廢電池回收利用技術(shù)簡介

　核心提示：在廢鉛蓄電池的回收技術(shù)中，泥渣的處理是關(guān)鍵，廢鉛蓄電池的泥渣物相主要是PbSO4，PbO2，PbO，Pb等。其中PbO2是主要成分，它在正極填料和混合填料中所占重量為41％～46％和24％～28％。因此，PbO2還原效果對整個回收技術(shù)具有重要的影響，其還原工藝有火法和濕法兩種。火法是將PbO2與泥...

1．鋅錳干電池
(1) 濕法冶金法
??? 該法基于Zn，MnO2可溶于酸的原理，將電池中的Zn，MnO2與酸作用生成可溶性鹽進入溶液，溶液經(jīng)過凈化后電解生產(chǎn)金屬鋅和電解MnO2或生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品、化肥等。濕法冶金又分為焙燒-浸出法和直接浸出法。
??? 焙燒-浸出法是將廢電池焙燒，使其中的氯化銨、氯化亞汞等揮發(fā)成氣相并分別在冷凝裝置中回收，高價金屬氧化物被還原成低價氧化物，焙燒產(chǎn)物用酸浸出，然后從浸出液中用電解法回收金屬，焙燒過程中發(fā)生的主要反應為：
MeO＋C→Me＋CO↑
Ａ（ｓ）→Ａ（g）↑
浸出過程發(fā)生的主要反應：
Me＋2H＋→Me2＋＋H2↑
MeO＋2H＋→Me2＋＋H2O
電解時，陰極主要反應：
Me2＋＋2e→Me
??? 直接浸出法是將廢干電池破碎、篩分、洗滌后，直接用酸浸出其中的鋅、錳等金屬成分，經(jīng)過濾，濾液凈化后，從中提取金屬并生產(chǎn)化工產(chǎn)品。
反應式為：
MnO2＋4HCl→MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
MnO2＋2HCl→MnCl2＋H2O
Mn2O3＋6HCl→2MnCl2＋Cl2↑＋3H2O
MnCl2＋NaOH→Mn(OH)2＋2NaCl
Mn(OH)2＋氧化劑→MnO2↓＋2HCl
電池中的Zn以ZnO的形式回收，反應式如下：
Zn2＋＋2OH－→ZnO2－→Zn(OH)2（無定型膠體）→ZnO（結(jié)晶體）＋H2O
(2) 常壓冶金法
??? 該法是在高溫下使廢電池中的金屬及其化合物氧化、還原、分解和揮發(fā)以及冷凝的過程。
??? 方法一：在較低的溫度下，加熱廢干電池，先使汞揮發(fā)，然后在較高的溫度下回收鋅和其它重金屬。
??? 方法二：先在高溫下焙燒，使其中的易揮發(fā)金屬及其氧化物揮發(fā)，殘留物作為冶金中間產(chǎn)品或另行處理。
??? 濕法冶金和常壓治金處理廢電池，在技術(shù)上較為成熟，但都具有流程長、污染源多、投資和消耗高、綜合效益低的共同缺點。1996年，日本TDK公司對再生工藝作了大膽的改革，變回收單項金屬為回收做磁性材料。這種做法簡化了分離工序，使成本大大降低，從而大幅度提高了干電池再生利用的效益。近年來，人們又開始嘗試研究開發(fā)一種新的冶金法--真空冶金法：基于廢電池各組分在同一溫度下具有不同的蒸氣壓，在真空中通過蒸發(fā)與冷凝，使其分別在不同溫度下相互分離從而實現(xiàn)綜合利用和回收。由于是在真空中進行，大氣沒有參與作業(yè)，故減小了污染。雖然目前對真空冶金法的研究尚少，且還缺乏相應的經(jīng)濟指標，但它明顯克服了濕法冶金法和常壓冶金法的一些缺點，因而必將成為一種很有前途的方法。
2．鎳鎘電池
??? Ni－Cd電池含有大量的Ni，Cd和Fe，其中Ni是鋼鐵、電器、有色合金、電鍍等方面的重要原料。Cd是電池、顏料和合金等方面用的稀有金屬，又是有毒重金屬，故日本較早即開展了廢鎳隔電池再生利用的研究開發(fā)，其工藝也有干法和濕法兩種。干法主要利用鎘及其氧化物蒸氣壓高的特點，在高溫下使鎘蒸發(fā)而與鎳分離。濕法則是將廢電池破碎后，一并用硫酸浸出后再用H2S分離出鎘。
3．鉛蓄電池
??? 鉛蓄電池的體積較大而且鉛的毒性較強，所以在各類電池中，最早進行回收利用，故其工藝也較為完善并在不斷發(fā)展中。
??? 在廢鉛蓄電池的回收技術(shù)中，泥渣的處理是關(guān)鍵，廢鉛蓄電池的泥渣物相主要是PbSO4，PbO2，PbO，Pb等。其中PbO2是主要成分，它在正極填料和混合填料中所占重量為41％～46％和24％～28％。因此，PbO2還原效果對整個回收技術(shù)具有重要的影響，其還原工藝有火法和濕法兩種。火法是將PbO2與泥渣中的其它組分PbSO4，PbO等一同在冶金爐中還原冶煉成Pb。但由于產(chǎn)生SO2和高溫Pb塵第二次污染物，且能耗高，利用率低，故將會逐步被淘汰。濕法是在溶液條件下加入還原劑使PbO2還原轉(zhuǎn)化為低價態(tài)的鉛化合物。已嘗試過的還原劑有許多種。其中，以硫酸溶液中FeSO4還原PbO2法較為理想，并具有工業(yè)應用價值。
硫酸溶液中FeSO4還原PbO2，還原過程可用下式表示：
PbO2（固）＋2FeSO4（液）＋2H2SO4（液）→PbSO4（固）＋Fe2(SO4)3（液）＋2H2O
此法還原過程穩(wěn)定，速度快，還可使泥渣中的金屬鉛完全轉(zhuǎn)化，并有利于PbO2的還原：
Pb（固）＋Fe2(SO4)3（液）→PbSO4（固）＋2FeSO4（液）
Pb（固）＋PbO（固）＋2H2SO4（液）→2PbSO4（固）＋2H2O
還原劑可利用鋼鐵酸洗廢水配制，以廢治廢。Ni－MH電池、新型的鋰離子電池隨著近年手持電話和電子設備的發(fā)展得到了大量的應用。在日本，Ni－MH電池的產(chǎn)量，1992年達1800萬只，1993年達7000萬只，到2000年已占市場份額的近50%。可以預計，在不久的將來，將會有大量的廢Ni－MH電池產(chǎn)生。這些廢Ni－MH電池的正、負極材料中含有許多有用金屬，如鎳、鈷、稀土等。因此，回收Ni－MH電池是十分有益的，有關(guān)它們的再生利用技術(shù)亦在積極開發(fā)中。
??? 科技尤其是信息技術(shù)的發(fā)展，使得世界對電池的需求只會增多而不會減少，隨之造成的電池污染和天然能源的消耗也將大大增加。各種回收利用技術(shù)雖日臻完善但畢竟治標不治本。因此科學家們提出了發(fā)展有利于環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的新型綠色環(huán)保電池。新型綠色環(huán)保電池是指近年來已投入使用或正在研制開發(fā)的一類高性能、無污染的電池。目前已經(jīng)大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池、正在推廣應用的無汞堿性鋅錳原電池和可充電電池都屬于這一范疇；正在研制開發(fā)的聚合物鋰或鋰離子蓄電池、燃料電池、電化學貯能超級電容器等也可列入這一范疇。
??? 從普萊德發(fā)明第一只鉛蓄電池以來，化學電池已經(jīng)有了140年的歷史，其家族也日益壯大。但是，大量生產(chǎn)電池而造成的資源消耗和廢電池所帶來的環(huán)境污染也是有目共睹的。早在1992年，巴西召開的世界環(huán)境發(fā)展大會上通過的21世紀議程中就已明確提出了可持續(xù)發(fā)展的方針。與地球和諧相處，走保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的道路，是工業(yè)發(fā)展的大勢所趨。加強廢電池的環(huán)境管理：出臺相應的法規(guī)政策并不斷完善和發(fā)展廢電池回收技術(shù)，擴大回收范圍，即使尚無能力處理的也要有相應的措施，如填埋處理等。回收技術(shù)應朝著降低成本、盡量避免二次污染的方向發(fā)展。同時走發(fā)展新型綠色環(huán)保電池之路：發(fā)展高能量、無污染的綠色電池，在制造之初就將環(huán)境污染和資源消耗控制在最小。從而使生產(chǎn)和再生利用形成一個良性循環(huán)，才能真正做到利于民又無害于民、無害于自然。