯中。用小试管取约2滴滤液，加1滴3%过氧化氢，震荡，加1滴硫氰化钾，检验三价铁，有红色则有铁存在。若存在，在烧杯中加入0.5ml 3%过氧化氢，搅拌。用1:1氨水调PH约4.5(使用精密PH试纸测量)，0.5克活性炭，充分沉淀，过滤，弃去沉淀物。如无不需要加双氧水等。

（7）用饱和碳酸氢铵调PH约8，沉淀出碳酸锰。加热、陈化。（8）冷后减压过滤，沉淀用纯水洗至无硫酸根，用2滴0.5%氯化钡检验。在洁净9cm表面皿上放置一周，自然晾干或80至90摄氏度烘干1小时。

2、纯度检验

准确称取0.18克样品，称准至0.0002克，加20ml纯水，滴加6M盐酸，水浴至溶解。加100ml纯水，2ml 10%盐酸羟胺，用0.05M EDTA滴定，近终点，加10ml氨—氯化铵溶液（pH=10）和5滴5%铬黑T指示剂，滴定至变为纯蓝色。

3、实验记录