廢干電池處理進(jìn)展

吳美德，向文平，王俊飛

（中華全國(guó)供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191）

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步給人們的生活帶來了巨大的改變，干電池作為一些產(chǎn)品的能量來源被廣泛使用，與人們的生活息息相關(guān)。我國(guó)干電池生產(chǎn)量和使用量早在2000年就遙遙領(lǐng)先世界各國(guó)，電池大量的生產(chǎn)和使用在占用了寶貴的自然資源的同時(shí)還帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題?！耙还?jié)一號(hào)電池能使1 m3的土地喪失其利用價(jià)值，一粒紐扣電池能污染600 t水?！边@些話雖然有夸大的成分，但都表明了干電池對(duì)自然環(huán)境的巨大破環(huán)力，因此對(duì)廢干電池進(jìn)行無害化處理和綜合利用，成為解決廢干電池遺留問題的重點(diǎn)研究方向，既對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義，又能節(jié)約我國(guó)日益枯竭的自然資源。

1 干電池的分類、組成及危害

1.1 干電池的分類及組成

干電池種類繁多，根據(jù)使用次數(shù)可分為一次電池和二次電池，根據(jù)組成成分的不同，可分為鋅錳電池、鋅氧化銀電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，根據(jù)電解液的酸堿性又可分為酸性電池和堿性電池[1]。常見干電池的組成成分如表1所示。

表1 常見干電池的組成

1.2 廢電池隨意丟棄產(chǎn)生的影響

我國(guó)是電池生產(chǎn)和使用大國(guó)[2]，每年需要消耗大量鋅、銅、錳等金屬用于生產(chǎn)干電池。干電池在使用的過程中內(nèi)部物質(zhì)會(huì)隨著放電過程而發(fā)生轉(zhuǎn)化，例如鋅皮、錳粉在化學(xué)反應(yīng)中變成氯化鋅、三氧化二錳等物質(zhì)，但根據(jù)質(zhì)量守恒定律，這些金屬原料依然存在于電池中，只要有合適的方法，就能從廢干電池中回收大量的金屬，實(shí)現(xiàn)資源的二次利用。因此，隨意丟棄廢干電池是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，對(duì)我國(guó)日益枯竭的礦產(chǎn)資源來說無疑是雪上加霜。

干電池在生產(chǎn)的過程中會(huì)加入少量的重金屬，以提高電池的放電性能。如果把廢電池丟棄到自然環(huán)境中，外殼銹蝕腐爛后內(nèi)部的重金屬和酸堿會(huì)發(fā)生泄露，酸堿能污染土壤和水體的pH值，使土壤和水體酸性化或堿性化。重金屬則通過微生物和植物的富集作用，進(jìn)入食物鏈，最終會(huì)影響到人類自身[3]。電池中主要重金屬對(duì)人體的影響如表2所示。

表2 重金屬對(duì)人體的影響

2 廢干電池處理方法

2.1 國(guó)外廢干電池處理方法

國(guó)際上普遍采用3種方法來處理廢干電池：固化深埋、熱處理和濕處理。

2.1.1 固化深埋

對(duì)于一些污染嚴(yán)重的干電池，如果進(jìn)行普通填埋，則會(huì)對(duì)人類生存環(huán)境造成重大影響。固化深埋是采用專門的容器來盛裝廢干電池，然后置于具有嚴(yán)格防滲能力的填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋。這種方法不僅成本高，對(duì)填埋的場(chǎng)地需要仔細(xì)選擇，而且是對(duì)資源的一種浪費(fèi)，被填埋后就失去了利用的價(jià)值。

2.1.2 熱處理

熱處理是將廢電池破碎后，送入高溫反應(yīng)爐中加熱，在不同的溫度下從煙氣中分別能收集到汞和鋅，從剩下的爐渣中可繼續(xù)提取鐵，爐渣作為錳、鐵、鎳、銅等金屬氧化物的混合物也可直接出售，此法成本較高。真空熱處理法的特點(diǎn)是在沒有空氣的環(huán)境下加熱，由于是在真空的環(huán)境，故過程中金屬不會(huì)生成對(duì)應(yīng)的氧化物，可直接從排出的蒸汽中回收汞和鋅，然后研磨剩余的殘?jiān)么胚x的方法分離出鐵，剩下的粉末可進(jìn)一步提取出錳和鎳。

2.1.3 濕處理

將電池破碎后溶解于硫酸中，然后通過離子交換的形式將各種金屬?gòu)娜芤褐薪粨Q出來。由于這種方法提取出來的金屬純度高，所以賣出的價(jià)格更高。該法的處理效果好，資源回收率高于干法，但成本偏高。

2.2 國(guó)內(nèi)廢干電池處理方法

我國(guó)對(duì)廢干電池常用的處理方法有：人工分選、干法、濕法和干濕法[4]。在工藝上還是難以實(shí)現(xiàn)從廢電池中充分提取出可用資源，而且在處理過程中極易造成二次污染。

2.2.1 人工分選

通常都是一些小工廠對(duì)廢干電池進(jìn)行人工分選，進(jìn)行資源的初步回收。將收集的干電池先進(jìn)行分類，再用簡(jiǎn)單的機(jī)械使其解體，接著人工分選出鋅皮、碳棒、銅帽等有價(jià)值的物質(zhì)，并作相應(yīng)回收處理，使金屬和塑料實(shí)現(xiàn)再生利用。此法是廢干電池資源化的最簡(jiǎn)單的方法，沒有技術(shù)工藝上的要求，只需要足夠的勞動(dòng)力就能運(yùn)營(yíng)。

2.2.2 干法

干法又名火法，由于干電池中的金屬和其氧化物存在熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的差異，因此可通過分階段加熱的方式在不同溫度下得到想要的單一金屬化合物，實(shí)現(xiàn)混合金屬的分離。首先對(duì)廢干電池進(jìn)行分類、破碎，再轉(zhuǎn)移到焙燒爐中在低溫（600～800℃）下焙燒，此時(shí)汞會(huì)以蒸汽的形式脫離出來，將排出的氣體冷凝后提取汞，接著將剩余的物質(zhì)在高溫（1 000～1 300℃）下焙燒，從煙氣中可以得到氧化鋅，剩余的殘?jiān)?jīng)過處理可以得到錳和鐵。工業(yè)上鋅錳干電池火法處理工藝流程[5]如圖1所示。

圖1 鋅錳干電池火法處理工藝流程

2.2.3 濕法

廢干電池濕法冶金回收過程是基于鋅、二氧化錳、鎳、鎘、鉛、鋰等可溶于酸的原理。干電池經(jīng)分類和破碎后，置于稀硫酸中浸取，經(jīng)過濾將殘?jiān)蛛x出來，從殘?jiān)锌煞謩e提取出銅、鐵和錳，最后利用電解法從濾液中提取鋅。工業(yè)上鋅錳干電池濕法處理工藝流程[6]如圖2所示。

圖2 鋅錳干電池濕法處理工藝流程

2.2.4 干濕法

干濕法就是用干法和濕法輪流處理廢干電池，通過兩種方法的巧妙結(jié)合可提高資源回收率，但是處理環(huán)節(jié)過多，對(duì)場(chǎng)地和處理設(shè)備要求較高，所以需要的啟動(dòng)資金遠(yuǎn)高于單一的處理方法。

3 國(guó)內(nèi)廢干電池處理進(jìn)展

產(chǎn)量大、質(zhì)量低和污染嚴(yán)重等問題一直是我國(guó)電池行業(yè)的詬病。針對(duì)這些問題政府出臺(tái)了一系列政策措施，投入了大量的人力物力，取得了一定的成果，但還是存在很多不足，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 技術(shù)落后，效益低

干法和濕法是我國(guó)廢干電池資源回收的主要方法，一些廢電池處理工廠技術(shù)落后，不僅無法從廢電池中充分回收有用資源，還存在二次污染的隱患。即使技術(shù)滿足要求，但廢電池供應(yīng)量又不足，工廠還是難以開工。干電池成分多樣，在處理中需要對(duì)電池中的鐵、銅、汞、鋅、鎳、鎘、錳等組分對(duì)應(yīng)回收，造成工藝復(fù)雜，處理成本高。再加上運(yùn)輸和工人的費(fèi)用，所得利潤(rùn)寥寥無幾，很多工廠甚至處于虧損狀態(tài)，靠著國(guó)家給的補(bǔ)貼艱難運(yùn)營(yíng)。由于廢電池處理存在著投資效益低、回報(bào)周期長(zhǎng)、處理不當(dāng)容易引發(fā)二次污染等問題，另外還有很多社會(huì)方面的因素也在阻礙著電池處理行業(yè)的發(fā)展，這些因素令投資者望而生畏，成為行業(yè)發(fā)展的絆腳石。

3.2 政府對(duì)市場(chǎng)管理欠缺

干電池生產(chǎn)集中，但使用卻是分散到全國(guó)各地。污染范圍較大，造成的污染并不會(huì)立時(shí)體現(xiàn)，廢電池對(duì)環(huán)境的危害短期內(nèi)難以看出，所以初始政府和個(gè)人都沒有太過在意廢電池后續(xù)影響的問題。直到1997年才作出從2001年1月1日起禁止在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)各類汞含量大于電池重量0.025%的電池的規(guī)定[7]，但在2007年的監(jiān)督抽查中發(fā)現(xiàn)，還是有部分電池品牌的汞含量超標(biāo)，這類違規(guī)電池主要由一些小廠生產(chǎn)。

3.3 廢干電池回收力度不足

目前我國(guó)也只是在大城市設(shè)有廢干電池回收站，還不能普及占據(jù)我國(guó)大部分人口的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村，垃圾箱上也很少有為廢干電池等危險(xiǎn)廢物專門設(shè)立的空間。這就造成了老百姓都知道隨意亂扔電池會(huì)污染環(huán)境，但已經(jīng)使用完的干電池依然無處可扔的情況，真是扔亦憂，存亦憂。而我國(guó)每年回收的廢干電池不到總產(chǎn)量的1%，剩下的被隨意丟棄或隨生活垃圾進(jìn)行焚燒、衛(wèi)生填埋，這無疑會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大危害。

4 廢干電池綜合處理的努力方向

通過總結(jié)國(guó)內(nèi)外處理廢干電池的有效經(jīng)驗(yàn)，得出我國(guó)處理廢干電池應(yīng)該朝著無害化、減量化和資源化三方面努力。

4.1 無害化

貫徹落實(shí)無汞政策，淘汰鎳鎘電池。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家在早期就對(duì)電池中的汞做出了限令，日本在1991年禁止汞應(yīng)用于鋅錳電池，歐共體在1993年就禁止生產(chǎn)汞含量大于電池質(zhì)量0.025%的電池。我國(guó)雖然從2001年開始對(duì)電池中的汞做出限制，但監(jiān)督徹查力度不足，依然有工廠偷偷生產(chǎn)汞含量超標(biāo)的電池并投入市場(chǎng)。政府應(yīng)加大監(jiān)管力度，貫徹落實(shí)無汞政策，從源頭控制汞污染。對(duì)于污染嚴(yán)重的鎳鎘電池，應(yīng)禁止其生產(chǎn)，發(fā)展鎳氫電池及鋰離子電池等“綠色電池”。

4.2 減量化

在生產(chǎn)和消費(fèi)上應(yīng)提倡可多次使用的可充電電池，在技術(shù)上力求延長(zhǎng)電池的使用壽命，從而減少了資源的耗費(fèi)和造成污染的問題。

4.3 資源化

廢干電池具有極大的利用價(jià)值，資源化回收不僅能減少其對(duì)環(huán)境的污染，還能從中回收錳、鐵、鋅、銅、鎳、鎘等多種寶貴的金屬材料。政府一方面要加強(qiáng)市場(chǎng)管理，增強(qiáng)公民的環(huán)保意識(shí)，使環(huán)保理念深入人心，同時(shí)建立完善有效的廢干電池回收網(wǎng)絡(luò)體系，采取電池以舊換新、有償使用的方式來促進(jìn)廢電池的回收。另一方面，要盡快研發(fā)或引進(jìn)處理廢電池的新技術(shù)，達(dá)到提高資源回收率和處理過程無污染的目的。