廢電池的分解及其二次利用

李紫祎

摘要：本實驗以鋅錳廢舊電池為研究實例，利用高中化學知識，對其中的鋅、錳以及氯化銨進行了分離、提純，實驗結果表明：最佳的雙氧水與硝酸的濃度比為1.5，最佳濃硫酸濃度為2 mol/L。

關鍵詞：鋅錳廢舊電池；氯化銨；分離；提純

在人類的日常生活中，電池是必不可少的生活品，每年全世界電池的消耗量是非常巨大的，它在給人類生活帶來方便的同時，也會給我們的環境、甚至身體健康帶來危害，因為電池在電量耗盡后，往往被人們遺棄，而電量耗盡的廢電池對水、土壤都有很大的危害。因此，如何解決廢舊電池對環境的污染成為目前急需解決的問題。2004年，唐志華[1]課題組提出利用廢舊電池中所含有的微量元素來制備化肥，在減少廢舊電池對環境污染的基礎上，將肥料應用在農業生產中，但是他們所采用的方法，對廢舊電池中的鋅、錳等元素的回收率較低，扔掉的廢棄物對環境依然存在危害[2]。

本文以日常所用的鋅錳干電池為研究對象，旨在將內部的鋅、錳以及少量的硫酸銨最大限度的回收，將鋅制備成硫酸鋅、錳制備成二氧化錳，而回收的氯化銨應用到農業肥料中。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑及設備

氫氧化鈉（天津大茂試劑有限公司）；碳酸鈉（天津大茂試劑有限公司）；無水乙醇（上海國藥集團試劑有限公司）；硝酸（上海國藥集團試劑有限公司）；硫酸（貝斯特試劑有限公司）；硝酸（阿拉丁試劑有限公司）；雙氧水（阿拉丁試劑有限公司）；千分位電子天平（RS232C，南京肯凡電子科技有限公司）；恒溫水浴鍋（HHS2A，金壇市成輝儀器廠）

1.2 實驗步驟

（1）處理廢舊干電池。

將廢舊干電池的外包裝去掉，將電池冒取出，在電池冒下方會出現瀝青層，為了實驗的準確性，要將瀝青層刮除干凈，然后取出碳棒，用去離子水以及無水乙醇將其處理干凈，可以繼續充當電極。

（2）電池中黑色物質的提取。利用剪刀之類的利器去掉廢電池外殼之后，會看見里面存在大量的黑色物質，這些黑色物質就是氯化銨、氯化鋅以及二氧化錳的混合物。將黑色物質放入燒杯中，加入去離子水，攪拌均勻，澄清后進行過濾處理，濾液就可以用來提取氯化銨，而過濾后的濾渣則可以制備出二氧化錳，我們之前所看到的外殼就是鋅殼，可以用來制備硫酸鋅。

1.3實驗原理

（1）氯化銨的提取。

將1.2（2）中的得到的濾液放入燒杯中97oC加熱，當濾液中出現晶體時停止加熱，改用40oC繼續加熱攪拌，等到濾液快蒸發至干時，停止加熱，冷卻后得到的就是氯化銨固體。實際上該固體中含有少量的氯化鋅，要想得到純氯化銨，就需要利用兩者在水中的溶解度不同，將兩者分離，由于實驗條件有限，本實驗沒有對兩者進行分離。

（2）二氧化錳的提取以及精煉。

將濾渣放入氧化鋁坩堝中，置于電爐上烘烤煅燒，煅燒時間為2 h左右，直至粉末呈現出紅色狀態，停止加熱，冷去后得到的棕黑色粉末就是粗制的二氧化錳。將粗制的二氧化錳溶于雙氧水與硝酸的混合物中，來對二氧化錳進行精制，反應方程式如下所示：

MnO2+H2O2+2HNO3=Mn（NO3）2+O2↑+2H2O（1）

第一步我們得到了硝酸錳，然后硝酸錳在高溫下與碳酸鈉反應生成碳酸錳，而碳酸錳暴露在空氣中就會被氧化成二氧化錳，反應方程式如下：

Mn（NO3）2+Na2CO3=MnCO3↓+2NaNO3（2）

2MnCO3+O2=2MnO2+2CO2↑（3）

（3）鋅單質的提取以及鋅鹽的制備。

將電池外殼溶于2 mol/L的硫酸中，溶解1.5 h，將沒被溶解的電池外殼去除洗凈，然后放入氧化鋁坩堝中，置于電爐上融化，溶化后會出現許多渣滓，將其去除，剩余物冷卻后就是單質鋅。硫酸鹽的制備相對容易，直接將鋅單質溶于硫酸中生成硫酸鋅，反應方程式如下式所示：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（4）

2 實驗結果與分析

圖1反應了雙氧水與硝酸濃度比對錳回收率的影響，從圖中可知，當兩者濃度比較小時，錳的回收率較低，說明雙氧水的濃度對錳回收率有著至關重要的影響，當兩者濃度比逐漸變大時，錳的回收率逐漸增加，當兩者濃度比為1.5時，錳的回收率最大，達到了90%，然而當雙氧水與硝酸的濃度比繼續增大到2.5、甚至3時，錳的回收率反而大幅度下降，這可能是由于雙氧水的濃度過大，會在二氧化錳的精制過程的第一步（如公式1）消耗過多的錳粗制二氧化錳所致，所以本實驗最佳的雙氧水與硝酸的濃度比為1.5。

圖2為硫酸濃度對鋅回收率影響的關系圖譜，從圖中可知，隨著濃硫酸濃度的增加，鋅的回收率再不斷增加，當濃硫酸濃度為0.5 mol/L時，鋅的回收率僅為50%多，而當濃硫酸濃度增加到2.0 mol/L時，鋅的回收率接近90%，而當濃硫酸濃度繼續增加，鋅的回收率增加不明顯，所以本實驗最佳濃硫酸濃度為2 mol/L。

3 結論

本實驗以鋅錳廢電池為例，研究了鋅、錳以及氯化銨的回收利用，從實驗過程我們可以看出，利用高中所學化學知識，完全可以實現對廢舊電池的回收利用。實驗結果表明，最佳的雙氧水與硝酸的濃度比為1.5，最佳濃硫酸濃度為2 mol/L。

參考文獻：

[1]唐志華，付漢清，李星彩.廢舊電池中的重金屬對人體的危害[J].廣東微量元素科學，2004，11（2）：1417.

[2]馬子川，謝亞勃，張雪榮.二氧化錳分析方法的改進[J].河南師范大學學報：自然科學版，2001，25（1）：8486.