淺談化學(xué)廢舊電池的回收和利用

陸成禹

摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了鋅錳干電池、鎳鎘蓄電池等幾種電池類(lèi)型，同時(shí)分析了廢舊電池對(duì)環(huán)境、人體的危害，并詳細(xì)介紹了化學(xué)廢舊電池的回收處理技術(shù)，以便人們能夠?qū)ι鲜鰞煞N電池及其他類(lèi)電池加以妥善處理，避免其對(duì)環(huán)境以及人體造成污染與危害。

關(guān)鍵詞 化學(xué)廢舊電池 危害 回收 利用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.02.069

Abstract This article briefly describes the zinc-manganese batteries， nickel-cadmium batteries， such as several battery types， and analyzes the waste batteries on the environment， health hazards， and details of chemical waste battery recycling technology， so that people be able to both batteries and other types of batteries are properly handled， avoid pollution and harm to the environment and the human body.

Key words chemical waste batteries； harm； recovery； utilization

如今，化學(xué)電池在我國(guó)廣泛應(yīng)用，成為人們生活的必備品。然而，大部分人在使用化學(xué)電池之后選擇隨意丟棄，而不是進(jìn)行統(tǒng)一處理，這便導(dǎo)致大量化學(xué)電池以各種方式進(jìn)入環(huán)境當(dāng)中，對(duì)環(huán)境造成污染，影響著人類(lèi)的健康。我國(guó)目前的社會(huì)宣傳效果不理想，人們沒(méi)有樹(shù)立正確的環(huán)保意識(shí)，且我國(guó)化學(xué)廢舊電池的回收與利用機(jī)制尚不完善。作為每一個(gè)社會(huì)公民，有義務(wù)為廢電池的回收與處理貢獻(xiàn)力量。

1 常用化學(xué)電池分類(lèi)

1.1 鋅錳干電池

鋅錳干電池將鋅筒作為外殼，外殼主要材料為鋅。其不僅是電池的保護(hù)殼，同時(shí)也是該電池的負(fù)極。電池內(nèi)部插入一根碳棒，該碳棒即為電池的正極，之后還需將銅帽加于碳棒頂部。石墨碳棒與保護(hù)殼之間使用二氧化錳以及炭黑混合物進(jìn)行填充，之后使用長(zhǎng)纖維紙包裹二氧化錳以及炭黑的混合物作為隔膜，電池制作人員應(yīng)選用能夠通過(guò)離子的長(zhǎng)纖維紙。隔膜之外，電池制作人員需將氯化銨、氯化鋅以及淀粉調(diào)制成糊狀作為電池的電解質(zhì)溶液，其中還需添加MnO2，用以處理正極所釋放的氫氣，避免電池發(fā)生極化。內(nèi)部構(gòu)造完成之后，需使用蠟以及火漆作為封口物，其放電原理如下：

負(fù)極反應(yīng)：Zn-2e-→Zn2+

正極反應(yīng)：NH4++2e-NH3+H2

H2+MnO2→Mn2O3+H2O

之后正極所產(chǎn)生的NH3會(huì)與氯化鋅生成化學(xué)反應(yīng)，形成Zn（NH3）4。通常情況下，干電池的電壓范圍為1.5V—1.6V。該類(lèi)電池在使用過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流以及電能在正、負(fù)極之間循環(huán)流動(dòng)，一段時(shí)間之后，電池內(nèi)部能夠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)逐漸減少，而作為負(fù)極的鋅皮也開(kāi)始銹蝕，導(dǎo)致電池提供的電能隨之下降，直至完全無(wú)法提供電能。該電池提供的電量較低，且釋放電量時(shí)，容易出現(xiàn)氣漲或漏液的現(xiàn)象。

1.2 鎳鎘蓄電池

該類(lèi)型電池將氧化鎳粉以及石墨粉作為正極的活性物質(zhì)，其中，石墨粉并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其負(fù)責(zé)增強(qiáng)電池的導(dǎo)電性。而負(fù)極上的活性物質(zhì)則通過(guò)氧化鎘粉以及氧化鐵粉組成，氧化鐵粉主要負(fù)責(zé)提升氧化鎘粉的擴(kuò)散性，避免氧化鎘粉在電池內(nèi)部凝結(jié)為塊狀。同時(shí)，氧化鐵粉還具備增加正、負(fù)極容量的作用。電池加工人員會(huì)利用穿孔鋼帶包裹正、負(fù)極當(dāng)中的活性物質(zhì)，并對(duì)穿孔鋼帶加壓，便可形成電池的正、負(fù)極板。電池制作人員會(huì)選用耐堿性較高的硬橡膠絕緣棍，或是帶有孔的聚氯乙烯瓦楞板作為正、負(fù)極板之間的填充物。該電池電解液一般使用氫氧化鉀溶液，其放電原理如下：

負(fù)極反應(yīng)：Cd+2OH-2e-→Cd（OH）2

正極反應(yīng)：NiO2+2H2O+2e-→Ni（OH）2+2OH-

不同于鋅錳干電池，鎳鎘蓄電池能夠進(jìn)行多次充電，充電次數(shù)高達(dá)500多次。相比鋅錳干電池，鎳鎘蓄電池更為經(jīng)濟(jì)。不僅如此，鎳鎘蓄電池能夠提供大量電流，且當(dāng)電池放電時(shí)，電池所產(chǎn)生的電壓變化較小，能夠直接作為直流電源。由于該類(lèi)電池使用內(nèi)部結(jié)構(gòu)被完全密封式，因此不存在電解液泄露的現(xiàn)象，也無(wú)需加工人員向內(nèi)部補(bǔ)充電解液。鎳鎘蓄電池能夠進(jìn)行多次充電以及放電，使用也較為方便。但是鎳鎘蓄電池有較為嚴(yán)重的記憶效應(yīng)，即使用人員必須確保鎳鎘蓄電池完全沒(méi)電之后，才可進(jìn)行充電，以延長(zhǎng)電池使用壽命。鎳鎘蓄電池分類(lèi)較多，應(yīng)用范圍也有所不同。大型袋式鎳鎘蓄電池往往用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、裝甲車(chē)等大型機(jī)械當(dāng)中，作為其啟動(dòng)或是備用的電源。而圓柱密封式鎳鎘蓄電池則用于日常的電動(dòng)家用工具之中。至于小型紐扣式鎳鎘蓄電池則應(yīng)用于電動(dòng)玩具當(dāng)中。除上述簡(jiǎn)要介紹的電池之外，還有鋰電池、汞電池等電池。

2 化學(xué)廢舊電池產(chǎn)生的危害

2.1 環(huán)境污染

大部分化學(xué)廢電池當(dāng)中含有大量重金屬，如汞、鋅、銅等，化學(xué)廢舊電池暴露在自然環(huán)境當(dāng)中，這些物質(zhì)也會(huì)流入環(huán)境。重金屬不能自行分解，也不會(huì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)。久而久之，大量重金屬會(huì)以各種渠道污染水源以及土壤。以一節(jié)一號(hào)電池為例，若放任其在土壤當(dāng)中腐爛，則其所包含的有毒物質(zhì)能夠令1m2的土地完全失去利用價(jià)值。若將一粒紐扣式化學(xué)廢舊電池丟入水中，其所包含的毒性物質(zhì)能夠使約60萬(wàn)升水受到污染，而60萬(wàn)升的水量幾乎為正常人一生所使用的水量。

2.2 人體危害

現(xiàn)今，我國(guó)大部分地區(qū)的人們都選擇將化學(xué)廢舊電池連同日常生活所產(chǎn)的垃圾一同埋放至土壤當(dāng)中。長(zhǎng)此以往，電池外殼逐漸腐化，內(nèi)部的液態(tài)重金屬便會(huì)流出，不僅使土壤失去原有的價(jià)值，同時(shí)會(huì)流入地下水，最后逐漸進(jìn)入人們的生活，甚至滲透至人們的食物當(dāng)中。不僅如此，人們所飼養(yǎng)的生物也有可能食用受到重金屬污染的草類(lèi)，之后再進(jìn)入人體，便會(huì)形成重金屬毒素的慢性積累，使人們形成慢性中毒，具有代表性的便是日本所發(fā)生的水俁病。各種重金屬對(duì)人體的危害也有所不同，具體如下：

第一，鋅。鋅是人體當(dāng)中的重要元素之一，其毒性不高，進(jìn)入人體之后可以令蛋白質(zhì)逐漸沉淀。一般情況下，人類(lèi)直接服用1000mg的硫酸鋅會(huì)出現(xiàn)急性中毒的現(xiàn)象。然而，若氧化鋅粉塵進(jìn)入人類(lèi)肺部則會(huì)引起中毒。人類(lèi)在鋅中毒之后，會(huì)出現(xiàn)全身無(wú)力，肌肉疼痛，呼吸不暢等現(xiàn)象，中毒過(guò)深時(shí)，人類(lèi)會(huì)在抽搐、痙攣之后死亡。若人類(lèi)皮膚不慎碰觸硫酸鋅以及氯化鋅，且硫酸鋅以及氯化鋅浸入皮膚黏膜，則會(huì)出現(xiàn)皮炎以及皮膚潰瘍的癥狀。當(dāng)水中鋅的含量超過(guò)每升50mg時(shí)，便會(huì)提高人類(lèi)患癌癥的幾率，或是導(dǎo)致人類(lèi)患有化學(xué)性肺炎。

第二，鎘。鎘并非是人體的必備元素，嬰兒在出生時(shí)，體內(nèi)并沒(méi)有鎘元素，之后隨著自身成長(zhǎng)，體內(nèi)的鎘元素也不斷增加。鎘元素主要作用于腎與骨頭，其對(duì)人體腎的損傷是不可恢復(fù)的，較為嚴(yán)重。不僅如此，鎘元素還會(huì)誘發(fā)骨質(zhì)疏松以及骨折等問(wèn)題，中毒過(guò)深會(huì)使人類(lèi)骨骼變形，甚至?xí)驗(yàn)樽匀还钦鄱劳觥?/p>

3 化學(xué)廢舊電池的回收與處理方法

3.1 一次性電池的焚燒與填埋

就目前而言，我國(guó)大部分城市都設(shè)有專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)回收化學(xué)廢舊電池的垃圾桶。大多數(shù)城市對(duì)一次性電池的處理方式為連同城市固體廢物一同埋入土中，或是直接進(jìn)行焚燒。根據(jù)研究顯示，一次性電池連同城市固體廢物共同埋入土中，其所產(chǎn)生重金屬污染量尚處于可接受的狀態(tài)。若直接將兩種垃圾進(jìn)行焚燒，或是采用焚燒與填埋共用的方式，其所造成的污染則處于不可接受的狀態(tài)。因焚燒處理會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾灰塵，導(dǎo)致垃圾灰數(shù)量超標(biāo)，且電池種類(lèi)的不同，污染物種類(lèi)也存在差異，不能一概而論。不僅如此，電池當(dāng)中部分有毒物質(zhì)無(wú)法通過(guò)焚燒處理，即使受到高溫也不會(huì)消除，之后會(huì)進(jìn)入土壤當(dāng)中，對(duì)地下水造成污染。所以，在日常生活當(dāng)中，不可自行對(duì)電池進(jìn)行填埋、焚燒或是隨意丟棄。

3.2 固化處置法

固化處置方法是將一次電池直接作為混凝土的拌合材料，由于水泥具有較高的粘合性以及固化性，能夠容納大量的廢舊電池。同時(shí)，廢舊電池的摻入也能夠提高混凝土的質(zhì)量，使混凝土更為符合標(biāo)準(zhǔn)。施工企業(yè)在獲得一次電池之后，將其碾碎添加至混凝土配料當(dāng)中，與水泥、砂石共同配制成新的混凝土制品。最佳的質(zhì)量比配合比例應(yīng)如下所示：

水泥：砂料、石料：廢電池=1：（0.90～2.50）、（1.90～6.20）：（0.15～0.40）

固化處置法能夠通過(guò)水泥將化學(xué)廢舊電池當(dāng)中的有毒物質(zhì)封鎖于混凝土當(dāng)中，之后將混凝土用于道路的鋪設(shè)。這樣做不僅能夠節(jié)省自然資源的使用量，同時(shí)能夠完成對(duì)廢電池的處理。由此可見(jiàn)，在收集化學(xué)廢電池之后，可將其轉(zhuǎn)交于部分建筑工程施工企業(yè)，使其能夠通過(guò)固化處置法進(jìn)行處理，減少對(duì)環(huán)境的污染。我國(guó)可對(duì)使用該方法施工企業(yè)進(jìn)行一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助。

3.3 人工分選法

政府在收集電池之后，可以組織人員按電池種類(lèi)之間的差異進(jìn)行分類(lèi)，之后進(jìn)行分解。以鋅錳干電池為例，可將其分為塑料蓋、碳棒、鋅皮、殘?jiān)?。之后將電池各個(gè)部件分別送往不同的工廠(chǎng)進(jìn)行回收與利用。如可將塑料蓋送往塑料廠(chǎng)，以便塑料廠(chǎng)進(jìn)行再加工生成新塑料。拆分的鐵殼可送往冶煉廠(chǎng)，為冶煉廠(chǎng)提供生產(chǎn)原料。鋅皮的主要原料為鋅，可送往化學(xué)加工企業(yè)，化學(xué)加工企業(yè)可將鋅皮重新熔鑄為新的鋅錠。至于分解出的殘?jiān)?，可送往化工企業(yè)，由化工人員通過(guò)回轉(zhuǎn)窯對(duì)殘?jiān)M(jìn)行粉煅燒，獲取MnO2作為新的化工原料使用。

3.4 濕法回收技術(shù)

濕法技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用較為頻繁的是選擇性浸出工藝，政府可將廢棄電池送往化學(xué)加工企業(yè)?；瘜W(xué)加工企業(yè)工作人員依照電池各組分在溶液當(dāng)中溶解性之間的差異獲取金屬。具體方法如下：先將廢舊電池切開(kāi)，剝離電池的外殼之后，將KOH清洗干凈，使用實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的設(shè)備將電池烘燒至550℃至600℃，持續(xù)一個(gè)小時(shí)之久，使Ni（OH）2脫水轉(zhuǎn)化為NiO，同時(shí)讓有機(jī)物碳化。還可向溶液當(dāng)中灌入CO2，從而形成CdCO3沉淀現(xiàn)象，進(jìn)而將鎘分離出來(lái)。同時(shí)，學(xué)生也可使用生物浸出方式處理化學(xué)廢舊電池，即使用氧化亞鐵硫桿菌進(jìn)行生物浸出，其具有很強(qiáng)的抗毒性，尤其是對(duì)鎳與鎘兩種元素的毒性。學(xué)生只需為該生物提供良好的環(huán)境以及PH值，便能夠使鎘、鎳以及鐵的溶出率高達(dá)96.5%左右，甚至達(dá)到100%。

4 結(jié)束語(yǔ)

化學(xué)廢舊電池對(duì)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，成為亟待解決的問(wèn)題之一。國(guó)家應(yīng)該從管理制度上不斷完善，從回收和處理工藝上有效改進(jìn)，使之走向社會(huì)，惠及全民。更重要的是，作為社會(huì)公民，有責(zé)任也有義務(wù)提高環(huán)保意識(shí)，改變傳統(tǒng)行為，為避免廢舊電池處理不當(dāng)而污染自然環(huán)境，有效保護(hù)人們的生命安全。

參考文獻(xiàn)

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