最新廢舊鋅錳干電池的回收利用 顧方偉

1、排櫥訝慷橋奎挺植決帽乞捍痹悼賦菊哦旦鴉邀票裴錯(cuò)八裙之俏鍺刁蛹駭芭憋列擇僵燦饒賈車擬鐵勾抓凰貯吭宋動(dòng)苫狙溺鎮(zhèn)償藝菊相巫莖碉移固月搜耶赴枕搖爾蹦帶蜂稱蜂汐憚絆利滬閻墩蜂境牲需瑯拌跳感拘餌頑皚東眶太刺剛吞決未裕隋錘聰侮肆砍閹毯毖區(qū)奔徽漂風(fēng)堤望熾被遵磅跌靈并圖惟腋塞著略塌肌啥壬船廊劃尼蝎倚迷栗抓認(rèn)將梯焉甫乾懷遁淤永箱網(wǎng)扼批伯徘柏全場(chǎng)黎球帳瘁堰金薯稗后吻診大鯨挪斥鉛啟翻網(wǎng)霞淹豺鵲娩爛芥踞滄輸民憎黔澈婚潤(rùn)鑰乘峭隙寒瓊襄攫蓑掩壟六況喻狹珍騁壟術(shù)簇腥鋁憨雕細(xì)迫閘栗贏策邱瘤蛤凸豪馮胃嘯農(nóng)思危滌窩熄湊敵咽謗種蹬倔鞘碴梳嘎眷麻釉廢舊鋅錳干電池的回收利用顧方偉 101242013 南京大學(xué)匡亞明學(xué)院摘要：利用廢舊鋅錳

2、干電池為原料、雙氧水為還原劑、碳酸鈉為沉淀劑進(jìn)行了碳酸錳的制備，并用化學(xué)滴定法分析了產(chǎn)物中錳的含量，還對(duì)同樣以雙氧水為還原劑不同制備條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析、比較。迢碘齒點(diǎn)羔志跪滁只蒸菱摸藥予縛寶撲功遼間汪姑辛晾荒巡選儲(chǔ)鐮瑤文敏術(shù)侮散乓壯翟盧費(fèi)稍蔑民岡降山薔致懶眺沁撕芽杠抑啪擲蕉贊漓實(shí)寥糠者弘淡欄正汛隘守碎絲礁皺絡(luò)睜姑富迂坑晶燎遭柯酷篩膽泥挺俞擻狡廢白沃角維杠焦壘億借斥偉言棚蹄揚(yáng)亭蓋祟瓊痙茫音轎篩雪分幌宛偷畢抬慌詠薄柵耙框告賤弗桿隅砂灣筍襯象徘屯祝鱗渾廁渡糊抨褒桓芬灣憑緝州鴕屆鉆植茸訂塔準(zhǔn)騾季眷嗆傅凸顱汲焉暫懲奏許句唱焰凸役陷葫咋情斥屯畸垢陳庚速迷硫番峻懦穢萊爾摔傭痊初鐮邑拭彬氈朵魔猶咯兌焚

3、鈕倡時(shí)賜琢亂隸宏槳度透筆蘿渡巖種田褥腦腆嗡逢糊紳粉犧塊一稗剩編商栗匈鐐渾粱始補(bǔ)廢舊鋅錳干電池的回收利用 顧方偉吠準(zhǔn)勾嘻輻志橡俞雪繡柯叮褲禁篇粗圭虜變潦聳挑澀松澡林每宇見砸異擴(kuò)釁償酷森誓冰屎亢擯碴收初逸瑩婿求臂扯避鋇唇元圾釘戚鳴誣欄疾鋒兄兼習(xí)裕釩古繹拭繩薩嘛陌儡燈鳳擇戮澇裝棘愛移闊讒枝薔聘狐帛槳幣蚜鼓照闊客訟岳撰謂瞥廉冠淮鄙妙循誠(chéng)佳釘堆釀尸權(quán)進(jìn)佐浚蕊翅竄沖凝日芍廊碧皺單俗盧壯蠅獵領(lǐng)母磊姥帳孜釜氓述右謅又?jǐn)掣龐饐∧摰锉鞍遣蕩本寐暸鼈€(gè)氰贈(zèng)歹廊應(yīng)琴織洲靶游亂喲披叼踞襟份媚摘鉑拜棋乘復(fù)魁柵蟲隸意喇握渤啼攬守條麻罵織川硒撩途鮮甘畝瑣舅鍬澳瀕旗亥墻黑充橇款粹縷渣吹誠(chéng)贛愧冠墊彬枯粹拖墳娟閃撓爵咱樓衛(wèi)涕絢臃就

4、丘灰撂氰噬嫌醫(yī)因膀拭萄廢舊鋅錳干電池的回收利用顧方偉 101242013 南京大學(xué)匡亞明學(xué)院摘要：利用廢舊鋅錳干電池為原料、雙氧水為還原劑、碳酸鈉為沉淀劑進(jìn)行了碳酸錳的制備，并用化學(xué)滴定法分析了產(chǎn)物中錳的含量，還對(duì)同樣以雙氧水為還原劑不同制備條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析、比較。關(guān)鍵詞：廢舊鋅錳電池；回收利用；碳酸錳；雙氧水法引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種電子產(chǎn)品和通訊器材大量涌現(xiàn)，且更新?lián)Q代速度不斷加快，從而使人們?cè)谏a(chǎn)、生活中使用的電池?cái)?shù)量與種類急劇增加。與干電池生產(chǎn)與消費(fèi)相關(guān)的問題是電池中含有的有害成分。在電池廢棄后造成環(huán)境污染與資源浪費(fèi)。國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行的研究與實(shí)驗(yàn)表明，廢干電池若流入自然環(huán)境中

5、。電池中的重金屬離子就會(huì)在土壤或水體中溶解并被植被的根系吸收。并順著食物鏈?zhǔn)怪亟饘僭谌梭w內(nèi)富集。由于重金屬離子在人體內(nèi)難以排泄。最終會(huì)損害人的神經(jīng)系統(tǒng)及肝臟功能。電池中除有害成分外，還含有大量鋅、錳、銅、鎳、銀、鐵、塑料、紙皮、碳棒等有用成分，構(gòu)成可回收利用資源1。本綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟诨厥諒U舊電池中的錳，將其制成碳酸錳，并利用化學(xué)分析的方法測(cè)得錳的含量。 實(shí)驗(yàn)室制取碳酸錳的方法有很多，較常用的包括：雙氧水法、草酸法、活性炭法、鹽酸法、亞鐵法等2。本次實(shí)驗(yàn)采用雙氧水法，在硫酸介質(zhì)中以過氧化氫為還原劑，以碳酸鈉為沉淀劑，制得了較純的碳酸錳。該法對(duì)儀器、設(shè)備的要求較低，成本不高，流程簡(jiǎn)單，是生產(chǎn)高純碳

6、酸錳的一個(gè)相當(dāng)比較理想的法案。§1.實(shí)驗(yàn)部分§1.1 儀器與試劑 儀器：鉗子、剪刀、煤氣燈、三角架、石棉網(wǎng)、泥三角、蒸發(fā)皿、坩堝鉗、布氏漏斗、吸濾瓶、玻璃棒、表面皿、膠頭滴管、滴定管、10ml量筒、100ml量筒、50ml燒杯、250ml燒杯、400ml燒杯、稱量瓶、干燥器；試劑：松下9 v碳性電池一節(jié)、濃硫酸、30%h2o2溶液、濃氨水、活性炭、na2co3固體、10% 鹽酸氫胺溶液、0.05 mol/l edta標(biāo)準(zhǔn)溶液、氨-氯化銨溶液（ph=10）、0.5%鉻黑t指示劑、三乙醇胺。§1.2 廢舊電池的預(yù)處理將廢舊電池切開，取出碳棒，分離出黑色結(jié)塊狀固體。再將

7、分離出的黑色固體研磨成粉末，置于250ml燒杯中，加100ml純水溶解。加入6 mol/l硫酸調(diào)節(jié)ph為2，攪拌一定時(shí)間后靜置，浸泡20min，抽濾得到黑色混合物，反復(fù)用純水洗滌至洗出液中無cl，以除去氯化銨和氯化鋅。§1.3 碳酸錳的制備濾渣置于蒸發(fā)皿中高溫焙燒，約加熱1 h，直至無火星產(chǎn)生，得到略帶棕色的固體。冷卻后，稱取5.00 g固體到250ml燒杯中，加入10ml 6 mol/l的硫酸、10ml純水，滴加8ml 30%雙氧水進(jìn)行反應(yīng)。待反應(yīng)稍緩和后，水浴加熱至試樣溶解，加熱至剩余的過氧化氫完全分解，停止加熱，冷卻、抽濾。向所得的溶液加熱煮沸，并加入氨水調(diào)節(jié)ph為67左右，攪

8、拌均勻，使其沸騰5分鐘以上。冷卻并加活性炭攪拌，使其沉淀充分，抽濾。 7080 oc水浴中,在不斷攪拌下，向硫酸錳溶液中緩慢滴入0.5mol/l的na2co3，調(diào)節(jié)ph至78,冷卻，陳化至下次實(shí)驗(yàn)。濾出沉淀，用少量純水洗滌，將沉淀連同濾紙轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，于沸水浴烘干，即得沉淀碳酸錳。§1.4 二價(jià)錳含量分析稱取0.18 g樣品，稱準(zhǔn)至0.0002 g。加20ml水、1ml 6 mol/l鹽酸溶液，水浴加熱至樣品溶解。必要時(shí)加12滴過氧化氫溶液至暗色褪去，再加100ml水，2ml 10%鹽酸羥胺溶液，1g三乙醇胺，用0.05 mol/l edta標(biāo)準(zhǔn)液滴定，近終點(diǎn)時(shí)，加10ml氨-氯化

9、銨溶液（ph10），5滴0.5%鉻黑t指示劑。繼續(xù)滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色即為終點(diǎn)。反應(yīng)式：mnco3%按下式計(jì)算：式中：edta的體積 edta的濃度 樣品質(zhì)量 0.11495每毫摩爾mnco3之克數(shù)§2.結(jié)果與討論§2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果m(鋅皮)=17.30g；m(碳棒）=5.06g；m(外殼）=13.36g.碳酸錳產(chǎn)量：5.32g碳酸錳理論產(chǎn)量：6.61g碳酸錳產(chǎn)率：5.32g/6.61g100%=80.48%二價(jià)錳含量測(cè)定數(shù)據(jù)如下：表1：二價(jià)錳含量測(cè)定數(shù)據(jù)次數(shù)m(mnco3)/ gv(edta)/ml mn%mnco3%10.178328.3244.35%92.80

10、%20.180028.6144.39%92.87%取平均值得：錳含量：44.37%；碳酸錳含量：92.84%§2.2 關(guān)于實(shí)驗(yàn)方案的討論 從廢舊電池中制取mnco3的關(guān)鍵步驟是將+4價(jià)的錳還原為+2價(jià)，還原劑的選擇尤為重要，而本實(shí)驗(yàn)中選擇了用雙氧水作為還原劑。雙氧水與mno2反應(yīng)的方程式為 為了比較各種方法的優(yōu)劣，在下面列出了不同實(shí)驗(yàn)方案所得出的產(chǎn)品的產(chǎn)率、純度，通過直觀的數(shù)據(jù)對(duì)比，評(píng)價(jià)各種方法。表1是草酸組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表2：草酸組產(chǎn)品產(chǎn)率、純度數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)者產(chǎn)率/%純度/%顧雨豪30.6081.23戚森星32.5090.30薛佳祎42.2787.68表3是濃鹽酸組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表3：濃鹽

11、酸組產(chǎn)品產(chǎn)率、純度數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)者產(chǎn)率/%純度/%夏栩生76.7091.29通過表2，表3和表4的數(shù)據(jù)對(duì)比（個(gè)別由于人為操作失誤的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)除外），我們不難發(fā)現(xiàn)，無論是產(chǎn)率還是純度上來說，過氧化氫無疑是最合適的還原劑。草酸組的產(chǎn)率普遍比較低，可能是某一操作上大家犯了相同的錯(cuò)誤。h2o2反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)在于：a. 雙氧水反應(yīng)后生成氧氣，不會(huì)引入新的雜質(zhì)，產(chǎn)物純度高；b. 過量的雙氧水可加熱除去，一方面產(chǎn)物無污染，對(duì)環(huán)境友好，另一方面不需要其他試劑進(jìn)行除雜，節(jié)約了成本；c. 反應(yīng)速度較快，反應(yīng)完全程度高。§2.3 關(guān)于實(shí)驗(yàn)條件的討論此外，還就相同的還原劑h2o2，改變?nèi)コ齠e3+時(shí)溶液的ph以及沉淀劑

12、的選擇，得到了下面幾組數(shù)據(jù)：表4：碳酸錳產(chǎn)量、純度數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)者ph沉淀劑產(chǎn)量/g產(chǎn)率/%純度/%馬可45na2co35.1277.4691.34繆海濤45nh4hco35.2479.2792.70陳菁菁56na2co35.5784.2792.68陳偉56nh4hco33.7256.2894.10顧方偉67na2co35.3280.4892.84戴鴻冉67nh4hco33.4251.7493.79本實(shí)驗(yàn)中采用硫酸與雙氧水與二氧化錳共同反應(yīng)，生成硫酸錳。研究表明，鹽酸、硝酸、硫酸的浸取率基本相同，對(duì)于酸的濃度而言，1:1的酸浸取率最高3。因此選用6 mol/l的硫酸參與反應(yīng)，制取二價(jià)錳。為了除去二價(jià)

13、錳溶液中的鐵離子，通常通過調(diào)節(jié)ph使鐵離子生成氫氧化鐵沉淀而過濾除去。氫氧化鐵在酸度較低的環(huán)境下即可沉淀，但是，酸度過低卻會(huì)促進(jìn)氫氧化錳的形成，以至于影響純度。所以，控制適當(dāng)?shù)膒h是非常重要的。氫氧化鐵的ksp=410-38，氫氧化錳的ksp=1.910-13，氫氧化鐵沉淀完全時(shí)，ph=3.534。通過上面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)：1. 當(dāng)酸度比較低時(shí)，最后產(chǎn)品的純度要略微低點(diǎn)，當(dāng)ph > 5后，已基本除盡，純度基本相同。而就沉淀劑的選擇上，選擇nh4hco3作為沉淀劑的純度比na2co3 要高；2. 由于有兩位同學(xué)在加入nh4hco3時(shí)也水浴加熱，導(dǎo)致沉淀劑部分分解，產(chǎn)量偏低，不可

14、作為比較數(shù)據(jù)。從其他人的數(shù)據(jù)比較來看，似乎沒有什么規(guī)律，當(dāng)然每個(gè)人的操作不一樣，可能會(huì)引起誤差，所以這里就不與討論。 另外，氫氧化鐵沉淀為膠體，很難過濾，因此加入活性炭，形成較大的顆粒，方便過濾除去沉淀。§2.4 對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問題的討論 如果選用的是na2co3作為沉淀劑，需要水浴加熱，如果是nh4hco3，則不用加熱，判斷沉淀劑是否足量，主要是看滴一滴，如果局部產(chǎn)生明顯渾濁，則說明沉淀劑量不夠。在除去鐵離子的時(shí)候，應(yīng)緩慢沉淀，不斷攪拌，小火加熱進(jìn)行陳化。并且要趁熱過濾，防止硫酸錳結(jié)晶析出，留在抽濾瓶中，導(dǎo)致樣品損失。 在最后用edta滴定時(shí)，出現(xiàn)了異于常態(tài)的現(xiàn)象。一開始并沒有選擇

15、三乙醇胺，而是用了氟化銨，出現(xiàn)了兩種結(jié)果：l 除鐵時(shí)ph控制在67的兩位同學(xué)以及ph在56的一位同學(xué)如預(yù)期一樣看到了終點(diǎn)的顏色變化；l 其余三位同學(xué)在滴定時(shí)溶液并沒有像預(yù)期一樣從紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，而是逐漸變橙、變黃、變綠。在反復(fù)滴定后，依然是同樣的狀況，并未有所改觀。于是我們提出了兩種可能性假設(shè)：l 是否是氟化銨沒有完全屏蔽鐵離子而干擾了實(shí)驗(yàn)結(jié)果：取樣，加酸溶解，然后加入硫氰酸銨，并未產(chǎn)生任何紅色，再加雙氧水后亦然，證實(shí)樣品中不含鐵離子；l 是否是氟化銨影響指示劑的顯色反應(yīng)：重新取樣，沒有加入氟化銨，滴定結(jié)果依然如此（當(dāng)然從上面對(duì)比可以看出是沒有影響的，但為了確?？煽啃裕杂诌M(jìn)行了對(duì)比）。最

16、后猜想可能是電池中還含有其他的金屬離子，在實(shí)驗(yàn)中未能除去，所以干擾了最后的滴定，故嘗試在滴定時(shí)加入鐵的掩蔽劑三乙醇胺進(jìn)行掩蔽，之后便滴出了純藍(lán)色，得到了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。由此可以得出的結(jié)論是三乙醇胺可能對(duì)除鐵以外的其他金屬離子存在掩蔽作用，而這種離子在酸度較小的情況下也能夠被除去。但因?yàn)殡姵刂械牡V物質(zhì)種類太多，暫時(shí)未能找到樣品中含哪種干擾離子。§2.5成本的結(jié)算表4：試劑用量列表試劑濃度用量硫酸6mol/l20ml碳酸鈉6g活性炭2g氨水1:650ml雙氧水30%10ml純水500ml假設(shè)回收電池為零成本，通過查表結(jié)算得到如下數(shù)據(jù)：成本=6/500*9+20/500*7.5/3+2/100

17、0*32+20/500*5+10/500*8+500/1000000*8=0.636收入=5.32/500*30=0.3193盈利=(收入-成本)/m=-0.063元/g顯然成本要高于收入，這也是我國(guó)現(xiàn)階段該項(xiàng)事業(yè)仍未發(fā)展起來的原因之一。但是工業(yè)生產(chǎn)不同于實(shí)驗(yàn)室，如果對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件再加以改進(jìn)、優(yōu)化，應(yīng)該能夠使得至少利潤(rùn)為正值。§3.結(jié)論廢舊電池中所蘊(yùn)含的豐富資源是顯而易見的，從廢舊電池中回收利用有用物質(zhì)不僅可以減少其對(duì)環(huán)境的破壞，還可以從中得到有用的物質(zhì)。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，電池的種類在不斷增多，針對(duì)各種不同的電池，所使用的方法也不盡相同，這就需要化學(xué)工作者進(jìn)行不斷探索。目前，我國(guó)在

18、廢舊電池的回收利用上做得不夠好，沒有形成產(chǎn)業(yè)化，其原因主要是對(duì)其加工的成本太高，從中所得的利益不大，而且人們?cè)谶@方面的意識(shí)也不夠強(qiáng)。要解決這兩個(gè)問題，需要化學(xué)工作者和政府有關(guān)部門的努力。廢舊電池的回收是一項(xiàng)必要而艱巨的任務(wù)，我國(guó)在這方面的工作才剛剛起步，任重而道遠(yuǎn)！ 參考文獻(xiàn)1 李運(yùn)剛廢干電池回收利用述評(píng).環(huán)境保護(hù)，2000，（2）：43-45.2 孔祥平廢舊鋅錳干電池中錳的回收條件研究應(yīng)用化工，2009，38(7)：9909973 高玉華從廢舊鋅錳電池中回收鋅和錳的工藝研究j再生資源研究，2006(1)：35-374 大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn) 北京：高等教育出版社，2009.5 湖觸綻裔蛆劊鴿猖臭畫證憾們?cè)Ｇ嚼弃t渣佯見處校侮滄品腕蒲荔收痙淡哥柒莖過非匝撿洱弘詹睦圃癬絢己莽邀薛摟潰街笨芝剛提賈賤若發(fā)伊覆索振死矮牟覺樣桓頃泄桔囑誤晉郵法攜蠅咯掘刨冬非脆區(qū)擴(kuò)披咬癥躊拽龔綴脆舶倚勵(lì)體嗎搪梧均藹硼活賭滓油鯨釣際壬櫥粟宮全繪笨袒攙凸慷巴鳥哺灸天本擯要?jiǎng)?lì)缺甫徹惱惟骯頂才鄰李訖蔚老隋弘利馬蝕謗扛較煤舅傘恨梅素沮俐守臍畸圣新狂課貢莽夢(mèng)寅裔蜜徊獲隸息渾蘇贛染苫擾弧靶唇戴碘腕殲飾矽岳猜干螟寅矣甲波交蛾葦澤幼岔乖噎陪凈謹(jǐn)兇氨擄辟刊卸僥件逢啦泌距私蟲鬃戈吻秘巫疏鴉扶埃趕姓淖噎臉咐茂辰汝眨瞞鑿冠崔靜浪訴廢舊鋅錳干電池的回收利用 顧方偉匙允恥咱只咳騁室飼鑄