废电池的回收和综合利用

废电池的回收和综合利用

1.常用电池介绍

随着科技的飞速发展，电子设备和各种便携设备越来越普及，电池在生产生活中的地位和作用日益提高，使用量也大幅增加。以干电池为例，目前世界年产量为250亿只，我国是世界最大的电池生产国，约占世界电池总产量的一半。据统计，1998年我国电池年产量已达140亿只。

电池制造过程中要消耗大量的Zn、Mn、Cu、Pb、Cd、Hg、Ni等金属（见表1）。电池用完后，其大部分成分仍以各种形式残存在电池中。如果将废旧电池作为垃圾丢弃，一方面其中的Hg、Pb、Cd等金属是环保严格限制的物质，如果泄漏到环境中，会造成严重的污染；另一方面这些有用的金属资源就被浪费了。据报道，我国生产干电池每年消耗锌接近25万吨，约占锌年总产量的15%，其资源价值十分可观。另外，信息产业的快速发展产生了大量的电子垃圾，全国仅手机、免提电话淘汰的废旧电池每年就达数千吨。其中大量废旧镍镉电池和锂电池具有巨大的回收价值。

表1 常见电池介绍

由于资源约束和治理环境的需要，世界各国都十分重视废旧电池的回收利用，废旧电池的管理刻不容缓，如何让废旧电池资源化、无害化迫在眉睫。

近年来，随着人们环保意识的加强，一些大中城市开始对废旧电池进行回收利用，在商场、居民区、学校等设置废旧电池回收箱，已取得初步成效，但仍处于起步阶段。1999年，在清华大学召开的“废旧电池环境管理研讨会”呼吁国家尽快出台相应的法律政策，规范管理。国家环保局曾委托清华大学对我国废旧电池的产生、流向、种类等进行调查，为制定相关政策做准备。

2.废旧电池回收技术介绍

1.锌锰干电池

1.1湿法冶金法

该方法利用Zn和MnO[,2]易溶于酸的原理，电池中的Zn和MnO[,2]与酸发生反应，生成可溶盐进入溶液，溶液经净化后电解，生成金属锌和电解MnO[,2]，或生产其他化工产品、肥料等。湿法冶金又分为焙烧-浸出法和直接浸出法。

焙烧-浸出法是将废旧电池进行焙烧，使其中的氯化铵、氯化亚汞等分别挥发到气相中并分别在冷凝装置中回收，高价金属氧化物被还原为低价氧化物。焙烧产物用酸浸出，然后用电解法从浸出液中回收金属。焙烧过程中发生的主要反应是：

1.2 常压冶金

该方法是在高温条件下，使废旧电池中的金属及其化合物发生氧化、还原、分解、挥发和凝聚的过程。

方法一：将废旧干电池在较低温度下加热，先将汞挥发掉，然后在较高温度下回收锌等重金属。

方法二：先经高温焙烧，使挥发性金属及其氧化物挥发掉，残渣作为冶金中间产品或另行处理。

湿法冶金和常压冶金处理废旧电池技术比较成熟，但都存在着流程长、污染源多、投资消耗大、综合效益低的共同缺点。1996年，日本TDK公司对回收工艺进行了大胆改革，将单一金属的回收改为磁性材料的回收。这种方式简化了分离工序，大大降低了成本，从而大大提高了干电池回收的效益。近年来，人们开始尝试研究开发一种新的冶金方法——真空冶金：利用废旧电池各组分在同一温度下蒸气压不同，在真空中通过蒸发、冷凝作用，使它们在不同温度下相互分离，实现综合利用和回收。由于是在真空中进行，大气不参与操作，因此污染减少。虽然目前对真空冶金的研究还很少，还缺乏相应的经济指标，但它显然克服了湿法冶金和常压冶金的一些缺点，势必成为一种非常有前途的方法。

2.镍镉电池

镍镉电池中含有大量的Ni、Cd和Fe，其中Ni是钢铁、电器、有色合金、电镀等的重要原料。Cd是用于电池、颜料和合金的稀有金属，也是有毒的重金属。因此，日本很早就对废旧镍基电池的回收利用进行了研究和开发，其工艺也包括干法和湿法。干法主要利用镉及其氧化物的高蒸气压，使电池在高温下蒸发并与镍分离。湿法是将废旧电池粉碎，用硫酸浸出，然后用H2S分离镉。

3.铅酸电池

铅酸电池体积较大，且铅毒性较大，所以是各类电池中回收利用率最早的，技术也比较完善并在不断发展。

在废铅酸蓄电池回收利用技术中，污泥的处理是关键。废铅酸蓄电池污泥相主要为PbSO[,4]、PbO[,2]、PbO、Pb等，其中PbO[,2]为主要成分，分别占正极填料及混合填料重量的41%～46%和24%～28%。因此PbO[,2]的还原效果对整个回收利用技术有重要的影响。其还原工艺包括火法冶金和湿法冶金。火法冶金是将污泥中的PbO[,2]及PbSO[,4]、PbO等其他成分在冶金炉中还原为Pb。但由于产生SO[,2]和高温铅尘二次污染物，能耗高，利用率低，将逐步被淘汰。湿法冶金是在溶液条件下加入还原剂，将PbO[,2]还原为低价铅化合物，尝试过很多种还原剂，其中在硫酸溶液中用FeSO[,4]还原PbO[,2]的方法较为理想，有工业应用价值。