壹般來說,電池中的有害物質主要有Zn、Hg、CNi、Pb等重金屬;鉛蓄電池中的H2S04;各種堿性電池中的KOH和鋰電池中的IiPP6電解液等。Hg及其化合物,特別是有機汞化物,具有極強的生物毒性、較快的生物富集速率和較長的腦器官生物半衰期。Cd易在動植物體內富集,影響動植物的生長,具有很強的毒性。Pb對人的胸、腎臟、生殖、心血管等器官和系統產生不良影響,表現為智力下降、腎損傷、不育及高血壓等。Zn,Ni的毒性相對較小,但超過壹定濃度範圍時,會對人體產生不良影響和危害。廢舊電池中的酸、堿解質溶液會影響土壤利水系的pH值,使土壤和水系酸性化或堿性化。電池電解質構成汙染的主要組份是其中的可溶重金屬,特別是鉛蓄電池電解液中大量的硫酸鉛和鎳鎘電池中的氫氧化鎘。電池中的重金屬離子在土壤或水體中溶解並被植物的根系吸收,當牲畜以植物為食料時,體內就積累了重金屬。人類食人含重金屬的糧食、蔬菜和肉類、水,順著這條食物鏈,重金屬就會在人體裏富集。由於重金屬離子在人體裏難以排泄,最終會損害人的神經系統及肝臟功能。
廢電池的回收利用研究
1 廢電池再生利用現狀
國內使用最多的工業電池為鉛蓄電池,鉛占蓄電池總成本50%以上,主要采用火法、濕法冶金工藝以及固相電解還原技術。外殼為塑料,可以再生,基本實現無二次汙染。
小型二次電池目前使用較多的有鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池,鎳鎘電池中的鎘是環保嚴格控制的重金屬元素之壹,鋰離子電池中的有機電解質,鎳鎘、鎳氫電池中的堿和制造電池的輔助材料銅等重金屬,都構成對環境的汙染。小型二次電池目前國內的使用總量只有幾億只,且大多數體積較小,廢電池利用價值較低,加上使用分散,絕大部分作生活垃圾處理,其回收存在著成本和管理方面的問題,再生利用也存在壹定的技術問題。
民用幹電池是目前使用量最大、也是最分散的電池產品,國內年消費80億只。主要有鋅錳和堿性鋅錳兩大系列,還有少量的鋅銀、鋰電池等品種。鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池壹般都使用汞或汞的化合物作緩蝕劑,汞和汞的化合物是劇毒物質。廢電池作為生活垃圾進行焚燒處理時,廢電池中的Hg、Cd、Pb、Zn等重金屬壹部分在高溫下排人大氣,壹部分成為灰渣,產生二次汙染。
2 廢舊幹電池再生利用技術
a.人工分選回收利用技術
壹般是將幹電池分類後,進行簡單的機械剖開,人工分離出鋅皮、塑料蓋、炭棒等,殘存的Mn02、水錳石等混合物送人回磚窯煆燒,制成脫水的Mn02,此法簡單易行,但占用勞動力較多,經濟效益不大。
b. 火法回收利用技術
壹般是將幹電池分類、破碎後,送入回轉窯,在1100~1300攝氏度的的高溫下,鋅及氯化鋅被氧化為氧化鋅隨煙氣排出,用旋風除塵器回收氧化鋅,殘存的二氧化錳及水錳石進入殘渣,再進壹步回收錳等物質,此法簡便易行,壹般的冶煉廠勿需增加設備即可回收鋅。
c. 濕法回收利用技術
根據鋅、二氧化錳可溶於酸的原理,將廢舊幹電池分類、破碎後,置於浸出槽中,加入稀硫酸(100~120g/L)進行浸出,得到硫酸鋅溶液,可用電解法制得金屬鋅,濾渣經洗滌分離出銅帽、炭棒後,剩余物Mn02、水錳石經煆燒後制得Mn02。所用方法有焙燒壹浸出法和直接浸出法。
濕法與火法相比較,具有投資少,成本低,建廠速度快,利潤高、工藝靈活等優勢,但不能保障有害成份完全回收。
3 廢電池回收利用過程中二次汙染的防治
以上的三種回收方法皆簡單易行,但各有不足,存在著二次汙染的問題,通過大量實驗測定,我們得到了防治二次汙染的可行方法。
首先將廢舊幹電池分類,以機械進行剖開後,分離出銅帽、鋅皮,可分別回收利用。剩余的炭包物質經磁選除鐵後,按1:4的固液比用水浸制1小時,取上層清液進行蒸發、結晶,沈澱物的主要成份是Mn02、MnO(OH)、乙炔黑、碳棒等物質,加入回轉窯煉到600攝氏度,產生的煙氣經冷凝後可得凝縮液,定期清洗即可得純汞。同時也防止汞蒸氣汙染環境。在煆燒的過程中,混合物中大量的乙炔黑與碳,將Mn02還原為MnO。其反應過程如下:
2Mn0 2 +C--->2MnO+C0 2
把此煆燒物按固液比1:4加入濃度小於2mol/L硫酸溶液中,在溫度80℃下浸制1小時,發生如下反應:
MnO+H 2 S0 4 --->MnS0 4 +H 2 0
得到硫酸錳鹽溶液,同時,也將引人其他可溶性重金屬硫酸鹽。
所得的鋅皮及銅等金屬可直接重熔利用,氯化銨可以制肥料或提純作為化工試劑,硫酸錳是動、植物生長的激素成份,可用於油漆油墨的吹幹劑和壹些有機合成反應的催化劑,此外也用於造紙、陶瓷、印染和電解錳的生產試劑。表1為鋅錳幹電池可回收物質的成份。
這種回收方法投資較少,采用的設備簡單,易於在中小城市得以實現,從而免除了廢舊電池的運輸問題。
廢電池回收之後的溶液,濃縮並與EDTA反應生成金屬絡合物,可以徹底消除二次汙染。經測定,回收廢電池後的溶液中所含重金屬量符合國家環保標準。若要將這些金屬進行分離,利用其穩定性不同可分級處理。表2為金屬離子與EDTA絡合穩定常數。
4 廢舊電池回收過程中存在的問題及建議
①電池回收後無法處置,壹般都采用堆放。堆放過程中電池有可能泄漏或有毒物質擴散。
②由於電池的種類繁多,假冒產品多,也給電池回收帶來了困難,有的電池是含汞電池,有的是含鎘電池,有的以氯化銨為電解液,而有的則以氯化鋅為電解液,因此建議生產廠家用統壹的標準標識電池的種類及內含的主要成份,以便回收利用。
③加強高性能環保型電池的開發,實現普通民用電池的無汞化。
④回收處理廢電池,國家應從政策上給予扶持。