廢舊手機電池資源綜合利用現狀

程家蓉　潘　倫　陳先玉　許　新

[摘 要]隨著手機的普及,廢舊手機電池已成為電子垃圾的一個特殊種類,目前手機電池主要有Cd-Ni,MH-Ni和鋰離子三種電池,Cd-Ni電池其主要污染物是Ni、Cd 和KOH,鎳氫電池其主要污染物是Cd、Cu 和KOH,鋰離子電池其主要污染物是Co 、Mn和有機電解質。由此帶來的環境污染和資源浪費問題也日益突出。

[關鍵詞]廢舊手機電池 現狀 Cd-Ni電池 MH-Ni電池 鋰離子電池

作者簡介:程家蓉(1975-),女,重慶市沙坪壩,講師,研究生 研究環境化學,單位:重慶醫藥高等專科學校。

一、廢舊手機電池的危害

廢舊手機電池對環境和人體健康造成的危害主要來自于其中含有的酸、堿等電解質溶液和重金屬。目前我國廢舊手機電池主要是與生活垃圾一起采用填埋、焚燒、堆肥等方法進行處理,而廢電池若隨生活垃圾共同處理將會給環境和人類帶來極大的潛在危害。

當廢舊電池被丟棄在自然界或者是與生活垃圾混在一起填埋堆放時,外層金屬被腐蝕后內部的重金屬和酸堿等泄露出來,進入土壤或水體,然后通過各種途徑進入人的食物鏈。廢舊電池對人體健康的危害主要表現在其所含的少量重金屬元素,進入土壤的重金屬的遷移過程為:重金屬→土壤→微生物→農作物→食物→人體神經系統→沉積發病。表1 簡要說明了廢電池中主要重金屬對人體健康的危害。

二、廢舊手機電池的回收現狀

(一)國外廢舊手機電池的回收現狀

目前,一些發達國家在廢舊手機電池回收方面有著非常完善的體系。通過制定嚴格的法律、對消費者征稅等措施來保證廢舊手機電池的回收。丹麥是歐洲最早對廢舊電池進行循環利用的國家,從1996年丹麥就開始回收鎘鎳電池,其具體做法是:電池按銷售單價0.9美元/只電池的回收費用售出,從回收費中按17.6美元/千克支付給電池回收者。1997年鎘鎳電池的回收率就已達到了95%。日本回收處理廢棄電池一直走在世界前列,早在1993年就開始回收電池。其中二次電池的回收率也已達84 %。采用的方法是在各大商場和公共場所放置回收箱,依靠電池生產企業的贊助實施回收。目前回收的廢電池93 %由社團募集方的垃圾清掃公司從事電池回收業務。美國是廢舊電池管理方面立法最多最細的國家, 并建立了完善的回收體系, 擁有多家廢舊電池回收公司,其中著名的當推RBRC公司。該公司是美國規模最大的電池回收公司, 是一家非盈利性的民間環保機構, 得到了200多家鎳鎘電池生產商的贊助。一方面它在美國和加拿大設立大量的回收點, 回收用過的鎳鎘電池。該公司還設計制作了專門的電池回收箱和帶拉鏈的塑料回收袋, 分發給各地的電池回收商和社區的垃圾回收站。另一方面, 加大對中小學生的教育, 培養他們的環保意識。為此, 該公司特地制作了一套有關電池的科普材料和錄像帶, 免費贈給中小學校, 供上科技常識課時用。

(二)國內廢舊手機電池的回收現狀

而目前,在我國對于廢舊手機電池的回收沒有制定具體的政策和法規,我國至今還沒有建立一套完整的廢電池回收體系。對于任何種類的廢電池都沒有按照危險廢物來管理,絕大部分廢舊手機電池被當作普通生活垃圾來處理。其次,居民們對廢舊電池危害認識不足,沒有形成普遍的自覺收集、自覺上交的意識,廢舊手機電池回收率低。

隨著人們環保意識的進一步加強,廢舊電池的無害化處理和資源化利用逐漸得到重視,目前廢電池的回收網絡基本上是某些單位、個人自發建成的,回收工作也僅限于在部分城市開展,如北京、上海、杭州和深圳等地。這些城市均加強了廢電池的收集管理,并出臺了一系列環保法規,其廢電池回收途徑基本形成,但回收上來的廢舊電池不及已銷售電池的十分之一。除了回收數量難以保證之外,廢舊電池回收后還存在難處理的問題。由于缺乏合理的后續處理和處置措施,收集到的廢電池只能由有關部門簡單堆存起來,或者重新混入生活垃圾中進行填埋處理,不僅不能解決其潛在的環境污染問題,還增加了城市生活垃圾的處理和處置難度,因此急需相關的處理政策和處理技術來解決廢舊電池污染問題。

三、廢舊手機電池的處理技術現狀

(一)Cd - Ni電池的回收處理技術

這幾年淘汰的Cd - Ni電池數量巨大。廢鎳-鎘電池有多方面的用途,回收涉及面很廣, Cd - Ni電池回收工處理藝主要有火法冶金回收和濕法冶金回收兩種。但應用較廣泛的是濕法回收。濕法回收工藝如下:

火法冶金回收工藝是利用各種金屬的沸點不同,將廢電池溫度升高到900℃ ～ 1000℃,鎘開始揮發,鎳留下來,最后產品為Fe - Ni合金,它可以作為不銹鋼原料。此工藝只能粗略地將鎘回收,工藝簡單,但能耗太大,如回收不當還會造成環境污染。

(二)MH-Ni電池的回收處理技術

因為AB2和AB5合金成為電動汽車應用中最好的選材之后,一直都在研究,所以這方面的技術也相對比較成熟。

1.AB2型MH - Ni 電池的回收

AB2型MH - Ni 電池由于含有的元素比較多,宜采用直接法回收金屬。此法是將廢電池加入硝酸中浸出,浸出的渣再放入鹽酸中進行第二段浸出,硝酸浸出液進行溶液萃取和碳酸鹽沉淀以除去鐵和痕量的金屬,之后再回收草酸鎳和草酸鈷。鹽酸浸出液用DLEHPA 萃取,萃取之后萃余液用碳酸鉀使鐵沉淀,之后回收草酸鎳和草酸鈷,兩種流液的最終溶液可以通過其他工藝回收鐵和鎘。

2.AB5型MH - Ni 電池的回收

AB5型MH - Ni 電池的材料為多組分金屬間化合物,主要是典型化合物LaNi5。而且稀土與其它元素在鹽酸系統中能達到最佳效果,所以AB5浸出液選用鹽酸。用鹽酸浸出液除去稀土磷酸鹽之后,用溶劑萃取法,沉淀法或兩者結合的方法回收剩下的鎳和鈷。

(三)鋰離子電池的回收處理技術

鈷是一種稀有的貴重金屬,在鋰離子電池中的含量相對較高,因此對廢舊鋰離子電池,主要是回收其中的鈷等金屬。近年來,我國在廢舊鋰離子電池回收浸出處理技術方面的研究,也取得了一些進展,目前廢舊鋰離子電池的回收技術可歸為三類: (1)浸出回收技術;(2)煅燒與浸出相結合的回收技術;(3)其它的回收方法。

1.浸出回收技術

主要包括電池破碎或剝離、酸(鹽酸、硝酸及硫酸等) 浸出和分離

(沉淀、絡合及萃取等方法) 等過程。操作條件溫和,浸出溫度一般低于80 ℃,但浸出液成分復雜,分離步驟較多。其主要的工藝流程如圖1所示。

2.煅燒與浸出相結合的回收技術

主要包括破碎(或剝離) 、焚燒、熱處理和浸出分離等過程,特點是工藝相對簡單,但該方法的熱處理能耗較高,電解液和電極中其他成分通過燃燒轉變為二氧化碳等氣體及其他有害成分(如五氧化二磷等) ,會造成二次污染。Sony 公司采用的工藝有所改進,先在較高的溫度下焚燒廢舊鋰離子電池,再用濕法回收鈷,燃燒產物隨煙氣排放。廢舊鋰離子電池回收技術存在成本高、廢液廢氣二次污染、電解質回收和資源回收率不高等問題,應向降低成本、無二次污染和資源回收率高的方向發展。

3.其它的回收方法

(1)直接回收鈷酸鋰

用特定的有機溶劑使鋰電池正極材料中的鈷酸鋰從鋁箔上溶解下來, 直接分離鈷酸鋰和鋁箔, 鋁箔經清洗直接回收, 所用的有機溶劑通過蒸餾方法脫除粘結劑, 實現循環使用。從正極上分離下來的正極活性材料在高溫下去除極片中的聚偏氟乙烯( PVDF) 和碳粉等雜質, 直接回收鈷酸鋰。

(2)電化學還原法

用電化學還原法使LiCoO2和碳粉分離。由于LiCoO2中的Co3+被還原為Co2+, 使得鋰從LiCoO2中釋放出來, 嵌入在碳粉中的鋰也得以釋放。鈷和鋰分別以固體CoO和LiOH 溶液的形式分離出來, 可作為制備新電極材料使用。

(3)電解質的回收

童東革、賴瓊鈺等提出采用碳酸丙烯脂( PC) 回收電解質: 在液氮的保護下, 將廢電池切開, 取出活性物質, 將活性物質置于碳酸丙烯脂等電解質溶劑中浸泡一段時間, 浸出電解質。回收的電解質根據情況進行凈化, 回收LiPF6。

到目前為止,國內對廢舊電池還沒有完善的回收處理措施,在相關技術上的研究也剛剛起步,僅停留在實驗室階段,與發達國家相比差距較大。因此,當務之急是該研究工作應向實用化方向發展,盡快開發出安全、有效、經濟的廢電池處理技術。

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