從廢舊鋅錳電池中回收鋅和錳的工藝研究

我國是干電池的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，年產(chǎn)量達(dá)150億只，居世界第一位，占世界總量的1/3左右[1]，其中70％是鋅錳干電池。以每年生產(chǎn)100億只干電池計算，全年將要消耗15.6萬噸鋅，22.6萬噸氧化錳，2080噸銅，2.7萬噸氯化鋅，7.9萬噸氯化銨，4.3萬噸碳棒[2]，相當(dāng)于三四個大冶煉廠的年產(chǎn)鋅、錳量。目前國內(nèi)外都很重視對廢干電池資源化的研究[3、4]，廢舊鋅錳干電池尚無較好的處理方法[5]，用固化法處理廢干電池[6]填埋后的廢鋅錳干電池中的鋅、錳等有用物質(zhì)不能回收，也不利于土地資源的開發(fā)與利用[7]。
作者對廢舊鋅錳干電池中鋅錳回收工藝進(jìn)行了探索，找到了鋅、錳回收的工藝條件。

圖1廢舊鋅錳電池回收處理實(shí)驗(yàn)過程
一、實(shí)驗(yàn)部分
實(shí)驗(yàn)儀器　電池破解設(shè)備、馬弗爐、1000W電爐、AA370原子吸收分光光度計、雷磁25酸度計、汞回收裝置等。
實(shí)驗(yàn)藥品　硫酸、硫化鈉、氨水等。
實(shí)驗(yàn)方法　用自制的電池破解設(shè)備將廢鋅錳干電池剖開，使碳棒、金屬帽、鋅皮、鐵片、碳包得到分離。將碳包中內(nèi)含物置于瓷坩堝內(nèi)，送入馬弗爐在750℃焙燒1h(煙氣排放處設(shè)回收汞裝置)，取出冷卻，將內(nèi)含物全部倒入1000ml的燒杯中，用1∶1硫酸適量浸取，放置過夜，過濾，沉淀物用硫酸溶解，稀釋法除鐵[6]，結(jié)晶得硫酸錳。在濾液中加入1∶1的氨水，調(diào)節(jié)pH值為8~9，過濾，向?yàn)V液中加入20％硫化鈉，過濾。將沉淀物與鋅皮一起鑄錠。工藝流程如圖1所示。
二、結(jié)果與討論
鋅錳干電池的組成　按實(shí)驗(yàn)方法將鋅錳干電池剖開，分析每種型號和品牌廢電池中碳包、碳棒、鋅皮、銅帽、鐵皮和漿糊、瀝青、塑料等的含量，結(jié)果見表1。
表1鋅錳廢干電池的組成（單位：％）

焙燒溫度和時間的選擇　焙燒的目的是除碳和汞以及使高價錳的氧化物分解。在500℃時分解，碳不易燒去，溫度越高，碳越易燒去；在600℃時，碳可以燒去，但錳的高價氧化物不易還原為氧化錳；而溫度大于750℃，鋅將以蒸汽形式進(jìn)入煙氣。在750℃下焙燒0.5h，碳沒有燒盡，焙燒lh，碳已燒盡。所以，本實(shí)驗(yàn)選定焙燒溫度為750℃，焙燒時間為lh。
酸浸時酸的種類選擇　按實(shí)驗(yàn)方法，分別用1∶1的硫酸、鹽酸、硝酸和磷酸浸取焙燒后的粉末，分析浸取液中鋅和錳的濃度，計算浸取率，結(jié)果見表2。
表2酸的種類對浸取率的影響（單位：％

磷酸的浸取率最低，而硫酸、鹽酸、硝酸的浸取率基本相同，由于本實(shí)驗(yàn)要制取硫酸錳，故本實(shí)驗(yàn)選擇硫酸。
酸的濃度選擇　按實(shí)驗(yàn)方法，分別用1∶1的硫酸、1∶2的硫酸、1∶3的硫酸浸取焙燒后的粉末，分析浸取液中鋅和錳的濃度，計算浸取率，結(jié)果見表3。
表3酸的濃度對浸取率的影響（單位：％）

由此可知：1∶1的硫酸浸取率最高，故本實(shí)驗(yàn)選擇1∶1的硫酸。
酸浸時間的選擇　按實(shí)驗(yàn)方法，分別用1∶1的硫酸浸取焙燒后的粉末，浸取時間分別為1h、2h、3h、4h和放置過夜，分析浸取液中鋅和錳的濃度，計算浸取率，結(jié)果見表4。
表4酸浸時間對浸取率的影響（單位：％）

由此可知：隨著浸取時間的延長，浸取率也增加，故本實(shí)驗(yàn)選擇放置過夜。
pH的選擇　按實(shí)驗(yàn)方法，用氨水調(diào)節(jié)不同的pH值，過濾，測定濾液和沉淀中鋅和錳的含量，結(jié)果見表5。
表5pH的選擇（單位：％）

由表可知：在pH＝8~9時，鋅和錳的分離較好，故本實(shí)驗(yàn)選擇pH＝8~9。
鋅、錳回收率計算　取5號英雄牌電池2節(jié)，按實(shí)驗(yàn)方法，制得硫酸錳29.72g，純度為98.9％，鋅塊8.10g，純度為99.1％，求得鋅的回收率為94.5％，錳的回收率為93.6％。 
三、結(jié)論
由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：將廢鋅錳干電池經(jīng)過剝離，將碳包中內(nèi)含物焙燒的適宜溫度為750℃，焙燒時間為lh，浸取用酸適宜為1∶1的硫酸，沉淀法分離鋅和錳的適宜pH為8。本實(shí)驗(yàn)流程操作簡單，鋅和錳的回收率較高，是鋅錳廢干電池中鋅和錳回收的較好方法。
參考文獻(xiàn)：略