废旧手机电池资源综合利用现状

2009-08-25程家蓉潘伦陈先玉许新

消费导刊 2009年14期

程家蓉　潘　伦　陈先玉　许　新

[摘要]随着手机的普及,废旧手机电池已成为电子垃圾的一个特殊种类,目前手机电池主要有Cd-Ni,MH-Ni和锂离子三种电池,Cd-Ni电池其主要污染物是Ni、Cd 和KOH,镍氢电池其主要污染物是Cd、Cu 和KOH,锂离子电池其主要污染物是Co 、Mn和有机电解质。由此带来的环境污染和资源浪费问题也日益突出。

[关键词]废旧手机电池现状 Cd-Ni电池 MH-Ni电池锂离子电池

作者简介:程家蓉(1975-),女,重庆市沙坪坝,讲师,研究生研究环境化学,单位:重庆医药高等专科学校。

一、废旧手机电池的危害

废旧手机电池对环境和人体健康造成的危害主要来自于其中含有的酸、碱等电解质溶液和重金属。目前我国废旧手机电池主要是与生活垃圾一起采用填埋、焚烧、堆肥等方法进行处理,而废电池若随生活垃圾共同处理将会给环境和人类带来极大的潜在危害。

当废旧电池被丢弃在自然界或者是与生活垃圾混在一起填埋堆放时,外层金属被腐蚀后内部的重金属和酸碱等泄露出来,进入土壤或水体,然后通过各种途径进入人的食物链。废旧电池对人体健康的危害主要表现在其所含的少量重金属元素,进入土壤的重金属的迁移过程为:重金属→土壤→微生物→农作物→食物→人体神经系统→沉积发病。表1 简要说明了废电池中主要重金属对人体健康的危害。

二、废旧手机电池的回收现状

(一)国外废旧手机电池的回收现状

目前,一些发达国家在废旧手机电池回收方面有着非常完善的体系。通过制定严格的法律、对消费者征税等措施来保证废旧手机电池的回收。丹麦是欧洲最早对废旧电池进行循环利用的国家,从1996年丹麦就开始回收镉镍电池,其具体做法是:电池按销售单价0.9美元/只电池的回收费用售出,从回收费中按17.6美元/千克支付给电池回收者。1997年镉镍电池的回收率就已达到了95%。日本回收处理废弃电池一直走在世界前列,早在1993年就开始回收电池。其中二次电池的回收率也已达84 %。采用的方法是在各大商场和公共场所放置回收箱,依靠电池生产企业的赞助实施回收。目前回收的废电池93 %由社团募集方的垃圾清扫公司从事电池回收业务。美国是废旧电池管理方面立法最多最细的国家, 并建立了完善的回收体系, 拥有多家废旧电池回收公司,其中著名的当推RBRC公司。该公司是美国规模最大的电池回收公司, 是一家非盈利性的民间环保机构, 得到了200多家镍镉电池生产商的赞助。一方面它在美国和加拿大设立大量的回收点, 回收用过的镍镉电池。该公司还设计制作了专门的电池回收箱和带拉链的塑料回收袋, 分发给各地的电池回收商和社区的垃圾回收站。另一方面, 加大对中小学生的教育, 培养他们的环保意识。为此, 该公司特地制作了一套有关电池的科普材料和录像带, 免费赠给中小学校, 供上科技常识课时用。

(二)国内废旧手机电池的回收现状

而目前,在我国对于废旧手机电池的回收没有制定具体的政策和法规,我国至今还没有建立一套完整的废电池回收体系。对于任何种类的废电池都没有按照危险废物来管理,绝大部分废旧手机电池被当作普通生活垃圾来处理。其次,居民们对废旧电池危害认识不足,没有形成普遍的自觉收集、自觉上交的意识,废旧手机电池回收率低。

随着人们环保意识的进一步加强,废旧电池的无害化处理和资源化利用逐渐得到重视,目前废电池的回收网络基本上是某些单位、个人自发建成的,回收工作也仅限于在部分城市开展,如北京、上海、杭州和深圳等地。这些城市均加强了废电池的收集管理,并出台了一系列环保法规,其废电池回收途径基本形成,但回收上来的废旧电池不及已销售电池的十分之一。除了回收数量难以保证之外,废旧电池回收后还存在难处理的问题。由于缺乏合理的后续处理和处置措施,收集到的废电池只能由有关部门简单堆存起来,或者重新混入生活垃圾中进行填埋处理,不仅不能解决其潜在的环境污染问题,还增加了城市生活垃圾的处理和处置难度,因此急需相关的处理政策和处理技术来解决废旧电池污染问题。

三、废旧手机电池的处理技术现状

(一)Cd - Ni电池的回收处理技术

这几年淘汰的Cd - Ni电池数量巨大。废镍-镉电池有多方面的用途,回收涉及面很广, Cd - Ni电池回收工处理艺主要有火法冶金回收和湿法冶金回收两种。但应用较广泛的是湿法回收。湿法回收工艺如下:

火法冶金回收工艺是利用各种金属的沸点不同,将废电池温度升高到900℃ ～ 1000℃,镉开始挥发,镍留下来,最后产品为Fe - Ni合金,它可以作为不锈钢原料。此工艺只能粗略地将镉回收,工艺简单,但能耗太大,如回收不当还会造成环境污染。

(二)MH-Ni电池的回收处理技术

因为AB2和AB5合金成为电动汽车应用中最好的选材之后,一直都在研究,所以这方面的技术也相对比较成熟。

1.AB2型MH - Ni 电池的回收

AB2型MH - Ni 电池由于含有的元素比较多,宜采用直接法回收金属。此法是将废电池加入硝酸中浸出,浸出的渣再放入盐酸中进行第二段浸出,硝酸浸出液进行溶液萃取和碳酸盐沉淀以除去铁和痕量的金属,之后再回收草酸镍和草酸钴。盐酸浸出液用DLEHPA 萃取,萃取之后萃余液用碳酸钾使铁沉淀,之后回收草酸镍和草酸钴,两种流液的最终溶液可以通过其他工艺回收铁和镉。

2.AB5型MH - Ni 电池的回收

AB5型MH - Ni 电池的材料为多组分金属间化合物,主要是典型化合物LaNi5。而且稀土与其它元素在盐酸系统中能达到最佳效果,所以AB5浸出液选用盐酸。用盐酸浸出液除去稀土磷酸盐之后,用溶剂萃取法,沉淀法或两者结合的方法回收剩下的镍和钴。

(三)锂离子电池的回收处理技术

钴是一种稀有的贵重金属,在锂离子电池中的含量相对较高,因此对废旧锂离子电池,主要是回收其中的钴等金属。近年来,我国在废旧锂离子电池回收浸出处理技术方面的研究,也取得了一些进展,目前废旧锂离子电池的回收技术可归为三类: (1)浸出回收技术;(2)煅烧与浸出相结合的回收技术;(3)其它的回收方法。

1.浸出回收技术

主要包括电池破碎或剥离、酸(盐酸、硝酸及硫酸等) 浸出和分离

(沉淀、络合及萃取等方法) 等过程。操作条件温和,浸出温度一般低于80 ℃,但浸出液成分复杂,分离步骤较多。其主要的工艺流程如图1所示。

2.煅烧与浸出相结合的回收技术

主要包括破碎(或剥离) 、焚烧、热处理和浸出分离等过程,特点是工艺相对简单,但该方法的热处理能耗较高,电解液和电极中其他成分通过燃烧转变为二氧化碳等气体及其他有害成分(如五氧化二磷等) ,会造成二次污染。Sony 公司采用的工艺有所改进,先在较高的温度下焚烧废旧锂离子电池,再用湿法回收钴,燃烧产物随烟气排放。废旧锂离子电池回收技术存在成本高、废液废气二次污染、电解质回收和资源回收率不高等问题,应向降低成本、无二次污染和资源回收率高的方向发展。

3.其它的回收方法

(1)直接回收钴酸锂

用特定的有机溶剂使锂电池正极材料中的钴酸锂从铝箔上溶解下来, 直接分离钴酸锂和铝箔, 铝箔经清洗直接回收, 所用的有机溶剂通过蒸馏方法脱除粘结剂, 实现循环使用。从正极上分离下来的正极活性材料在高温下去除极片中的聚偏氟乙烯( PVDF) 和碳粉等杂质, 直接回收钴酸锂。

(2)电化学还原法

用电化学还原法使LiCoO2和碳粉分离。由于LiCoO2中的Co3+被还原为Co2+, 使得锂从LiCoO2中释放出来, 嵌入在碳粉中的锂也得以释放。钴和锂分别以固体CoO和LiOH 溶液的形式分离出来, 可作为制备新电极材料使用。

(3)电解质的回收

童东革、赖琼钰等提出采用碳酸丙烯脂( PC) 回收电解质: 在液氮的保护下, 将废电池切开, 取出活性物质, 将活性物质置于碳酸丙烯脂等电解质溶剂中浸泡一段时间, 浸出电解质。回收的电解质根据情况进行净化, 回收LiPF6。

到目前为止,国内对废旧电池还没有完善的回收处理措施,在相关技术上的研究也刚刚起步,仅停留在实验室阶段,与发达国家相比差距较大。因此,当务之急是该研究工作应向实用化方向发展,尽快开发出安全、有效、经济的废电池处理技术。

参考文献

[1]李健,赵乾,崔宏祥。废旧手机锂离子电池回收利用效益分析中国资源综合利用

[2]魏建宏,罗琳,敖小魁,岳文杰。废旧手机电池的回收利用农业环境科学学报

[3]刘宇明,废旧手机电池的回收与利用,环境保护2001.2