廢干電池的綜合利用

譚譜

一、實驗原理

廢鋅錳電池中含有汞、鎘、鋅、銅、錳等重金屬，隨意丟棄，會對環(huán)境造成污染，也導(dǎo)致金屬資源浪費。我國每年報廢50萬噸廢鋅錳電池，若能全部回收利用，可再生錳11萬噸、鋅7萬噸、銅1.4萬噸，是相當(dāng)可觀的資源。

日常生活中用的干電池為鋅錳電池。其負(fù)極為電池殼體的鋅電極，正極是被二氧化錳（為增強導(dǎo)電性，填充有炭粉）包圍的石墨電極，電解質(zhì)是氯化鋅及氯化銨的糊狀物。在使用過程中，鋅皮消耗最多，二氧化錳只起氧化作用，糊狀氯化銨作為電解質(zhì)不會消耗，炭粉是填料。為了防止鋅皮因快速消耗而滲漏電解質(zhì)，通常在鋅皮中摻入汞，形成汞齊 。

即：鋅錳電池包括有

正極碳棒、二氧化錳、乙炔黑、石墨、炭粉，負(fù)極主要是含有少量鉛、鎘、汞的鋅，加入少量鉛、鎘、汞的目的是降低鋅電極的腐蝕速度。中性鋅錳電池的電解質(zhì)溶液為氯化銨和氯化鋅（堿性鋅錳電池的電解液為氫氧化鉀）。此外，電池還有封口材料鐵、塑料、瀝青等和外殼鐵、塑料、紙等組成材料。

總體分析流程如下圖：

成分測定

1.鋅分析

樣品經(jīng)過酸分解后，用氨水和氯化銨、硫酸銨、高硫酸銨使鋅和其他元素分離，在PH值5.8～6.0的條件下，用硫代硫酸鈉掩蔽銅，用氟化物掩蔽鋁，以二甲酚橙作指示劑，用EDTA進(jìn)行鋅的滴定。

2.氯化鋅、氯化銨、二氯化錳的含量

在混合體系中加入Na2S，沉淀其中的鋅和錳以及其他雜質(zhì)。分離沉淀和溶液后分別進(jìn)行錳鋅和氯化銨的含量測定。

沉淀酸溶解，用碳酸鈉沉淀錳，分別獲得錳、鋅待測物。

以二甲酚橙作指示劑，用EDTA進(jìn)行鋅的滴定。

以酸性鉻藍(lán)K為指示劑，用EDTA進(jìn)行Mn2+ 滴定。

NH4Cl含量可以由酸堿滴定法測定，NH4Cl先與甲醛作用生成六亞甲基四胺和鹽酸，后者可以用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定

3.二氧化錳的含量

應(yīng)用草酸鹽容量法滴定四價錳的含量。草酸鹽容量法是基于在硫酸介質(zhì)中，用過量的草酸鹽將四價的猛還原成二價后在用高錳酸鉀溶液滴定過量的草酸鹽，從而計算二氧化錳的含量。

產(chǎn)品制備：1. 制備二氧化錳

用過量草酸在硫酸介質(zhì)中溶解黑色固體，再用碳酸鈉沉淀錳，最后將沉淀在空氣中被燒生成二氧化錳。

2. 制備氯化銨

通過用硫化鈉沉淀溶液體系中的鋅后，即用結(jié)晶的方法制備氯化銨。

氯化銨溶解度（單位：g/100g水）

氯化銨在100℃時開始顯著恢復(fù)，338℃ 時解離，350℃時升華。

4.制備七水硫酸鋅

用硫酸溶解鋅片，通過過濾除去鋅中的其他難容物。用結(jié)晶方法沉淀制備七水硫酸鋅。

五、實驗藥品和儀器設(shè)備：1.藥品：2個廢電池，蒸餾水，0.5mol/L Na2S溶液，甲醛，酚酞，0.0500mol/L NaOH，鹽酸，NaCO3溶液，0.1000mol/L EDTA，酸性鉻藍(lán)K，二甲酚橙，硫酸溶液，草酸溶液，氯化鋇， C2H2O4﹒2H2O固體，0.05mol/L的KMnO42.儀器：剪刀，布氏漏斗，離心機，離心試管，普通試管，分析天平，普通天平，滴定管，吸量管，鐵架臺，150ml和250ml容量瓶，玻璃棒，酒精燈，三角架，泥三角，蒸發(fā)皿，坩堝。

六、實驗步驟

1、成分分離制備

剪開電池，取其黑色粉末置于燒杯中，待用，用蒸餾水沖洗干凈碳棒和鋅皮上的黑色粉末。準(zhǔn)確稱取22.00克黑色粉末放入200ml燒杯中，加入60ml蒸餾水加熱溶解，然后用抽濾機并水洗3次，濾液放到燒杯中用酒精燈加熱濃縮到有晶體液膜（在加熱到溶液只有一半的時候改用小火加熱）抽濾得氯化銨，氯化鋅，氯化錳混合物稱量，待用來分析各含量

（1）、二氧化錳的制備

取過濾所得的濾渣（22.00克電解質(zhì)中的）置于蒸發(fā)皿中，先用小火烘干，再在攪拌下用強火灼燒，以除去其中所含炭粉和有機物。到不冒火星時，再灼燒5～10分鐘，冷卻后即得二氧化錳。

（2）、制備氯化銨

將濾液置于100ml燒杯中，向濾液中加入Na2S，直至溶液中不再有沉淀生成。抽濾除去沉淀（留下備用），取溶液加熱蒸發(fā)，濃縮至表面有晶膜為止，冷卻、結(jié)晶、抽濾、稱重。

（3）、制備七水硫酸鋅

取5g鋅皮，用硫酸溶液在微熱條件下充分溶解。然后加入3%的雙氧水，再加入NaOH溶液，用精密試紙調(diào)PH=3，通過過濾除去鋅中的其他難容物，在不斷攪拌下滴加2 mol·L-1氫氧化納溶液，逐漸有大量白色氫氧化鋅沉淀生成，調(diào)其PH=8，過濾后白色沉淀（用去離子水充分洗滌三次）再用2mol·L-1硫酸溶解濾液置于蒸發(fā)皿中蒸發(fā)結(jié)晶，當(dāng)液面上出現(xiàn)晶膜時，小火加熱，至有較多的晶膜出現(xiàn)是，自然冷卻即得產(chǎn)品ZnSO4·7H2O。

2、產(chǎn)品純度分析：三種產(chǎn)品可分別按照含量分析中的方法分析純度。

①.準(zhǔn)確稱取0.10g二氧化錳（三份），并加入0.20g草酸，并加入2mol/L ?10ml，微熱充分反應(yīng)后用標(biāo)定過的的滴定剩余草酸，溶液由淺黃色變粉紅色及終點。平行滴定三次。

②.準(zhǔn)確稱取0.70g七水硫酸鋅置于100ml燒杯中水溶，用100ml容量瓶定容，取10.00ml，用0.01mol/LEDTA以二甲酚橙指示劑，用六亞甲基四胺做緩沖溶液將溶液PH調(diào)至5.4后進(jìn)行滴定，滴定至溶液有紫紅色變?yōu)榱咙S色即為終點。平行滴定三次。

③. 準(zhǔn)確稱取0.20g氯化銨置于100ml燒杯中水溶，于250ml容量瓶定容，取25.00ml，并向溶液中加入過量的甲醛，充分反應(yīng)后，以酚酞為指示劑，0.10mol/L NaOH 滴定，平行滴定三次。

5.鋅片中鋅的含量：準(zhǔn)確稱取約1.6g鋅片，用足量的硫酸溶解，用250ml容量瓶定容，取20.00，加30%10滴，用氨水調(diào)PH=10，加緩沖液，加3滴三乙醇胺，3滴做掩蔽劑，以鉻黑T為指示劑，用0.1mol/L的EDTA滴定至溶液由粉紅色變淺藍(lán)色，即為終點，平行滴定三次。