廢舊鋰離子電池的出路探討

　　2010年我國鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)到36.7億顆，占全球的30％以上，同比增長33.9％。近年來，我國鋰離子電池生產(chǎn)呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，且在優(yōu)良的投資環(huán)境和相對(duì)低廉的人工成本作用下，全球鋰離子電池制造中心正向中國大陸轉(zhuǎn)移[1]。
　　鋰電池生產(chǎn)的迅速增長，最主要是由于其廣泛應(yīng)用于日益增長的物質(zhì)文化生活領(lǐng)域，例如手機(jī)、手提電腦、相機(jī)、攝像機(jī)等而產(chǎn)生的需求。鋰離子電池雖為可充電電池，具備重復(fù)利用的特性，但其壽命一般只有2a左右，這就意味著，將會(huì)有大量的廢舊鋰離子電池產(chǎn)生和急需處理。廢舊鋰離子電池的產(chǎn)生受地域影響較大，在經(jīng)濟(jì)相對(duì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，其使用和廢棄量較大，尤其集中在大城市，廢舊鋰離子電池的處理已經(jīng)成為大城市的一個(gè)新環(huán)境問題。
　　據(jù)我們?cè)谀戏侥呈械恼{(diào)研發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池已經(jīng)成為居民生活中消費(fèi)電池的最主要類型，人均年消費(fèi)鋰離子電池3.3塊，更換頻率一般為1-2a，在未來對(duì)鋰離子電池的消費(fèi)情況大體維持不變，個(gè)別人群有增加使用計(jì)劃，絕大部分人群對(duì)未來鋰離子電池的更換計(jì)劃不變。
2鋰離子電池的成份及危害分析
　　鋰離子電池的主要成份為Li、Co（或Ni、Mn）、有機(jī)電解質(zhì)等，以常見的重約40g的手機(jī)電池為例，可看出鋰離子電池中金屬材料的含量[2]，

　　廢鋰離子電池的有害成份主要為Co、Cu、Ni、Mn、有機(jī)電解質(zhì)。酸、堿、有機(jī)電解質(zhì)會(huì)影響水中的pH值，使土壤酸性化或者堿性化，而重金屬被生物吸收后，會(huì)通過各種途徑進(jìn)入人的食物鏈，在人體內(nèi)聚集，使人體致畸或致變，甚至導(dǎo)致死亡[3-4]。廢鋰離子電池中主要重金屬對(duì)人體健康的危害見表2。
3鋰離子電池處理技術(shù)及效益分析
　　廢鋰離子電池中最具有回收價(jià)值的金屬是鈷，而不是鋰。鈷是一種稀有的貴重金屬，在自然界中蘊(yùn)藏很少，它沒有單獨(dú)的礦床，大都伴生于銅礦、鎳礦中，且品位較低。世界各國都比較重視工業(yè)生產(chǎn)中鈷的回收，而在鋰離子電池中鈷的含量相對(duì)較高，一只重約40g的電池，含金屬鈷約6g[5]，因此對(duì)廢舊鋰離子電池的回收利用，主要是回收其中的鈷。鋰、鎳和錳等金屬只是作為回收鈷的副產(chǎn)品。
　　廢鋰離子電池再生處理技術(shù)的研究開始于20世紀(jì)90年代中后期，在借鑒成熟的礦石冶煉工藝的基礎(chǔ)上，針對(duì)廢鋰離子電池的特殊性，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，工藝已日趨完善，并已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程。各種鋰電池回收的基本步驟相似，包括預(yù)處理（拆解、分類等）以及鈷和其他金屬的回收兩部分。各種回收技術(shù)的預(yù)處理方式基本相同，差異在于鈷和其他金屬的回收技術(shù)路線和方法不同。
　　由于鋰離子電池是由多種材料構(gòu)成，是精細(xì)的組合體，因其體積小、數(shù)量大、各種材料的分散性高，用機(jī)械的方法很難將其中的含鈷材料分離出來，只能對(duì)電池的電芯進(jìn)行整體處理。日本學(xué)者今村圣智由此提出對(duì)鋰離子電池進(jìn)行回收處理的方法如下：回收廢電池后，進(jìn)行放電處理，剝離外殼，回收外殼金屬材料；將電芯與焦炭、石灰石混合，投入焙燒爐中還原焙燒；有機(jī)物燃燒分解為二氧化碳及其他氣體，鈷酸鋰被還原為金屬鈷和氧化鋰，氟和磷被沉淀固定，鋁被氧化為爐渣，大部分氧化鋰以蒸汽形式逸出后，將其用水吸收，金屬銅、鈷等形成含碳合金；鋰離子電池經(jīng)如上處理后形成的合金中將含有銅、鈷、鎳等金屬。對(duì)此合金進(jìn)一步處理，可分離提取出價(jià)格較高的鈷鹽、鎳鹽[6]。
　　有研究分析表明，拆解并浸出回收鈷，在有效的廢棄鋰離子電池的回收體系的支撐下，按年回收手機(jī)電池300t（約1500萬支手機(jī)電池）計(jì)算，每個(gè)電池可回收價(jià)值約1.5元。該費(fèi)用為實(shí)驗(yàn)室估算費(fèi)用，收入主要來自拆解的廢塑料出售，廢金屬回收，支出主要為回收過程的原材料費(fèi)，包括購買氫氧化鈉、濃硫酸、雙氧水、草酸銨、一次交換水等，此外還扣除了工人工資、勞保用品等的費(fèi)用[5]。但此費(fèi)用未包括收集運(yùn)輸、公輔設(shè)施、環(huán)境保護(hù)等方面的費(fèi)用，其實(shí)際回收價(jià)值有待實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)一步分析。
　　可見，廢鋰離子電池回收的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的，廢鋰離子電池的回收，除了有國家相關(guān)政策導(dǎo)向支持外，還享受國家稅收優(yōu)惠，目前，市場(chǎng)上就存在大量回收廢鋰離子電池的信息，可見，這是個(gè)有價(jià)市場(chǎng)，但我們?nèi)孕柚攸c(diǎn)關(guān)注回收企業(yè)運(yùn)行過程的規(guī)范性及環(huán)境保護(hù)問題。

4我國廢舊鋰離子電池處理現(xiàn)狀及存在問題
　　隨著國民環(huán)保意識(shí)的不斷提高，以及媒體對(duì)電池污染危害的宣傳和報(bào)導(dǎo)，越來越多的人開始重視環(huán)境保護(hù)，雖未能完全杜絕廢電池隨意棄置在裸露外環(huán)境中的現(xiàn)象，但隨意丟棄廢電池的行為已經(jīng)越來越少。
　　近年來，一些地方政府相關(guān)機(jī)構(gòu)、社會(huì)團(tuán)體、生產(chǎn)企業(yè)都倡導(dǎo)和嘗試建立廢舊電池的回收收集系統(tǒng)，如北京在零售商處設(shè)立廢電池回收箱、珠海的小區(qū)和路邊回收箱、武漢在超市和自行車租賃點(diǎn)設(shè)置的有償回收點(diǎn)、廣州和太原的大學(xué)環(huán)保協(xié)會(huì)的上門收集、中國移動(dòng)通信集團(tuán)“綠箱子”工程等等，都因沒有完善的后續(xù)處理系統(tǒng)，沒有成規(guī)模的廢電池回收利用企業(yè)，而導(dǎo)致收集到的電池沒法處理而癱瘓，有些甚至因長時(shí)間的儲(chǔ)存堆放、缺乏管理而造成了二次污染。
　　目前國內(nèi)外廢電池回收利用技術(shù)主要有簡(jiǎn)單分選、干法、濕法、干濕法等[7]，相對(duì)而言，發(fā)達(dá)國家起步較早，技術(shù)較為先進(jìn)，而我國大多剛剛起步，或還在實(shí)驗(yàn)室階段，與發(fā)達(dá)國家差距較大，效果不理想。如上海環(huán)衛(wèi)部門的機(jī)械拆解試驗(yàn)、河北東華鑫馨廢舊電池再生處理廠與北京科技大學(xué)的新技術(shù)等，都因嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，污染控制要求，以及未有成規(guī)模的電池供應(yīng)等原因，未能形成規(guī)模化生產(chǎn)。
　　由于以上原因，收集到的廢舊電池多數(shù)只能臨時(shí)儲(chǔ)存，迫于管理及二次污染控制的壓力，許多地方已經(jīng)停止了廢舊電池的專門收集，有學(xué)者建議將一些低汞無汞廢電池直接進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)處理，這也使得目前電池的主要處理方式變成進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)。由于規(guī)范的生活垃圾填埋場(chǎng)一般都具有較好的防滲設(shè)施，因此廢舊電池進(jìn)入后不會(huì)對(duì)環(huán)境造成明顯的不良影響，但其析出的重金屬會(huì)對(duì)后續(xù)的滲濾液處理系統(tǒng)造成一定的沖擊影響，另外，填埋造成了資源的浪費(fèi)。
　　總體而言，我國廢舊電池回收利用系統(tǒng)存在以下問題。
4.1相關(guān)法律法規(guī)不完善
　　我國對(duì)固體廢棄物污染控制起步晚，法律法規(guī)不夠完善，執(zhí)法力度不夠，宣傳教育工作不足。直到2003年才頒布了專門針對(duì)廢舊電池的《廢舊電池污染防治技術(shù)政策》，要求將廢鋰離子電池被列入重點(diǎn)收集范疇，進(jìn)行資源化再生或無害化處理處置，但執(zhí)法力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對(duì)產(chǎn)生的廢電池，生產(chǎn)者、銷售者、使用者和管理者之間應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任不明確，缺乏針對(duì)廢電池回收的具體措施指引和相應(yīng)的獎(jiǎng)罰機(jī)制，使得對(duì)廢電池的處理，完全變成個(gè)人意愿，這也是廢電池回收系統(tǒng)難以正常運(yùn)作的重要原因。
4.2缺乏必要的宣傳與教育
　　雖然近年來媒體和部分學(xué)者報(bào)導(dǎo)和指出了廢電池的危害，使得公眾對(duì)廢電池的關(guān)注度有所增高，但對(duì)廢電池的認(rèn)識(shí)還是較為籠統(tǒng)和模糊，對(duì)廢電池的分類，對(duì)不同類型廢電池的最佳處理方法認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)不同類型廢電池可能造成的危害了解不足。據(jù)我們?cè)谀戏侥呈械恼{(diào)研發(fā)現(xiàn)，公眾在購買電池時(shí)一般只注重其品牌、價(jià)格和使用的安全性，而很少去關(guān)注其化學(xué)成份和毒性。宣傳和教育的缺乏，使得公眾環(huán)保意識(shí)較為薄弱，參加到廢電池回收利用系統(tǒng)的積極性不高。
4.3缺乏有效統(tǒng)一完善的回收體系
　　部分城市有一定的廢電池回收體系，但整體運(yùn)作都不順暢，往往回收到的都是混合廢電池，沒有對(duì)廢電池進(jìn)行必要的分類，由于不同類型廢電池的回收方法不盡相同，因此，很難直接被企業(yè)進(jìn)行回收利用。此外，由于缺乏法律法規(guī)的支持，以及公眾意識(shí)的不夠，回收到的電池量不大，很難維持工業(yè)化生產(chǎn)。
4.4回收利用企業(yè)缺乏政策支持，舉步維艱
　　企業(yè)回收利用技術(shù)要求高、利潤低，雖有相關(guān)政策的支持，但實(shí)際支持力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，往往收集到的電池都難以形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。廢電池收集成本過高，使得企業(yè)難以維持，全國各地許多廢電池回收企業(yè)最終都無法維持。
5廢舊鋰離子電池處理出路探討
5.1配套完善相關(guān)法律法規(guī)，明確責(zé)任
　　加強(qiáng)立法是廢電池回收體系的根本，是廢電池從產(chǎn)生，到收集、運(yùn)輸、處理全過程科學(xué)合理的保障，發(fā)達(dá)國家在廢電池回收體系做得較好的，如德國、美國都有專門針對(duì)廢舊電池的法律法規(guī)[4]，只有加強(qiáng)立法，才能明確生產(chǎn)者、銷售者、使用者和管理者之間的責(zé)任，才能使公眾都積極參與到廢電池回收體系之中。
5.2加強(qiáng)宣傳教育，提高居民環(huán)境保護(hù)意識(shí)和相關(guān)知識(shí)
　　針對(duì)不同類型的廢電池可能造成的環(huán)境危害，普及公眾相關(guān)知識(shí)，提高公眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)，倡導(dǎo)公眾綠色消費(fèi)，從消費(fèi)端抑制毒性大危害大的電池生產(chǎn)。倡導(dǎo)公眾在使用電池的時(shí)候，了解其分類、化學(xué)成份、毒性等，在注重使用安全的同時(shí)，對(duì)產(chǎn)生的廢電池亦采用分類收集，為末端處理提供便利。
5.3建立完善的回收體系，從源頭進(jìn)行分類收集
　　國外較為完善的回收體系，有如“押金制度”等，即在電池銷售時(shí)收取一定的押金，要求消費(fèi)者在廢棄電池時(shí)，將電池送至指定的回收點(diǎn)，取回押金。該制度在我國其他行業(yè)曾經(jīng)施行，效果良好，可以較好地實(shí)行廢物回收，建議回收體系形成網(wǎng)絡(luò)化。據(jù)我們?cè)谀戏侥呈械恼{(diào)研結(jié)果，回收點(diǎn)宜設(shè)置在超市、士多等銷售地點(diǎn)，同時(shí)可根據(jù)電池的種類進(jìn)行分類收集。廢電池的收運(yùn)可由政府有關(guān)部門或回收企業(yè)進(jìn)行，宜采用專用的涂有標(biāo)識(shí)的收運(yùn)車。