从废旧锌锰电池中回收锌和锰的工艺研究

我国是干电池的生产和消费大国，年产量达150亿只，居世界第一位，占世界总量的1/3左右[1]，其中70％是锌锰干电池。以每年生产100亿只干电池计算，全年将要消耗15.6万吨锌，22.6万吨氧化锰，2080吨铜，2.7万吨氯化锌，7.9万吨氯化铵，4.3万吨碳棒[2]，相当于三四个大冶炼厂的年产锌、锰量。目前国内外都很重视对废干电池资源化的研究[3、4]，废旧锌锰干电池尚无较好的处理方法[5]，用固化法处理废干电池[6]填埋后的废锌锰干电池中的锌、锰等有用物质不能回收，也不利于土地资源的开发与利用[7]。
作者对废旧锌锰干电池中锌锰回收工艺进行了探索，找到了锌、锰回收的工艺条件。

图1废旧锌锰电池回收处理实验过程
一、实验部分
实验仪器　电池破解设备、马弗炉、1000W电炉、AA370原子吸收分光光度计、雷磁25酸度计、汞回收装置等。
实验药品　硫酸、硫化钠、氨水等。
实验方法　用自制的电池破解设备将废锌锰干电池剖开，使碳棒、金属帽、锌皮、铁片、碳包得到分离。将碳包中内含物置于瓷坩埚内，送入马弗炉在750℃焙烧1h(烟气排放处设回收汞装置)，取出冷却，将内含物全部倒入1000ml的烧杯中，用1∶1硫酸适量浸取，放置过夜，过滤，沉淀物用硫酸溶解，稀释法除铁[6]，结晶得硫酸锰。在滤液中加入1∶1的氨水，调节pH值为8~9，过滤，向滤液中加入20％硫化钠，过滤。将沉淀物与锌皮一起铸锭。工艺流程如图1所示。
二、结果与讨论
锌锰干电池的组成　按实验方法将锌锰干电池剖开，分析每种型号和品牌废电池中碳包、碳棒、锌皮、铜帽、铁皮和浆糊、沥青、塑料等的含量，结果见表1。
表1锌锰废干电池的组成（单位：％）

焙烧温度和时间的选择　焙烧的目的是除碳和汞以及使高价锰的氧化物分解。在500℃时分解，碳不易烧去，温度越高，碳越易烧去；在600℃时，碳可以烧去，但锰的高价氧化物不易还原为氧化锰；而温度大于750℃，锌将以蒸汽形式进入烟气。在750℃下焙烧0.5h，碳没有烧尽，焙烧lh，碳已烧尽。所以，本实验选定焙烧温度为750℃，焙烧时间为lh。
酸浸时酸的种类选择　按实验方法，分别用1∶1的硫酸、盐酸、硝酸和磷酸浸取焙烧后的粉末，分析浸取液中锌和锰的浓度，计算浸取率，结果见表2。
表2酸的种类对浸取率的影响（单位：％

磷酸的浸取率最低，而硫酸、盐酸、硝酸的浸取率基本相同，由于本实验要制取硫酸锰，故本实验选择硫酸。
酸的浓度选择　按实验方法，分别用1∶1的硫酸、1∶2的硫酸、1∶3的硫酸浸取焙烧后的粉末，分析浸取液中锌和锰的浓度，计算浸取率，结果见表3。
表3酸的浓度对浸取率的影响（单位：％）

由此可知：1∶1的硫酸浸取率最高，故本实验选择1∶1的硫酸。
酸浸时间的选择　按实验方法，分别用1∶1的硫酸浸取焙烧后的粉末，浸取时间分别为1h、2h、3h、4h和放置过夜，分析浸取液中锌和锰的浓度，计算浸取率，结果见表4。
表4酸浸时间对浸取率的影响（单位：％）

由此可知：随着浸取时间的延长，浸取率也增加，故本实验选择放置过夜。
pH的选择　按实验方法，用氨水调节不同的pH值，过滤，测定滤液和沉淀中锌和锰的含量，结果见表5。
表5pH的选择（单位：％）

由表可知：在pH＝8~9时，锌和锰的分离较好，故本实验选择pH＝8~9。
锌、锰回收率计算　取5号英雄牌电池2节，按实验方法，制得硫酸锰29.72g，纯度为98.9％，锌块8.10g，纯度为99.1％，求得锌的回收率为94.5％，锰的回收率为93.6％。 
三、结论
由以上实验结果可知：将废锌锰干电池经过剥离，将碳包中内含物焙烧的适宜温度为750℃，焙烧时间为lh，浸取用酸适宜为1∶1的硫酸，沉淀法分离锌和锰的适宜pH为8。本实验流程操作简单，锌和锰的回收率较高，是锌锰废干电池中锌和锰回收的较好方法。
参考文献：略