廢鋅錳電池中金屬離子浸出行為研究

林輝東，溫中東，王德漢

（1.綠泉環(huán)保技術(shù)有限公司，廣東 惠州 516001；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510642）

隨著全球范圍內(nèi)環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，廢舊電池的處理倍受關(guān)注。廢電池中含有大量植物生長所需要的微量元素如鋅、錳、鐵等，可以利用廢電池生產(chǎn)微肥[1～3]；同時(shí)廢電池中又含有汞、鎘、鉛等有害物質(zhì)，所以開發(fā)有效的、具有環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的處理廢電池工藝十分重要。

目前，廢電池的回收利用技術(shù)主要有濕法和火法兩種冶金處理方法。濕法工藝主要是基于金屬可溶于酸的原理，細(xì)分為焙燒——浸出法和直接浸出法；火法工藝是在高溫下使廢電池中的金屬及其化合物氧化、還原、分解、揮發(fā)和冷凝的過程，火法又分為傳統(tǒng)的常壓冶金法和真空冶金法。與火法處理相比，采用濕法處理廢電池，除了投資少、成本低外，更重要的是不僅可回收金屬，而且還可回收電解質(zhì)溶液，但目前有關(guān)于鋅錳電池濕法處理工藝的研究報(bào)道較少。

已公開的研究有，用硫酸溶液來溶解廢舊鎘鎳電池中的鎳鎘鈷的研究[4，5]，鎘鎳廢電池中金屬鎳鎘浸出行為的研究[6]，廢鎘鎳電池中鎘的選擇性浸出[7]。但是對廢鋅錳電池干粉（WLR）浸出行為的研究，至今沒有見過報(bào)道。通過WLR干粉在硫酸溶液中的溶解浸出行為，研究了溫度和硫酸濃度對其金屬離子浸出率的影響，找出了最佳的溶解工藝條件，為進(jìn)一步分離WLR中有害重金屬和生產(chǎn)鰲合微肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

廢鋅錳電池（由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)?？萍紖f(xié)會(huì)提供）的成分組成如表1，WLR干粉制備流程如圖1。

表1WLR電池組成％

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

圖1 實(shí)驗(yàn)材料制備流程

將已制備好的WLR干粉加在100 mL硫酸溶液中，進(jìn)行機(jī)械攪拌，恒溫水浴加熱，反應(yīng)完成后，冷卻抽濾，在120℃下烘干，稱重。反應(yīng)裝置如圖2。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置

1.3 測試

分析抽濾液和殘?jiān)薪饘匐x子的含量（由廣東省土壤研究所測試中心測試，采用ICP-AES分析儀），分別計(jì)算出各金屬離子的浸出率。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸濃度對反應(yīng)體系的影響

2.1.1 硫酸濃度對有用金屬離子浸出行為的影響[8]

實(shí)驗(yàn)條件：溫度為50℃，固液比為1：10，催化劑為1 mL，反應(yīng)時(shí)間為2 h，攪拌強(qiáng)度為40～80 r/min時(shí)，不同硫酸濃度對 Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋浸出率的影響。

從圖 3 可以看出，隨著硫酸濃度的增加，Zn2＋，Mn2＋和Fe2＋浸出率也顯著增大，說明硫酸對WLR中有用金屬的浸出行為有顯著影響。在硫酸濃度達(dá)到10％時(shí)，Zn2＋的浸出率達(dá)到99％以上，幾乎完全浸出，Mn2＋達(dá)到77％以上，F(xiàn)e2＋達(dá)到50％以上。

圖3 硫酸濃度對有用金屬離子浸出行為的影響

2.1.2 硫酸濃度對有害金屬離子浸出行為的影響實(shí)驗(yàn)條件同2.1.1。

圖4 硫酸濃度對有害金屬離子浸出行為的影響

從圖4可以看出，隨著硫酸濃度的增加，有害金屬離子的浸出率也不斷增大，當(dāng)硫酸濃度增大到2％以上時(shí)，Pb2＋的浸出受其影響不大。

2.2 溫度對反應(yīng)體系的影響

2.2.1 溫度對有用金屬離子浸出行為的影響

實(shí)驗(yàn)條件：硫酸濃度為10％，固液比為1：10，催化劑為1 mL，反應(yīng)時(shí)間為2 h，攪拌強(qiáng)度為40～80 r/min時(shí)，不同溫度對 Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋浸出率的影響。

從圖5可以看出，溫度對有用金屬離子浸出率呈負(fù)相關(guān)，溫度越低，對其浸出越有利。在40℃時(shí)，Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋的浸出率都達(dá)到最大，Zn2＋達(dá)到 99％以上，Mn2＋達(dá)到 80％，F(xiàn)e2＋達(dá)到 50％以上。

圖5 溫度對有用金屬離子浸出行為的影響

2.2.2 溫度對有害金屬離子浸出行為的影響

實(shí)驗(yàn)條件同2.2.1。

從圖6可以看出，40℃時(shí)，Hg2＋的浸出率最低，約40％，并且隨溫度的變化出現(xiàn)波動(dòng)影響；當(dāng)溫度大于50 ℃時(shí)，Cd2＋的浸出與溫度呈負(fù)相關(guān)；Pb2＋的浸出受溫度影響很小。

圖6 溫度對有害金屬離子浸出行為的影響

3 結(jié)論

3.1 最佳浸出工藝條件

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，廢鋅錳電池中金屬離子浸出的最佳工藝條件為：硫酸濃度為10％，溫度為40℃，固液比為1：10，催化劑為1 mL，反應(yīng)時(shí)間為2 h，攪拌強(qiáng)度為40～80 r/min。

3.2 金屬離子的浸出規(guī)律

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，廢鋅錳電池中金屬離子的浸出率都隨硫酸濃度的增大而顯著增大。在硫酸濃度達(dá)到10％時(shí)，Zn2＋的浸出率達(dá)到99％以上，幾乎完全浸出，Mn2＋達(dá)到 77％以上，F(xiàn)e2＋達(dá)到 50％以上。

溫度與其浸出率呈負(fù)相關(guān)，溫度越低對它們的浸出越有利。在 40 ℃時(shí)，Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋的浸出率都達(dá)到最大，Zn2＋達(dá)到 99％以上，Mn2＋達(dá)到 80％，F(xiàn)e2＋達(dá)到50％以上，而Hg2＋的浸出率最低，約40％。

[1] 白青子，王宏選.廢電池生產(chǎn)復(fù)合微肥技術(shù)[J].應(yīng)用科技，1998(8)：3.

[2] 彭國勝，董賀新.用廢電池生產(chǎn)微肥的研究[J].河南化工，2002(1)：13-14.

[3] 張希忠.廢干電池回收利用技術(shù)評估[J].金屬再生，1991(2)：17-20.

[4] 徐承坤，翟玉春，田嚴(yán)文.鎘鎳廢電池回收工藝[J].電源技術(shù)，2001，25(1)：32-34.

[5] Nogueira CA，Delmas F.New flowsheet for the recorery of Cadmium，cobalt nickel from spent Ni－Cd batteries by solvent extraction[J].Hgdrometallurgy，1999，52(3)：267-287.

[6] 康思琦，周斌，羅愛平.鎘鎳廢電池中金屬鎘鎳浸出行為的研究[J].五邑大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，16(1)：21-24.

[7] 田嚴(yán)文，徐承坤，張麗君等.廢鎘鎳電池中鎘的選擇性浸出[J].化工冶金，1999，20(3)：295-297.

[8] 林輝東，王德漢，李海濱.廢堿錳電池焙燒干粉酸解條件的研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2006(2)：217-220.