废旧干电池的综合利用

废旧干电池的综合利用

一、实验目的

1、子解废干电池中有效成分的回收利用方法。

2、熟悉无机物的实验室制备、提纯、分析等方法与技能。

3、分析废干电池黑色粉体中二氧化锰、氯化铵、碳粉的含量并分析锌片纯度。

4、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。

5、分析氯化铵、二氧化锰、七水硫酸锌的产率和纯度。

二、废干电池回收实验原理

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 MnO (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2

物，其结构如图1 所示。其电池反应为:

Zn +2NHCl +2MnO = Zn(NH)Cl + 2MnOOH 42322

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。

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

电池黑色物质为二氧化锰，碳粉，氯化铵，氯化锌，氯化锰的混合物，使其混合物溶于水，滤液为NHCl、氯化锌、氯化锰混合物，滤渣为二氧化锰、碳粉及其它少数有机物，加4

热可除去碳粉和其他少数有机物，加酸溶解可分离出碳粉。锌皮可以与硫酸反应

Zn +HSO = Zn SO +H2442

将溶液用氢氧化钠调节PH=8使Zn2+完合常常，以达沉淀最大，再加入硫酸，控制PH=4，此时氢氧化锌溶解，最后将滤液酸化，蒸发浓缩，结晶。即得七水硫酸锌。

依靠氯化铵与氯化锌混合物溶解度不同，可以从中加收氯化铵。氯化铵与氯化锌的溶解度见表1。

表1. NHCl、ZnCl在不同温度下的溶解度(g/100g水) 42

T/K 27283 29303133353637

3 3 3 3 3 3 3 3

NH4C29.33.37.31.45.55.65.71.77.

l 4 2 2 4 8 3 3 2 3

ZnCl2 34363 3943454854— 61

2 5 7 2 8 1 4

氯化铵在 100?时开始显著地挥发，338?时离解，350?时升华。利用氯化铵溶解度的质点，通过反复抽提来提纯产品纯度。氯化铵含量测定可采用甲醛法。

反应式为:4NHCl+6HCHO?6(CH)N+6HO+4HCl 42642

W(氯化铵)=CVM/m×100% 氢氧化钠氢氧化钠氯化铵

在二氧化锰产品中加入一定过量草酸，及在硫酸的作用下沸水浴中溶解，用高锰酸钾滴定多余的草酸到终点为粉红色，即可间接测事实上二氧气化锰含量。反应式为

+2+ MnO+ HCO+ 2H ? Mn + 2CO + 2HO 2 224 22+2+2-MnO+ 5HCO+ 6 H ? 2Mn + 10 CO + 8 HO 4 224 22

实验流程图:

三、实验仪器和药品

实验仪器:天平、电子天平、50、100、200、300、500ml烧杯各一个，抽滤装置、蒸

发皿、滤纸、玻璃漏斗、酒精灯、石棉网、剪刀、PH计、电炉、坩埚及坩埚钳、三角

架、250ml容量瓶。

主要的药品:废电池、2mol/L浓硫酸、2mol/L盐酸、1:1盐酸和2mol/L氢氧化钠两

份，1:1氨水，3%双氧水，50%甲醛，酚酞指示剂，铬黑T指示剂，已标定好的高锰

酸钾，已标定好的EDTA，二甲基酚橙指示剂，草酸等。

四、实验步骤

1、剪开电池，取下塑料垫圈和铁帽，剪下锌皮，其黑色粉末置于烧杯中称重待用，用蒸馏水冲洗干净碳棒和锌皮上的黑色粉末。

2、取20克黑色粉末放入200ml烧杯中，加入50ml蒸馏水加热溶解，然后抽滤并水洗3次，滤液放到烧杯中用酒精灯加热浓缩到有晶体液膜(在加热到溶液只有一半的时候改用小火加热)抽滤得氯化铵和氯化锰混合物称量，待用来分析各含量。

3、二氧化锰制备

将滤渣蒸干并称量，取10g滤渣灼烧以除去碳粉，直到没有火星冒出时停止加热，冷却所得黑色粉末为二氧化锰，称重。

4、七水硫酸锌的制备

称量2g锌片用水清洗干净，用剪刀剪细小再转入100ml小烧杯中，加适量

2mol/L硫酸将其溶解，过滤，将得到滤液加热近沸，加3%双氧水10滴，在不断搅拌下滴加2mol/L氢氧化钠直到溶液PH=8。抽滤，将得至的白色沉淀转入大烧杯中加水搅拌，再抽滤，反复3次，将白色沉淀转入烧杯中边搅拌边滴加2mol/L硫酸，直到沉淀溶解，继续滴加至溶液PH=4，加热至沸，然后趁热过滤，将滤液转入蒸发皿中用酒精灯蒸发，直到有晶体膜析出，停止加热，自然冷却后得白色针状晶体七水硫酸锌，用滤纸吸干，称重。

5、氯化铵的制备

将氯化铵、氯化锌，氯化锰混合物溶解后转入蒸发皿中，用蒸汽浴蒸发，待蒸发皿底部有晶体析出且只剩下少量液体时停止蒸发，趁热过滤。所得滤渣继续用蒸汽浴蒸发，反复抽滤、蒸发最后得到白色晶体即为氯化铵，称重。

6、氯化氨的纯度分析

称取0.20克氯化铵产品，用10ml蒸馏水溶解后于250ml容量瓶中定容，取

10ml加入50%甲醛3ml，充分反应后以酚酞为指示剂，用0.1mol/L的NaOH滴定至浅粉红色，平行滴定3次。

McV，，NHClNaOHNaOH4 W氯化铵= ，100%m1000，NHCl4

7、二氧化锰纯度分析

取2g产品溶于硫酸中，加入一定过量的草酸，待二氧化锰与草酸根离子作用完毕后，用高锰酸钾标准液滴定过量的草酸，即可求出二氧气化锰的含量，做三次实验。

Mm5MnOHCO2222 W,(,C，V)，100%MnOKMnOKMnO244mM2HCO222

五、结果分析

1、剪开电池称取的黑色粉末为42.15g

2、NHCl的纯度分析 4

制备得到的精制NHCl/g 2.45 4

实验序号 1 2 3 消耗的氢氧化钠体积1.24 1.26 1.24 /mL

消耗的氢氧化钠平均1.25 体积/mL

83.59 W /% NH4Cl

3、高锰酸钾标定数据记录表

序号 m( Na2C2O4)(g) V( KMnO4)(mL)V( KMnO4)(mL)V( KMnO4)(mL) c(KMnO)4 始终总平均浓度

(mol?L

,1) 1 0.1574 0 25.26 25.26

0.01857 2 0.1508 0 24.28 24.28

3 0.1645 0 26.45 26.45

2×m(NaCO)×1000 224

c(KMnO)= --------------------------------- 4

5×M(NaCO)×V(KMnO) 2244

式中 c(KMnO) ----- 高锰酸钾的准确浓度(mol/L); 4

m(NaCO) ----- 所称草酸钠的质量(g) 224