廢電池的分解及其二次利用

李紫祎

摘要：本實(shí)驗(yàn)以鋅錳廢舊電池為研究實(shí)例，利用高中化學(xué)知識(shí)，對(duì)其中的鋅、錳以及氯化銨進(jìn)行了分離、提純，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：最佳的雙氧水與硝酸的濃度比為1.5，最佳濃硫酸濃度為2 mol/L。

關(guān)鍵詞：鋅錳廢舊電池；氯化銨；分離；提純

在人類的日常生活中，電池是必不可少的生活品，每年全世界電池的消耗量是非常巨大的，它在給人類生活帶來方便的同時(shí)，也會(huì)給我們的環(huán)境、甚至身體健康帶來危害，因?yàn)殡姵卦陔娏亢谋M后，往往被人們遺棄，而電量耗盡的廢電池對(duì)水、土壤都有很大的危害。因此，如何解決廢舊電池對(duì)環(huán)境的污染成為目前急需解決的問題。2004年，唐志華[1]課題組提出利用廢舊電池中所含有的微量元素來制備化肥，在減少廢舊電池對(duì)環(huán)境污染的基礎(chǔ)上，將肥料應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，但是他們所采用的方法，對(duì)廢舊電池中的鋅、錳等元素的回收率較低，扔掉的廢棄物對(duì)環(huán)境依然存在危害[2]。

本文以日常所用的鋅錳干電池為研究對(duì)象，旨在將內(nèi)部的鋅、錳以及少量的硫酸銨最大限度的回收，將鋅制備成硫酸鋅、錳制備成二氧化錳，而回收的氯化銨應(yīng)用到農(nóng)業(yè)肥料中。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備

氫氧化鈉（天津大茂試劑有限公司）；碳酸鈉（天津大茂試劑有限公司）；無水乙醇（上海國藥集團(tuán)試劑有限公司）；硝酸（上海國藥集團(tuán)試劑有限公司）；硫酸（貝斯特試劑有限公司）；硝酸（阿拉丁試劑有限公司）；雙氧水（阿拉丁試劑有限公司）；千分位電子天平（RS232C，南京肯凡電子科技有限公司）；恒溫水浴鍋（HHS2A，金壇市成輝儀器廠）

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）處理廢舊干電池。

將廢舊干電池的外包裝去掉，將電池冒取出，在電池冒下方會(huì)出現(xiàn)瀝青層，為了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，要將瀝青層刮除干凈，然后取出碳棒，用去離子水以及無水乙醇將其處理干凈，可以繼續(xù)充當(dāng)電極。

（2）電池中黑色物質(zhì)的提取。利用剪刀之類的利器去掉廢電池外殼之后，會(huì)看見里面存在大量的黑色物質(zhì)，這些黑色物質(zhì)就是氯化銨、氯化鋅以及二氧化錳的混合物。將黑色物質(zhì)放入燒杯中，加入去離子水，攪拌均勻，澄清后進(jìn)行過濾處理，濾液就可以用來提取氯化銨，而過濾后的濾渣則可以制備出二氧化錳，我們之前所看到的外殼就是鋅殼，可以用來制備硫酸鋅。

1.3實(shí)驗(yàn)原理

（1）氯化銨的提取。

將1.2（2）中的得到的濾液放入燒杯中97oC加熱，當(dāng)濾液中出現(xiàn)晶體時(shí)停止加熱，改用40oC繼續(xù)加熱攪拌，等到濾液快蒸發(fā)至干時(shí)，停止加熱，冷卻后得到的就是氯化銨固體。實(shí)際上該固體中含有少量的氯化鋅，要想得到純氯化銨，就需要利用兩者在水中的溶解度不同，將兩者分離，由于實(shí)驗(yàn)條件有限，本實(shí)驗(yàn)沒有對(duì)兩者進(jìn)行分離。

（2）二氧化錳的提取以及精煉。

將濾渣放入氧化鋁坩堝中，置于電爐上烘烤煅燒，煅燒時(shí)間為2 h左右，直至粉末呈現(xiàn)出紅色狀態(tài)，停止加熱，冷去后得到的棕黑色粉末就是粗制的二氧化錳。將粗制的二氧化錳溶于雙氧水與硝酸的混合物中，來對(duì)二氧化錳進(jìn)行精制，反應(yīng)方程式如下所示：

MnO2+H2O2+2HNO3=Mn（NO3）2+O2↑+2H2O（1）

第一步我們得到了硝酸錳，然后硝酸錳在高溫下與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸錳，而碳酸錳暴露在空氣中就會(huì)被氧化成二氧化錳，反應(yīng)方程式如下：

Mn（NO3）2+Na2CO3=MnCO3↓+2NaNO3（2）

2MnCO3+O2=2MnO2+2CO2↑（3）

（3）鋅單質(zhì)的提取以及鋅鹽的制備。

將電池外殼溶于2 mol/L的硫酸中，溶解1.5 h，將沒被溶解的電池外殼去除洗凈，然后放入氧化鋁坩堝中，置于電爐上融化，溶化后會(huì)出現(xiàn)許多渣滓，將其去除，剩余物冷卻后就是單質(zhì)鋅。硫酸鹽的制備相對(duì)容易，直接將鋅單質(zhì)溶于硫酸中生成硫酸鋅，反應(yīng)方程式如下式所示：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（4）

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1反應(yīng)了雙氧水與硝酸濃度比對(duì)錳回收率的影響，從圖中可知，當(dāng)兩者濃度比較小時(shí)，錳的回收率較低，說明雙氧水的濃度對(duì)錳回收率有著至關(guān)重要的影響，當(dāng)兩者濃度比逐漸變大時(shí)，錳的回收率逐漸增加，當(dāng)兩者濃度比為1.5時(shí)，錳的回收率最大，達(dá)到了90%，然而當(dāng)雙氧水與硝酸的濃度比繼續(xù)增大到2.5、甚至3時(shí)，錳的回收率反而大幅度下降，這可能是由于雙氧水的濃度過大，會(huì)在二氧化錳的精制過程的第一步（如公式1）消耗過多的錳粗制二氧化錳所致，所以本實(shí)驗(yàn)最佳的雙氧水與硝酸的濃度比為1.5。

圖2為硫酸濃度對(duì)鋅回收率影響的關(guān)系圖譜，從圖中可知，隨著濃硫酸濃度的增加，鋅的回收率再不斷增加，當(dāng)濃硫酸濃度為0.5 mol/L時(shí)，鋅的回收率僅為50%多，而當(dāng)濃硫酸濃度增加到2.0 mol/L時(shí)，鋅的回收率接近90%，而當(dāng)濃硫酸濃度繼續(xù)增加，鋅的回收率增加不明顯，所以本實(shí)驗(yàn)最佳濃硫酸濃度為2 mol/L。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以鋅錳廢電池為例，研究了鋅、錳以及氯化銨的回收利用，從實(shí)驗(yàn)過程我們可以看出，利用高中所學(xué)化學(xué)知識(shí)，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊電池的回收利用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的雙氧水與硝酸的濃度比為1.5，最佳濃硫酸濃度為2 mol/L。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐志華，付漢清，李星彩.廢舊電池中的重金屬對(duì)人體的危害[J].廣東微量元素科學(xué)，2004，11（2）：1417.

[2]馬子川，謝亞勃，張雪榮.二氧化錳分析方法的改進(jìn)[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，25（1）：8486.