废旧电池的回收利用

废旧电池的回收利用龙飞鸿一、电池的种类•按用途可分为工业电池和民用电池。工业电池主要用于汽车、铁路、电站和航空等领域，如汽车铅酸蓄电池和变电站电池等。民用电池按能否充电可分为一次电池和二次电池(充电电池)。一次电池主要有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池和锌一空气电池、锂电池和汞电池(已经被强令淘汰)等；二次电池目前使用较多的有镉镍、氢镍和锂离子电池。常用电池的种类及其主要化学成分见表1。废旧电池对环境和人体健康的危害•废电池大量丢弃于环境中，其中的酸、碱电解质溶液会影响土壤和水系的pH，使土壤和水系酸性化或碱性化，而汞、镉等重金属被生物吸收后，通过各种途径进入人的食物链，在人体内聚集，使人体致畸或致变，甚至导致死亡。废电池中主要重金属对人体健康的危害见表2。12/21/20118一节壹号电池能使1立方米土壤永久失去价值，1粒纽扣电池即可使600吨水无法饮用（相当于一个人一生的饮用水量）(1)汞鱼在含汞量0.01－0.02mg/L水中便可中毒，人食用0.1g可致死。实例：水俣病(2)镉具有致癌性，肾毒性实例：痛痛病(3)铅重金属铅对蛋白质具有严重的破坏能力，因而他对酶的合成与血红素的分泌会产生不良影响，导致贫血等病症。铅还可以导致神经功能失调，对骨骼，肾脏造成危害，引起肾损伤。12/21/20119废电池中化学物质对环境和人体健康危害途径•如果把废电池丢弃在普通的生活垃圾中，当垃圾堆肥处理时，会因含重金属而影响发酵；垃圾焚烧处理时，烟气中汞含量高影响大气环境质量，污染空气；垃圾如果填埋处理，电池中的重金属会逐渐渗漏到地下或溢出，污染土壤和地下水体。国内外废旧电池回收处理技术•1、废旧干电池的综合处理技术•1．1、湿法冶金废干电池的湿法冶金处理是基于Zn、MnO2等可溶于酸的原理，将电池中的Zn、MnO2与酸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和二氧化锰或生产其它化工产品的过程，可分为焙烧一浸出法和直接浸出法2种。•焙烧一浸出法是将废电池焙烧，使其中的氯化铵、氯化亚汞等挥发成气相并分别在冷凝装置中回收，高价金属氧化物被还原成低价氧化物，焙烧产物用酸浸出，然后从浸出液中用电解法回收有价金属；直接浸出法是将废干电池破碎、筛分、洗涤后，直接用酸浸出其中的锌、锰等金属成分，经过滤、滤液净化后，从中提取金属并生产化工产品•湿法工艺种类较多，处理所得产品的纯度通常较高，但具有流程长、污染重、能耗大、生产成本高的缺点。•1.2、火法冶金•火法冶金处理废干电池是在高温下使废干电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解和挥发、冷凝的过程，它可分为常压和真空2种方法。常压冶金法所有作业均在大气中进行，而真空法则是在密闭的负压环境下进行。•传统的常压冶金方法主要有2种：一是在较低的温度下加热废干电池先使汞挥发，然后在较高的温度下回收锌和其它重金属；二是将废干电池在高温下焙烧使其中易挥发的金属及其氧化物挥发，残留物作为冶金中间产物或另行处理。•真空法是基于废旧干电池各组分在同一温度下具有不同的蒸气压的原理，在真空中通过蒸发与冷凝，使它们在不同的温度下相互分离从而实现综合回收利用的方法。蒸发时，蒸气压高的组分进入蒸气，蒸气压低的组分则留在残液或残渣内；冷凝时蒸气在温度较低处凝结为液体或固体。•相对于湿法工艺和常压工艺，真空法具有流程短、能耗低、对环境污染小、有用成分综合利用率高的优点。•2、废旧铅酸蓄电池的回收处理技术•铅酸蓄电池在各类电池中是最早被回收利用的，故其工艺也较为完善并在不断发展中。国外主要采用火法、湿法冶金以及固相电解还原3种技术对其进行处理。•2.1、火法冶金工艺又分为无预处理混炼、无预处理单独冶炼和预处理单独冶炼3种工艺。无预处理混炼就是将废铅酸蓄电池经去壳倒酸等简单处理后，进行火法混合冶炼，得到铅锑合金；无预处理单独冶炼就是废铅酸蓄电池经破碎分拣后分出金属部分和铅膏部分，二者分别进行火法冶炼，得到铅锑合金和精铅；有预处理单独冶炼工艺是废铅酸蓄电池经破碎分选后分出金属部分和铅膏部分，铅膏部分脱硫转化，然后二者再分别进行火法冶炼，得到铅锑合金和软铅。其中最后一种工艺的金属回收率和资源利用率均最高，且污染最小。•2.2、湿法冶金工艺流程为铅泥一转化一溶解沉淀一化学合成一含铅产品。此工艺目前尚处于半工业化试验阶段，从研究情况看，该工艺流程简单、回收率高，完全消除了二次污染且具有较高的综合利用水平，可以取得较好的经济效益。•2.3、固相电解还原工艺的机理是将各种铅的化物放置在阴极上进行电解，正离子型铅离子被还原成金属铅。其工艺流程为废铅污泥——固相电解——熔化铸锭——金属铅。其回收率可达95％以上，回收铅的纯度可达99．95％。•3、废旧镍镉电池的综合处理技术主要有火法处理技术和湿法、火法相结合的混合处理技术2种。火法处理主要利用镉及其氧化物蒸气压较高的特点和镍分离；火法和湿法相结合的方法工序繁复，工艺流程长，但对于环境的污染问题可以根本解决。湿法部分处理方法较多，整个工艺方法也不尽相同。混合处理方法的工艺流程见图1。•4、锂离子电池的回收处理•目前，国外有关废锂离子电池中锂的分离回收方法：一是废电池经一系列处理后，加入沉淀剂，将锂离子转化为沉淀；二是废电池经一系列处理后．对处理后的物质进行焙烧，使锂离子以氧化锂蒸气形式逸出，然后用水吸收后再回收。•5、混合电池的处理利用技术•对于混合型的废电池，目前采用的主要技术为模块化处理，即先对所有废电池进行破碎、筛分等预处理，然后按类别分选。国外对混合电池的处理技术中以火法或湿、火混合处理法较常见。由于废电池中5种主要金属具有明显不同的沸点，因而可以通过将废电池准确加热到一定温度，使需要分离的金属蒸发汽化，然后再收集冷却，从而达到分离的目的。我国废旧电池回收处理技术•1、物理分选一化学处理法•北京科技大学及有关科研单位研制出了国内首创的废电池物理分选一化学处理新工艺。该方法采用湿法工艺流程，能充分对电池进行无害化、资源化处理，且不会产生二次污染。•工艺流程：先将分选好的电池进行机械剥离。用磁选法将其中的不锈钢、底铁吸出，水洗后送铁冶炼厂进行冶炼；电池的铜帽、碳棒经水洗后回收利用；锌壳及外层塑料和其它剩余物采用鼓风曝气装置在水洗池中水洗。水洗池中浮在水面的塑料用刮泥机刮去后回收利用；锌壳水洗后经过处理也可再利用；粉状物及可溶金属离子进入水相，过滤后得滤液及固型物(主要含有MnO2：、Ni、Cd和少量有机物质)。将固型物在600—700℃的温度下灼烧，生成金属氧化物，加入稀硫酸，MnO2：不溶于酸，可过滤将其回收。•合并所有的洗、滤液，调整pH为0．4，通入H2S气体使CdS完全沉淀并过滤分离；再调节pH为8通人H2S气体，使ZnS完全沉淀滤出；利用高温炉的烟气余热加热浓缩滤液，驱逐溶解的H2S及CO，再调节pH为11，得到氢氧化镍沉淀过滤分离向最后的母液中加少量的过硫酸铵和硫酸氧化剩余的H2S并调节pH为中性，母液中主要是硫酸钾和少量的硫酸铵，送化肥厂加工。整个过程产生的含汞废渣送往专门工厂处理。•4、干电池的固化处置法•固化法是一种将废干电池直接用作混凝土的配料组分，以制成符合使用要求的混凝土产品的废电池处理方法。其制备方法是将废电池碾碎后(5号以下的废电池可不经碾碎直接加入)作为一个配料组分加入到普通混凝土配料即水泥、砂、石中，以取代部分砂石制成一种新的混凝土产品，最佳的配料成分是水泥：砂料、石料：废电池的质量比分别为1：(0．90—2．50)、(1．90--6．20)：(0．15-0．40)。混凝土中还可以混入减水剂、防冻剂等添加剂。•此法利用水泥的高强度黏合性、固化性、抗掺性等特点，将废电池中的有害物质紧紧地封固在混凝土中，最终使混凝土产品强度符合某些混凝土制品如广场及道路用的方砖、隔离墩的质量要求，不但减少了砂石的用料，节约了自然资源，而且对废电池进行了无害化处理，保护了环境，具有显著的社会效益。12/21/201128废电池的回收效益环境效益回收电池中能够提高金属利用率,降低温室气体排放,同时节约能源。以铅为例：从废旧电池中回收铅所消耗的能源比起从矿石中直接摄取铅消耗的能源少很多——大概节约65%.还能减少流失到环境中的铅,从而降低对新原料的需求,为将来节约矿产资源.我们估计,回收铅排放的温室气体比采矿再精炼铅排放的温室气体约少53%.•干电池中的金属含量超过50％。以我国目前的生产水平计算，每年干电池生产约耗锌25万吨，锰24万吨，铜4500吨，还有其它重金属。国土资源部的资料显示，我国的铁、铜、铅、锌等重要矿产资源，从2000年起就进入采掘中晚期。若以10％的增长速度推算的话．到2005年我国干电池生产将达200多亿只，如不及早考虑回收利用，其对环境的危害会进一步加剧，不仪造成资源的大量浪费，而且贻害子孙后代。需要特别指出的是，废干电池中所含多种金属都属不可再生资源，所以回收废干电池对我国来说意义重大。绿色电池无汞碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池较同尺寸普通干电池具有更高的容量，并具有大电流放电的能力。近年来已应用了无汞锌粉，因此使这种电池成为一种绿色电池，并成为原电池中的主流产品燃料电池是一种利用燃料和氧化剂直接连续发电的装置，这种发电装置不仅效率高，且无污染气体排出，因此是未来的高效和清洁发电方式。国内外许多公司都在致力于发展适合手机、笔记本计算机的燃料电池，一旦投入应用，其经济效益极大。太阳能电池目前常用的太阳电池是由硅制成的；一般是在电子型单晶硅的小片上用扩散法渗进一薄层硼，以得到PN结，然后再加上电极。当日光直射到渗了硼的薄层面上时，两极间就产生电动势。这种电池可用作人造卫星上仪器的电源。除硅外，砷化镓也是制作太阳电池的好材料。绿色有机物电池耶路撒冷的研究者开发了所谓的「马铃薯电池」，也就是将锌和铜电极插到煮过的马铃薯里，简单的「煮」的过程就能让电力变为原本的10倍。虽然在蓄电量上和我们习惯的锂电池有不小的差距，但可是完全100%环保的。