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一、常用電池介紹

在科技高速發展的今天，電子器械和各種便攜設備日益普及，電池在生產生活中的地位和作用與日俱增，其使用量亦隨之大幅度上升。以干電池為例，目前全世界的年總產量為250億只，我國是世界電池第一生產大國，占全世界電池總量的二分之一左右。據統計，1998年我國電池年總產量已達140億只。

電池在制造過程中耗用了大量的金屬，Zn，Mn，Cu，Pb，Cd，Hg，Ni等（見表1）。電池用完后，其大多數成分仍以各種形式保留在電池中，如果把廢電池當作垃圾丟棄，一方面，其中的Hg，Pb，Cd等金屬都是環境保護所嚴格限制的物質，泄漏到環境中，會造成嚴重的污染；另一方面，這些有用的金屬資源就被白白浪費了。據報道，我國干電池生產年消耗鋅接近25萬噸，約為年鋅總產量的15%左右，其資源價值十分可觀。另外，信息產業的高速發展，產生了大量的電子廢棄物，僅全國手機和免提電話每年淘汰的廢電池就達千噸之多。其中大量的廢鎳鎘電池、鋰電池回收利用價值很大。

表1常用電池介紹

電池品種電池表達式

原電池鋅錳干電池Zn｜NH4Cl，ZnCl2｜MnO2

堿性鋅錳干電池Zn｜KOH｜MnO2

鋅-銀電池Zn｜KOH｜Ag2O

鋰電池Li｜MnO2，Li｜CF2

鋅-汞電池Zn｜KOH｜HgO

蓄電池鉛酸蓄電池Pb｜H2SO4｜PbO2

鎳-鎘蓄電池Cd｜KOH｜NiOOH

鎳-金屬氫化物電池Ni（OH）2｜KOH｜M（H）

鋅-氧化銀電池Zn｜KOH｜Ag2O

鋅-空氣電池Zn｜KOH｜O2

由于資源緊張和治理環境的需要，世界各國都對廢電池的回收利用予以高度的重視，廢電池的管理刻不容緩，如何使廢電池資源化和無害化已迫在眉睫。

近年來，隨著人們環保意識的日益加強，一些大中城市開始回收廢電池，在商場、居民區、學校等處設立廢電池回收箱，已初見成效，但尚屬起步。1999年在清華大學召開的“廢電池環境管理研討會”上呼吁國家應盡快出臺相應的法規、政策以規范管理。國家環保總局曾委托清華大學調查國內廢電池的產量、流向及種類，為制定有關政策作準備。

二、廢電池回收利用技術簡介

1．鋅錳干電池

1．1濕法冶金法

該法基于Zn，MnO2可溶于酸的原理，將電池中的Zn，MnO2與酸作用生成可溶性鹽進入溶液，溶液經過凈化后電解生產金屬鋅和電解MnO2或生產其它化工產品、化肥等。濕法冶金又分為焙燒—浸出法和直接浸出法。

焙燒—浸出法是將廢電池焙燒，使其中的氯化銨、氯化亞汞等揮發成氣相并分別在冷凝裝置中回收，高價金屬氧化物被還原成低價氧化物，焙燒產物用酸浸出，然后從浸出液中用電解法回收金屬，焙燒過程中發生的主要反應為：

MeO＋CMe＋CO↑

A（s）→A（g）↑

浸出過程發生的主要反應：

Me＋2H＋=Me2＋＋H2↑

MeO＋2H＋=Me2＋＋H2O

電解時，陰極主要反應：

Me2＋＋2e-=Me

直接浸出法是將廢干電池破碎、篩分、洗滌后，直接用酸浸出其中的鋅、錳等金屬成分，經過濾，濾液凈化后，從中提取金屬并生產化工產品。

反應式為：

MnO2＋4HCl=MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

MnO2＋2HCl=MnCl2＋H2O

Mn2O3＋6HCl2=MnCl2＋Cl2↑＋3H2O

MnCl2＋NaOH=Mn（OH）2＋2NaCl

Mn（OH）2＋氧化劑→MnO2↓＋2HCl

電池中的Zn以ZnO的形式回收，反應式如下：

Zn2＋＋2OH－→ZnO2－→Zn（OH）2（無定型膠體）→ZnO（結晶體）＋H2O

1．2常壓冶金法

該法是在高溫下使廢電池中的金屬及其化合物氧化、還原、分解和揮發以及冷凝的過程。

方法一：在較低的溫度下，加熱廢干電池，先使汞揮發，然后在較高的溫度下回收鋅和其它重金屬。

方法二：先在高溫下焙燒，使其中的易揮發金屬及其氧化物揮發，殘留物作為冶金中間產品或另行處理。

濕法冶金和常壓治金處理廢電池，在技術上較為成熟，但都具有流程長、污染源多、投資和消耗高、綜合效益低的共同缺點。1996年，日本TDK公司對再生工藝作了大膽的改革，變回收單項金屬為回收做磁性材料。這種做法簡化了分離工序，使成本大大降低，從而大幅度提高了干電池再生利用的效益。近年來，人們又開始嘗試研究開發一種新的冶金法——真空冶金法：基于廢電池各組分在同一溫度下具有不同的蒸氣壓，在真空中通過蒸發與冷凝，使其分別在不同溫度下相互分離從而實現綜合利用和回收。由于是在真空中進行，大氣沒有參與作業，故減小了污染。雖然目前對真空冶金法的研究尚少，且還缺乏相應的經濟指標，但它明顯克服了濕法冶金法和常壓冶金法的一些缺點，因而必將成為一種很有前途的方法。

2．鎳鎘電池

Ni－Cd電池含有大量的Ni，Cd和Fe，其中Ni是鋼鐵、電器、有色合金、電鍍等方面的重要原料。Cd是電池、顏料和合金等方面用的稀有金屬，又是有毒重金屬，故日本較早即開展了廢鎳隔電池再生利用的研究開發，其工藝也有干法和濕法兩種。干法主要利用鎘及其氧化物蒸氣壓高的特點，在高溫下使鎘蒸發而與鎳分離。濕法則是將廢電池破碎后，一并用硫酸浸出后再用H2S分離出鎘。

3．鉛蓄電池

鉛蓄電池的體積較大而且鉛的毒性較強，所以在各類電池中，最早進行回收利用，故其工藝也較為完善并在不斷發展中。

在廢鉛蓄電池的回收技術中，泥渣的處理是關鍵，廢鉛蓄電池的泥渣物相主要是PbSO4，PbO2，PbO，Pb等。其中PbO2是主要成分，它在正極填料和混合填料中所占重量為41％～46％和24％～28％。因此，PbO2還原效果對整個回收技術具有重要的影響，其還原工藝有火法和濕法兩種。火法是將PbO2與泥渣中的其它組分PbSO4，PbO等一同在冶金爐中還原冶煉成Pb。但由于產生SO2和高溫Pb塵第二次污染物，且能耗高，利用率低，故將會逐步被淘汰。濕法是在溶液條件下加入還原劑使PbO2還原轉化為低價態的鉛化合物。已嘗試過的還原劑有許多種。其中，以硫酸溶液中FeSO4還原PbO2法較為理想，并具有工業應用價值。

硫酸溶液中FeSO4還原PbO2，還原過程可用下式表示：

PbO2（固）＋2FeSO4（液）＋2H2SO4（液）=PbSO4（固）＋Fe2（SO4）3（液）＋2H2O

此法還原過程穩定，速度快，還可使泥渣中的金屬鉛完全轉化，并有利于PbO2的還原：

Pb（固）＋Fe2（SO4）3（液）=PbSO4（固）＋2FeSO4（液）

Pb（固）＋PbO（固）＋2H2SO4（液）=2PbSO4（固）＋2H2O

還原劑可利用鋼鐵酸洗廢水配制，以廢治廢。

Ni-MH電池、新型的鋰離子電池隨著近年手持電話和電子設備的發展得到了大量的應用。在日本，Ni-MH電池的產量，1992年達1800萬只，1993年達7000萬只，到2000年已占市場份額的近50%。可以預計，在不久的將來，將會有大量的廢Ni-MH電池產生。這些廢Ni-MH電池的正、負極材料中含有許多有用金屬，如鎳、鈷、稀土等。因此，回收Ni-MH電池是十分有益的，有關它們的再生利用技術亦在積極開發中。

科技尤其是信息技術的發展，使得世界對電池的需求只會增多而不會減少，隨之造成的電池污染和天然能源的消耗也將大大增加。各種回收利用技術雖日臻完善但畢竟治標不治本。因此科學家們提出了發展有利于環境保護與可持續發展的新型綠色環保電池。新型綠色環保電池是指近年來已投入使用或正在研制開發的一類高性能、無污染的電池。目前已經大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池、正在推廣應用的無汞堿性鋅錳原電池和可充電電池都屬于這一范疇；正在研制開發的聚合物鋰或鋰離子蓄電池、燃料電池、電化學貯能超級電容器等也可列入這一范疇。

從普萊德發明第一只鉛蓄電池以來，化學電池已經有了140年的歷史，其家族也日益壯大。但是，大量生產電池而造成的資源消耗和廢電池所帶來的環境污染也是有目共睹的。早在1992年，巴西召開的世界環境發展大會上通過的21世紀議程中就已明確提出了可持續發展的方針。與地球和諧相處，走保護環境和可持續發展的道路，是工業發展的大勢所趨。加強廢電池的環境管理：出臺相應的法規政策并不斷完善和發展廢電池回收技術，擴大回收范圍，即使尚無能力處理的也要有相應的措施，如填埋處理等。回收技術應朝著降低成本、盡量避免二次污染的方向發展。同時走發展新型綠色環保電池之路：發展高能量、無污染的綠色電池，在制造之初就將環境污染和資源消耗控制在最小。從而使生產和再生利用形成一個良性循環，才能真正做到利于民又無害于民、無害于自然。

參考文獻

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