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废锌锰电池回收利用的研究现状.doc

废锌锰电池回收利用的研究现状

wu高根
2017-09-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《废锌锰电池回收利用的研究现状doc》,可适用于工程科技领域

废锌锰电池回收利用的研究现状废锌锰电池中含有汞、镉、锌、铜、锰等重金属随意丢弃会对环境造成污染也导致金属资源浪费。我国每年报废万吨废锌锰电池若能全部回收利用可再生锰万吨、锌万吨、铜万吨是相当可观的资源。锌锰电池的正极活性物质为二氧化锰负极活性物质为锌中性锌锰电池的电解质溶液为氯化铵和氯化锌碱性锌锰电池的电解液为氢氧化钾。正极组成物质主要为碳棒、二氧化锰、乙炔黑、石墨负极主要是含有少量铅、镉、汞的锌加入少量铅、镉、汞的目的是降低锌电极的腐蚀速度。此外电池还有封口材料铁、塑料、沥青等和外壳铁、塑料、纸等组成材料。从电池组成上看其中有很多可再生利用资源其再生利用技术概括起来主要可分为人工分选法、湿法、干法和干湿法等回收利用工艺。(人工分选回收利用技术将废旧锌锰电池进行分类后用简单的机械将电池剖开人工分离各种物质并作相应回收处理。塑料盖送塑料厂再生利用铁壳送冶炼厂回收铁碳棒和铜帽分离后回收铜和碳棒锌皮洗净后送入电炉重熔铸成锌锭回收锌残存的二氧化锰和水锰石的混合物送入回转窑煅烧进行脱水处理可获得化工原料二氧化锰电池中的黑色填充物经水浸溶、过滤、蒸发结晶等工序制取氯化铵。此法操作简单不需要复杂设备但需要较多劳动力回收效率低且经济效益小。(湿法回收利用技术锌锰电池中的锌、二氧化锰等物质可在酸或铵盐中溶解湿法回收就呈根据此原理将它们与酸或铵盐作用生成可溶性盐进入溶液溶液经净化后电解生产金属锌、二氧化锰或生产化工产品及化肥等。这项技术又分为直接浸出法和焙烧浸出法。直接浸出法将废电池破碎、筛分、洗涤后接用酸浸出锌、锰等金属成分经过滤、净化后从滤液中提取金属并生产化工产品。这里液体浸取及浸取液的后处理是关键将直接影。向各物质回收率及产物的成本。浸取液多为盐酸、硫酸、硝酸和铵盐浸取后的处理随浸取液的不同而有差异。焙烧浸出法先将废旧电池焙烧电池中的氯化铵、甘汞等挥发成气相并通过冷凝装置回收。在焙烧过程中电池中的碳将高价金属氧化物还原成低价氧化物焙烧产物用酸浸出用电解法从浸出液中回收金属。湿法回收利用技术具有设备投资少、操作费用低、利润高、工艺简单等优点不足之处在于产品纯度较低回收流程长汞、镉、铅等有害成分回收不完全会造成二次污染等。(干法回收利用技术是在高温下使电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解、挥发和冷凝的过程能有效地处理并回收电池中的汞。按照回收工艺的不同又分常压:台金法和真空冶金法。常压冶金法在处理废旧电池时通常是在较低温度下加热废电池使汞挥发后再在较高的温度下回收锌和其他重金属或者在高温下焙烧废旧电池使其中易挥发的金属及其氧化物挥发残留物可作为冶金中间产品或另行处理。采用这种方法的工艺过程是将废旧电池分类筛选、破碎送入焙烧炉利用气旋集尘器或干式电集尘器收集含汞废气或使用空气冷却、冷凝器冷却回收汞温度控制在精制后可得纯度为,的汞。焙烧剩余物转入熔化炉或回转窑在时锌和盐酸锌氢化成氧化锌随烟气排出采用旋风除尘器或布袋除尘器回收氧化锌。剩余的残渣中含有二氧化锰、水锰石及铁等物质可进一步回收铁、锰或制取两者的合金。常压冶金法在大气中进行空气参与反应造成二次污染且能源消耗高。真空冶金法处理废电池是基于组成电池的各种物质在同一温度下具有不同的蒸气压在真空中通过蒸发和冷凝使各组分分别在不同的温度下相互分离从而实现废干电池综合回收与利用。在蒸发过程中蒸气压高的汞、镉、锌等进入蒸汽而蒸气压低的锰、铁等则留在残液或残渣中实现了分离。冷凝时蒸汽相中的汞、镉、锌等在不同温度下凝结为液体或固体实现分步分离回收。有报道说将废电池在压强为mmHg的真空中和约的温度下加热小时汞挥发进入烟气烟气经冷凝回收和除尘残留物中含汞量为原含量的,,基本消除了对环境的污染。目前真空台金法回收废电池研究还比较少与湿法及常压治金法相比基本无二次污染短能耗低具有一定的经济优势。(干湿法回收利用技术在回收处理过程中有时将干法回收和湿法回收结合起来使用形成一种新的工艺一千湿法回收利用技术也称焙烧电积法。操作过程是将废电池经筛选、分类、破碎、磁选除铁后送入电热回转窑内进行焙烧温度控制在左右最高不应超过。在焙烧过程中二氧化锰被电池中的乙炔黑和石墨还原成氧化锰。锌壳将以蒸汽形式进入烟气烟气经冷却用布袋除尘器回收锌。焙烧物冷却后将铜帽碳棒等杂质除去后在温度为时按照固液比为:的比例用硫酸溶液(<,)浸取小时此时残余锌全部进入溶液锌或氧化锌的浸出率大子,。在这种硫酸浸取液中含有铁、铜、钴、镍等杂质在电积前必须将溶液净化除去这些杂质。用电积法同时回收锌、锰是一个双电积过程阴阳两极的电积条件不同必须合理调整两极的工作状态。电解二氧化锰的电流密度最好在A,m以下而电解锌的电流密度最好达到A,m可以通过调节电极面积及选择不同材质的电极达到这一要求。电解温度对二氧化锰的影响较大而对锌的影响较小一般情况下温度控制在比较合适。焙烧电积法在技术上、经济上都具有可行性。(其他回收利用技术随着人们对废旧电池回收利用研究的不断深入出现了各种新的或改进的回收利用方法。比如利用冶炼工艺法处理废旧电池是对传统干法冶金回收技术的改进其工艺过程是将废旧电池破碎、水洗、过滤滤液经重结晶回收氯化铵、氯化锌和氯化汞滤渣经低温焙烧回收金属汞、镉、锌等后残留物送入转炉内进行高温冶炼既减少废电池对环境的危害又可将废电池中的铁、锰、镍等金属作为炼钢的原料加以回收利用。北京科技大学王化军等研制出物理分选化学提纯全湿法处理废旧电池新工艺特点是在物理分选阶段可获得铁皮、锌皮、铜帽、铜针及二氧化锰、锌粉和石墨混合中间产品等再经化学法提纯可得电解锌、电解二氧化锰等产品含汞废渣可送专门工F处理废水经处理后循环使用采用该工艺的综合利用率可达,以上有用成分的回收率一般达到,左右工作环境较好不会产生二次污染。此外采用电解溶解锌壳法处理废旧电池将电池的外包装剥去后直接作阳极以铝板为阴极在氯化物体系下电解可得纯度为,以上的锌粉锌壳溶解后的电池芯基本保持完整可回收二氧化锰、乙炔黑等物质。但此法不能处理外壳含铁的电池。三、废旧锌锰电池的回收产品(锰的回收制备硫酸锰废旧锌锰电池回收处理时在还原剂的作用下可以由二氧化锰制取硫酸锰。刘西德将经过预处理的炭包黑粉加一定量的,的硫酸溶液在水浴中加热经不断搅拌分批加入还原性铁粉反应小时再经过滤分离、浓缩结晶、干燥等处理过程得到工业产品硫酸锰。由于炭包黑粉中有其他还原性物质炭粉、乙炔黑等的存在因此反应过程中还原性铁粉的月量不需很多控制在理论用量的,即可。反应温度在为宜如果高于溶液沸腾剧烈不易控制低于锰的浸出率较低硫酸锰结晶温度应在低于其他杂质会产生共沉淀现象影响产品质量。釆月上述方法将还原剂改换为硫化铁同样可以制得硫酸锰。作者采用焙烧浸出法利用废旧锌锰电池中的炭粉和乙炔黑为还原剂将经提取氯化铵后剩余的黑色固体物质主要是炭粉、乙炔黑和二氧化锰等在马弗炉中加热当温度达到时再继续加热小时使碳包中的碳有机物充分燃烧尽二氧化锰被还原成三氧化二锰取出焙烧后的锰粉冷却后用moI,I热硫酸浸取小时过滤溶液并多次洗涤滤渣将滤液蒸发得到硫酸锰。同时将滤渣在烘干可得活性二氧化锰。制备碳酸锰蒋玉萍等对废旧锌锰电池进行初步处理制得固体的偏磁体材料MnxOy,将其加酸、水及少许双氧水加热溶解冷却过滤的滤液经加稀氨水除去FL然后在滤液中加碳酸氢钟或碳酸氢铵溶液把溶液pH值调节为得白色沉淀加热赶尽二氧化碳沉淀经过滤、洗涤、烘干等工序得到肉色碳酸锰。李朋恺等采用预处理还原焙烧酸浸工艺制备高纯碳酸锰。经预处理后的锰粉利用其中所含的炭粉、乙炔黑以及锌皮浸取所提供的H在还原焙烧炉中焙烧小时使其中二氧化锰、三氧化锰大部分转化为氧化锰用硫酸溶解氧化锰制取硫酸锰同时除去其他重金属离子锌、铅、镉、汞、铁等。用碳酸氢铵溶液处理硫酸锰净化液温度控制在pH值为可以得到高纯三氧化锰其产品质量符合国家标准。提纯二氧化锰杨培霞等采用干湿法回收工艺将焙烧后的废锰粉用热硫酸搅拌浸取小时发生了溶解和歧化反应得到的棕黑色沉淀经洗涤、烘干可得含量为,左右的活性二氧化锰。若将上述过程的滤液用次氯酸钠溶液处理控制反应终点的pH值为常温下反应小时沉淀经洗涤、烘干可得含量在,以上的化学二氧化锰。吴咏梅等将提取氯化铵后的滤渣经洗涤、过滤后滤饼置入锅中蒸干炒至无火星除去少许炭和其他有机物再用水洗涤、过滤滤饼在下烘干可以制得黑色二氢化锰。此外利月废旧锌锰电池也可以制备高锰酸钾、锰锌铁氧体等。(锌的回收制备锌盐利用废旧锌锰电池可以制备各种锌盐如硫酸锌、氯化锌、碳酸锌等。将废电池的锌皮剥下剪碎按质量比|:加入水煮沸、干燥后在马弗炉中加热至左右冷却后用稀硫酸洗去外层杂质溶于硫酸中经过滤、浓缩、结晶制得带有个结晶水的硫酸锌产品若与盐酸反应则制得氯化锌。李朋恺等采用湿法回收工艺制得出口饲料级个结晶水的硫酸锌其产品达到美国食用化学药典的规定标准。制备氧化锌薛笑莉釆取首先将废电池中的锌熔化制成锌粒除去部分杂质再用硝酸溶解锌粒加入氨水使Fe生成氢氢化铁沉淀除去Er)形成锌氨络合物留在滤液中然后向滤液中加硝酸破坏锌氨络合物。在此溶液中加入碳酸钠控制pH值为使Zn转化为碳酸锌沉淀将碳酸锌在下焙烧制得氧化锌。柴希娟等研究了从废干电池提取纳米氧化锌的工艺。将废干电池经预处理除去炭棒、纸壳、塑料等杂物用稀盐酸浸泡溶解使锌皮及锌化合物均以氯化锌的形式转人溶液中滤液经净化煅烧后提取纳米氧化锌。在上述工艺流程中从碱式碳酸锌制备纳米氧化锌的关键是控制煅烧温度与时间。最佳煅烧温度为煅烧时间为小时。在此条件下得到的氧化锌微粉粒径在nm之间且颗粒粒径均匀形状规则。另外裴秀中采用均匀沉淀法首先由废干电池制取氢氧化锌前驱体然后将干燥后的氢氧化锌前驱体于马弗炉中在焙烧小时得到氧化锌超细粉体其平均粒径为um。制备金属锌将从废电池剥下来的锌壳用热水洗净后放入铸铁锅或蒸发皿中加热至左右锌即熔化锌的熔点为除去上层浮渣以滴状滴到铁板上待凝固后即得锌粒或将锌熔化液以细流倒在一个有小孔的铁瓢中并不断地来回震荡铁瓢液锌穿过小yL流人盛有冷水的缸中冷却立即形成锌粒。陈扬等采用同槽电解法处理锌锰废干电池制取金属锌和二氧化锰。其工艺流程主要包括四部分即锌锰废干电池的预处理、浸出、净化和同槽电解。经过浸出和净化的溶液转入电解槽采用铝板和石墨板作极板。在外加电压时电解液中的Zn离子在阴极放电后以金属形态沉积下来锰在阳极放电并以二氧化锰形态沉积在阳极表面从而达到通过同槽电解法同时获得锌和二氧化锰的目的。氯化铵的回收废锌锰电池中氯化铵的回收主要采取将炭包黑粉用水洗涤或浸泡的方法使氯化铵溶解进入溶液过滤分离氯化铵留在滤液中滤液经加热浓缩或蒸馏、降温、结晶等工艺可得氯化铵晶体。此时晶体中含有少量的氯化锌可利用氯化铵在,时升华的性质将两者分开。生产微肥利月废旧锌锰电池也可以生产植物生长需要的含有铁、钼、硼、锰、锌、铜等微量元素的复合微肥。利用废旧锌锰电池生产复合微肥关键是将废电池中铜、锌、二氧化锰等不溶于水的质变为可溶性的盐。通过破碎、水系、过滤、焙烧、酸解、硼镁泥中和、再过滤、蒸发结晶、混合、包装工艺过程可使铜、锌、二氧化锰等转化为硫酸锌、硫酸铜、硫酸锰、硫酸铁等可溶性硫酸盐用生产硼砂的下脚料一一硼镁泥调节溶液的pH值既可以增加复合肥的成分钙、硼、镁、铁等元素又可以使肥枓的pH值基本上维持在左右不至于危害农作物。总之随着锌锰干电池的生产和消费数量的增加废旧电池的数量也在不断增加。因此为了减少废旧电池对环境的危害加强废旧电池处理的研究变废为宝实现资源再生具有重要的现实意义。<P<p>

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