干电池的回收与利用实验报告

武昌工学院

WUCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY

实验报告

课程名称：开放性实验任课老师：付娇成绩：

专业班级:化学工程与工艺1001 姓名：卢小兵学号： 103010010107

实验室：座位号：07 实验日期：2013.12.5

实验名称:废干电池的综合利用室温：16 ℃湿度：50 ％一实验目的

1.进一步熟悉无机物的实验室提取、制备、提纯、分析等方法与技能；

2.学习实验方案的设计；

3.了解废弃物中有效成分的回收利用方法。

二实验原理与材料准备

日常生活中用的干电池主要为锌锰干电池，其负极是作为电池壳体的锌电极，正极是被 MnO2 (为增强导电能力，填充有碳粉)包围着的石墨电极，电解质是氯化锌及氯化铵的糊状物，其结构如图1 所示。其电池反应为：

Zn +2NH4Cl +2MnO2 = Zn(NH3)2Cl2 + 2MnOOH

在使用过程中，锌皮消耗最多，二氧化锰只起氧化作用，氯化铵作为电解质没有消耗，炭粉是填料。因而回收

处理废干电池可以获得多种物质，如铜、锌、二氧化锰、氯化铵和炭棒等，实为变废为宝的一种可利用资源。

回收时，剥去废干电池外层包装纸，用螺丝刀撬去顶盖，用小刀除去盖下面的沥青层，即可用钳子慢慢拔出炭棒(连同铜帽)，取下铜帽集存，可作为实验或生产硫酸铜的原料。炭棒留作电极使用。

图 1 锌-锰电池构造图

1.火漆；

2.黄铜帽；

3.石墨；

4.锌筒；

5.去极剂；

6.电解液+淀粉；

7.厚纸壳

用剪刀把废电池外壳剥开，取出里面的黑色物质，它是二氧化锰、炭粉、氯化铵、氯化锌等的混合物。把这些黑色物质倒入烧杯中，加入蒸馏水（按每节1#电池加入50mL水计算），搅拌溶解，澄清后过滤。滤液用以提取氯化铵，滤渣用以制备MnO2及锰的化合物，电池的锌壳可用以制锌粒及锌盐。

已知滤液的主要成分为NH4Cl和ZnCl2，两者在不同温度下的溶解度见表1。

表1. NH4Cl、ZnCl2在不同温度下的溶解度(g/100g水) T/K 273 283 293 303 313 333 353 363 373

NH4Cl 29.4 33.2 37.2 31.4 45.8 55.3 65.3 71.2 77.3

ZnCl2342 363 395 437 452 488 541 —614

氯化铵在 100℃时开始显著地挥发，338℃时离解，350℃时升华。

三、实验仪器和药品

仪器：烧杯、滴管、电炉、剪刀、滤纸、玻璃棒、铁架台、蒸发皿、玻璃漏斗、电子天平、抽滤装置、广泛pH试纸。

药品：蒸馏水、2mol/L氨水、2mol/L盐酸、2mol/L浓硫酸、2mol/LNaOH溶液、3%双氧水、废干电池一节。

四、实验步骤

1、材料准备

取一个废干电池，剥去外层包装纸，用剪刀撬去顶盖，挖去盖下面的沥青层，慢慢拔出炭棒连同铜帽，再把废干电池外壳剪开，即可取出里面的黑色物质，它为氯化铵、氯化锌、二氧化锰、炭粉的混合物。

2、从黑色混合物的滤液中提取氯化铵

取10g黑色物质放入烧杯中，加入50mL蒸馏水，加热溶解，然后抽滤并水洗2~3次，得滤液和滤渣，滤渣留着用于提取二氧化锰。向滤液中加入2mol/L氨水，有白色氢氧化锌沉淀生成，继续加入直至溶液pH=8时为止，然后抽滤并水洗2~3次，得滤液和沉淀。把滤液全部倒入蒸发皿中，加热蒸发至滤液中有晶体析出时，改用小火加热，并不断搅拌(防止局部过热致氯化铵分解)。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，称重。

向沉淀中加入2mol/L盐酸使之充分溶解，然后全部倒入蒸发皿中，加热蒸发至滤液中有晶体析出时，改用小火加热，并不断搅拌。待蒸发皿中只留有少量母液时，停止加热，冷却后即得氯化锌固体，用滤纸吸干，称重。

3、从黑色混合物的路也中提取二氧化锰

将上述所得的滤渣放入蒸发皿中，先用小火加热烘干，再在搅拌下用火灼烧，以除去炭粉和其它少量有机物，直到没有火星冒出时，再灼烧5~10分钟，冷却后所得黑色粉末即为二氧化锰，称重。利用差量法就可计算炭粉在黑色物质中的含量。

4、利用锌皮制备七水硫酸锌

废干电池表面剪下的锌皮可能粘有氯化铵、氯化锌及二氧化锰等杂质，先用水刷洗除去，然后把锌皮剪碎，锌皮上还可能粘有石蜡、沥青等有机物，用水难以洗净，但它们不溶

于酸，可将锌皮溶于酸后过滤除去。

称取1.0g 洁净的碎锌皮加适量的2mol/L 硫酸溶解，加热，待反应较快时停止加热，澄清后过滤，把滤渣烘干后称重。把滤液加热近沸，加入3% 双氧水10滴，在不断搅拌下加入2mol/L 氢氧化钠溶液，逐渐有白色氢氧化锌沉淀生成，同时还有少量红棕色氢氧化铁沉淀生成，继续加入直至溶液pH=8时为止，然后抽滤并水洗2~3次，弃去滤液，得沉淀。 将所得的沉淀转入烧杯中，边搅拌边加入2mol/L 硫酸，直至沉淀溶解，继续加入直至溶液pH=4时为止。将溶液加热至沸，促使铁离子水解完全，生成氢氧化铁沉淀，然后趁热过滤，弃去沉淀。在除铁的滤液中加入2mol/L 硫酸，使溶液pH=2，将其转入蒸发皿中，在水浴上蒸发、浓缩至液面上出现晶膜，停止加热，自然冷却后，抽滤得白色针状晶体七水硫酸锌，将晶体放在两层滤纸间吸干，称重并计算七水硫酸锌的产率。

五、实验数据与处理

1、剪开电池称取黑色物质为 10.25 g

2、氯化铵、氯化锌的提取

提取的氯化铵质量为 0.0087 g 氯化锌的含量为 3.55 %

3、二氧化锰的提取

提取的二氧化锰质量为 4.9 g 二氧化锰的含量 49.0%

4、七水硫酸锌的制备

称取锌皮的质量m 1= 1.0 g ， 精制七水硫酸锌质量m 3= 19.0 g

理论上可制得七水硫酸锌质量m 4= 22 g

产品产率为=100%m m 4

3 = 86% 六、思考题

1、在抽滤、过滤等过程中，会有部分成品残留在滤纸和容器上，从而有一定误差。

2、在灼烧制取二氧化锰的实验中，灼烧不充分，产物还含有一些炭粉，以致有误差。

3、在调节pH 时，读数和颜色观察带来一定误差，影响实验结果。 七 实验心得

通过这次实验学会了独立思考和自己设计实验的能力。在以后实验中，应熟悉操作细节， 规范实验操作，提前查阅相关资料，做好实验准备。 从这实验中知道了电池的可利用方面，因此我们不应该乱扔废电池，回收可以得到铜片、 锌片、碳棒等可利用的资源，对坏境保护也有着重大意义。