从环境保护、经济、可持续发展的角度论述废旧电池如何处置

自1799年伏打发明第一块银锌电池以来，电池逐渐成为人类重要的能源来源。广义的电池指的是把机械能和电能以外形式的能量转化为电能的装置，狭义上的电池的能量来源则局限为化学能。从电解质的状态来分，电池可以区分为干电池和液体电池，而根据电池的使用次数可分为一次电池和二次电池。常见的一次干电池包括锌锰电池、银锌电池等，而常见的多次电池主要包括铅蓄电池、镍基电池、锂离子电池等。
电池的用途极其广泛，在我们生活范围内无处不见它们的身影。我国是电池生产大国，目前我国有1400多家企业从事电池生产工业,干电池的生产量居世界第一；我国也是电池消耗大国，仅2000年,我国电池消费量就高达140亿节,约占全世界的三分之一。[1]1如此之高的电池消费量，对废弃的电池的处理问题也显得极为重要。
电池中富含各种各样的污染物，如汞、镉、铅等重金属，及硫酸、氢氧化钾等强酸强碱。直接将电池弃置在自然环境中，重金属将污染水源和土壤，破坏生态环境，降低土地使用价值，影响人类健康；而电池中的强酸强碱将改变土壤的pH值，使土地丧失使用价值。
与此同时，“垃圾是放错位置的资源”也在废旧电池中得以体现。对环境有着很大破坏作用的废旧电池同时也蕴含着宝贵的资源。比如废旧电池中便蕴含着丰富的有色金属资源。再过几十年，废旧电池中富含的各种有色金属矿产面临枯竭，对有色金属的回收刻不容缓。
由此可以看出，废旧电池的处置，无论从保护环境生态的角度，还是从节约资源的角度，回收再利用是唯一正确的选择。对废旧电池的回收同时也是我国实现可持续发展的必由之路。
然而我国的对电池的回收现状却不容乐观。我国对电池的回收率很低，除去北京、上海等个别城市，大部分地区不存在完整的电池回收体系。一个中学生课外的调查显示，杭州市的电池回收率竟然不足2%。[2]大部分电池和其他生活垃圾一齐被收集处理，并导致大量水源土壤污染。而对电池的再利用则几乎是零。我国现阶段缺少有效的电池再利用工业，对回收上来的废旧电池依然无法处理，很多废旧电池被迫被堆积在仓库中，很大一部分只是填埋了事，只能降低其对环境的污染，却无法起到节约资源的作用。
废旧电池的回收面临着很大的难题，其原因包括政府没有有效管理措施、普通民众对电池回收意识不强等，而最重要原因在于现有条件下回收电池寡利可图，回收行为无法在资本调控下自发进行。基于此，国家应强化管理，建立完善电池回收途径，积极向公众宣传，企业和科研单位应积极发展新的回收利用技术，使电池回收有利可图，在经济刺激下促进电池的回收利用，实现可持续发展。
2. 电池的污染状况
2.1 常见电池的主要成分及污染物
2.1.1 锌锰电池
锌锰电池是最便宜的干电池之一。其最主要结构是外层的锌皮、中心的碳棒和其中填充的MnO2和电解质。锌皮既是负极又是容器，MnO2为正极反应物，与覆盖下的碳棒构成了正极。由于电解质被制作成糊状，故而称为干电池。
根据电解质的不同，锌锰电池分为酸性与碱性两种。酸性锌锰电池的电解质主要为呈酸性的ZnCl2、NH4Cl，而碱性锌锰电池电解质主要为KOH。其中碱性电池相对内阻较小，电容量大，性价比更高。除去这些成分外，制造锌锰电池中为了防止锌被氧化，传统电池中常常需要在电解质中添加汞。
锌锰电池中主要会导致污染的重金属主要是Mn和Hg，另外电解质中的强碱也会引起污染。
2.1.2 锂离子电池
锂离子电池是较新兴的二次电池，价格较为昂贵。锂离子电池目前被广泛地应用在手机、数字音频播放器、掌上游戏机、照相机、电脑等电子产品中，随着信息科学的不断发展而得到愈来愈多的应用。锂离子电池主要通过在有机物中的锂离子嵌入与脱嵌来充放电。相比其他种类电池，锂离子电池属于环境友好型的电池，然而锂离子电池中也不可避免地有着Co、Mn等重金属污染和有机物的污染。2.1.3 铅酸蓄电池
由于液体电池不便于携带，民用电源中往往难以寻觅到它们的身影。然而铅酸蓄电池是个例外。在汽车电瓶、助力车中，铅酸蓄电池仍然占有统治地位。铅酸蓄电池主要通过铅的氧化-沉淀反应及其逆反应来完成充放电的，电解质是硫酸，正负极分别为铅和插在PbSO4中的铅板。铅酸蓄电池在使用过程中极板不断被污染，并阻碍反应进行，从而报废。铅酸蓄电池中的主要污染物为铅和硫酸。
2.1.4 其他电池
除去上述三种电池外，日常生活中常见的电池还包括银锌电池、镉镍电池、镍氢电池等，无独有偶，它们都含有大量有污染性的重金属成分和酸碱成分。常见电池中成分和污染物见下表[3]：

图表
2.2 电池中污染物的危害
下面主要阐述重金属污染物对人体的危害。虽然每一节电池中的污染物含量都微乎其微，但是它们都容易在水生生物中富集，并在人体内聚积，影响人类健康。
2.2.1 汞
较早认识到汞对人健康的巨大危害是日本的水俣病事件。汞可以影响动物的神经系统，导致动物神经紊乱病最终死亡。经研究发现，废旧电池液污染过的水源可使三角真涡虫再生缓慢乃至死亡，其原因在于汞（II）离子与蛋白质中的巯基反应，改变了蛋白质的结构，影响了酶的功能，导致代谢紊乱、器官病变乃至死亡。[4]汞对动物神经系统的影响与之类似，汞破坏与神经传导有关的酶，导致神经传导出现异常，最终使动物丧失意识并死亡。
随着对汞的危害的认识的加深，汞的替代物的研制也在不断加强。1997年，中国轻工总会、环保总局发出《关于限制电池产品含汞量的规定》，无汞碱性电池越来越得到人们的关注。常见的替代方法是在电极活性材料中添加金属氧化物，亦或是在集电体表面电镀一层金属。[5]而铟也可以通过回收ITO靶材电镀膜中的废材进行利用。[6]
2.2.2 镉和镍
镉和镍都具有很强的致癌性。镉会在人体中聚集，危及人的肝脏和肾脏，并可能导致骨骼疾病和肺气肿。镍则可能导致呼吸道癌症的发病。
2.2.3 铜和锌
铜和锌都是人体的必需元素。然而铜和锌过量摄入都会导致消化系统疾病。锌盐会使人引发皮炎和表皮溃疡；而氧化锌烟雾则可能导致呼吸道疾病。
2.2.4 铅
铅会损害人的神经系统，尤其对于儿童，会影响他们的智力和生殖发育。
3. 电池的回收利用
3.1 废旧电池中回收利用方法
3.1.1 概述
“垃圾只是放错地方的资源”，对电池来讲更是如此。被我们所遗弃的废旧电池中蕴含着大量宝贵资源。如每块手机电池中含约6g钴，镍基电池中镍含量更高，而目前我国95%的钴和一半以上的镍需要进口。[7]一方面我国不得不进口大量昂贵的有色金属，一方面数以百亿吨计的有色金属却躺着电池中成为破坏环境的罪魁祸首。再比如锰在现代材料工业中占有不可替代的作用，锰作为许多化工工业的原料和钢铁工业中的重要添加剂，需求量很大。海底丰富的锰结核也是各国争夺的海洋资源中的重要目标。然而我们一般使用的干电池，在使用完全以后，仍有70～75%的锌未参与反应，而这部分锌的纯度高达99.9%。[8]按目前世界上
已探明的有色金属储量估算, 锌只够使用23年, 铅只够使用21 年, 铜可使用53 年, 一些重要的矿藏也将在100 年内开采殆尽,电池中诸如此类的资源有很多，废旧电池被誉为城市垃圾场中的“金矿”。
3.1.2 锌锰电池的回收利用方法
锌锰电池的最主要原料是锌和二氧化锰。锌和锰也是最主要的回收目标。由于锌皮既是反应物又是反应釜的外壳，锌皮具有相当的厚度，以至于70～75%的电解锌没有参加反应。这部分锌资源可以回收重熔为锌锭。而锰作为重要的工业原料，干电池碳包中的锰大部分为水锰石（MnOOH），而水锰石只需送入回转窑煅烧, 脱水即可获得二氧化锰[9]，如同原料锰一样。干电池由于其利用量大，它的回收也是电池回收中的重中之重。锌锰干电池的主要回收方法如下。
人工分选剥离。通过人工操作筛选出合适的电池，在一定条件下用机械进行剥离，人工把塑料、铜帽、碳棒、锌皮、二氧化锰和水锰石的混合物及填充物一一分离，塑料、铜帽可以分别送往塑料厂和电解铜厂作为原料，碳棒可以回收，锌与锰可依照上述方法回收，填充物可以浸取出ZnCl2、NH4Cl回收利用，最后剩下的电糊与炭黑去除污染物后还可以作为氮肥施用。[10]此方法简单易行，回收率高，不容易造成二次污染，但是由于需要大量人工劳动，成本过高。
湿法回收。将干电池粉碎后用硫酸将锌皮浸出，可以后续用电积法制备锌或直接制备硫酸锌。或者在粉碎后加热，使汞的化合物挥发出来并重新凝结，得到高纯度的汞产品，再从剩余的碎渣中浸出锌。浸出后的滤渣分离出铜帽和铁，剩余部分主要是二氧化锰和水锰石的混合物。进一步可以通过灼烧得到二氧化锰原料。该方法回收产物纯度较高，但流程复杂，加上由于电池中汞含量的限制，使得该种方法的经济效益相对较低，不如干法更普遍。

干法回收。将干电池粉碎后灼烧，可以凝结得到高纯度的汞。剩余物进一步灼烧，在1100～1300°C的高温下，锌及氯化锌氧化成氧化锌，随烟气排出，采用旋风除尘器或布袋除尘器回收氧化锌。[11]残渣经过分离铜帽和铁后即锰的混合物，可进行进一步分离。此种方法简单易行，流程短，有更大的经济效益，更容易推广。
3.1.3 铅蓄电池
铅蓄电池是唯一大量民用的液体蓄电池，也是铅的主要用途去向。废旧铅蓄电池包含硫酸、硫酸铅、铅板组成，是重要的污染物。废旧铅酸蓄电池、铅渣和铅泥等已被国家环保总局、国家经贸委等四部委列为国家危险废物名录。[12]同时废铅蓄电池也是重要的铅资源来源。在使用蓄电池过程中，铅元素只是在铅和硫酸铅之间转换，损耗较小，易于回收利用，而回收后的大部分铅再投入到铅蓄电池的应用中。在发达国家和大部分中等发达国家，铅是再生金属产量超过原生金属产量的金属,再生铅产量占总产量的比值,美国在70%以上,欧洲达78%,全球为50%左右,我国仅为25%。[13]从此可见我国再生铅工业发展处于极其初级的阶段。
由于人工拆解会导致污染，相关行业规定要求破碎铅蓄电池必须机械密封操作。常见的工艺是把废铅蓄电池粉碎后，通过密度与颗粒大小的不同，将铅板、铅膏、废酸、橡胶、塑料分别分离回收，铅通过脱硫后可经过干法或湿法冶炼得到再生铅。
3.1.4 锂离子电池
锂离子电池是新兴的高容量电池，在最近是十几年中被广泛地应用在各种各样的电子产品中。同时而来的便是数以亿吨计的废锂离子电池。由于在发明之处没有意识到锂离子电池回收的重要性就被大量推广，技术存在瓶颈，锂离子电池的回收率极其低下。锂离子电池的随意处置不仅仅给环境带来了极大威胁，更是对资源的浪费。分析表明，锂离子电池平均含钴12%～18% , 锂1. 2%～1. 8%, 铜8%～10% , 铝4%～8% , 壳体合金30%。[14]现有的关于锂离子电池回收的途径大部分处于实验室阶段，短期内很难投入工业化生产。但是毋庸置疑，锂离子电池的回收利用将有着巨大的环境资源和经济意义。
3.2 当前废旧电池的回收现状
3.2.1 国外废旧电池回收现状
一些发达国家有一些废旧电池回收的很好的模式，值得我们借鉴。如丹麦是最早进行废旧电池回收的国家。丹麦在镉镍电池的售价中加上回收费用由使用者承担，使得消费者的消费倾向得到改变。日本的电池回收始终处于世界领先位置，汽车铅蓄电池回收率已经达到100%，其他二次电池收集率也达到84%。日本的废旧电池主要由社团收集，由有能力处理的厂商负责回收。[15]但是日本对一次电池往往采用掩埋的办法处理。德国在2005年时电池回收率达到了最高的82%。德国政府规定，只有可以回收的电池才被允许销售。电池厂商有义务处理废旧电池。[16]
3.2.2 我国废旧电池回收现状
目前我国废旧电池回收现状令人堪忧。即使是回收率相对较高的铅蓄电池，回收率也只有25%，远远低于世界平均的50%。而一次电池的回收就更是凤毛麟角，除去个别城市，大部分地区都缺少有效的回收机制。造成我国废旧电池回收现状如此不乐观的原因如下。
一是国家没有相应的法律法规。虽然我国有一些与电池有关的环保法律法规，但是缺乏监督和惩罚机制，导致电池的回收问题得不到人们，尤其是电池厂商们的重视。
二是没有有效的回收系统。电池回收往往是民间以个人力量进行收集，大部分电池与其他生活垃圾一同进入城市生活垃圾的处理系统，并没有相应的独立收集系统，收集机构也往往难以长期维持。
三是人们对电池回收的意识冷淡。由于电池回收属于自发行为，加上种种经济因素，电池回收并不像塑料、金属那样有偿收购，人民缺乏手机废旧电池的意识；宣传力度不够，大多数人没有意识到废旧电池随意处置造成的环境污染和资源浪费的严重性，比起白色污染，公众对电池造成的污染了解更少。
四是没有经济利益驱动。目前条件下电池回收仍然是一项高投入低回报的工作，有些时候处理完全没有分类的电池的投入甚至高过收入。在市场经济环境下，企业不可能从事没有经济利益的工作。
五是缺乏相关技术。回收上来的电池如何处理更是一个难题。掩埋，尤其对于二次电池，显然没有起到回收应有的作用。而重新利用也受到技术和经济的双重制约。
六是缺乏电池标准化和分类的规定。我们知道，无论回收什么，搞清楚回收物品的确切化学成分是最重要的。而电池种类千变万化，同一类型的不同品牌、不同型号的电池化学组成也都不同。这也制约着电池的回收再利用技术的发展。
4. 改善电池回收利用现状的建议
如何解决上述的电池回收过程中的问题？针对我国国情，我认为政府应该采取以下对策，改善电池回收利用现状。

一是完善国家法律法规，通过专项立法的形式明确电池回收的义务，做到在电池回收处理问题上有法可依，有法必依，执法必严，违法必究。
二是加强宣传，通过媒体、教育等形式向公众宣传废旧电池可能造成的环境问题，及废旧电池随意丢置造成的资源浪费。如同当年对聚氯乙烯的态度一样，在宣传中使“废电池污染”和“废电池资源”的概念深入人心，并通过加强对高汞电池等电池的限制乃至禁止，提倡使用环境友好型电池。
三是完善电池回收机制。电池回收属于公共事业，政府应当担当起回收电池的主要责任。我国政府是一个能够有所作为的政府，应当由政府牵头，同时鼓励民间自发行动，发扬社会主义国家集中力量办大事的优势，建立起一套较为完善的电池回收体制。
四是积极给予经济鼓励。政府应当通过减免税收、低息贷款等手段鼓励企业进行电池回收工作，对民间手机废旧电池的公益团体予以经济支持，同时应当优先鼓励与处理废旧电池有关的科学工艺研究。对于废旧电池的基层收集问题，可以通过有偿收集或者其他优惠措施（如减免水电费用等）鼓励公众手机废旧电池。这部分财政支出可通过加收电池回收相关税收来达到平衡。同时政府也应该利用公有资产投资环境保护领域。
五是监督相关组织完成对电池的标准化规定，在电池回收过程中做到有效、方便分类。
对于公众，也应该积极关注相关信息，从自身做起，积极配合进行电池分类工作。
5．小结与展望
综上所述，废旧电池不仅污染环境，破坏生态系统，危害人类健康，而且使得大量宝贵资源被浪费，不利于经济的可持续发展。废旧电池的回收再利用刻不容缓。然而由于体制和技术方面的制约，经济因素使得我国废旧电池回收状况令人担忧。在短期内技术很难做出突破的情况下，改变体制规则是改善废旧电池处置情况的必由之路。然而，即使建立起一个相对完善的废旧电池处理机制，万里长征不过走了第一步。只有全社会共同努力，保护环境，节约资源，从我做起，从身边的每件小事做起，才能保护我们仅有的生物圈。个人的行为或许微不足道，但是只有亿万个微不足道联合起来，才能够为子孙后代保留下一个可持续发展的文明世界。

参考文献：
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