废电池的分解及其二次利用

李紫祎

摘要：本实验以锌锰废旧电池为研究实例，利用高中化学知识，对其中的锌、锰以及氯化铵进行了分离、提纯，实验结果表明：最佳的双氧水与硝酸的浓度比为1.5，最佳浓硫酸浓度为2 mol/L。

关键词：锌锰废旧电池；氯化铵；分离；提纯

在人类的日常生活中，电池是必不可少的生活品，每年全世界电池的消耗量是非常巨大的，它在给人类生活带来方便的同时，也会给我们的环境、甚至身体健康带来危害，因为电池在电量耗尽后，往往被人们遗弃，而电量耗尽的废电池对水、土壤都有很大的危害。因此，如何解决废旧电池对环境的污染成为目前急需解决的问题。2004年，唐志华[1]课题组提出利用废旧电池中所含有的微量元素来制备化肥，在减少废旧电池对环境污染的基础上，将肥料应用在农业生产中，但是他们所采用的方法，对废旧电池中的锌、锰等元素的回收率较低，扔掉的废弃物对环境依然存在危害[2]。

本文以日常所用的锌锰干电池为研究对象，旨在将内部的锌、锰以及少量的硫酸铵最大限度的回收，将锌制备成硫酸锌、锰制备成二氧化锰，而回收的氯化铵应用到农业肥料中。

1 实验部分

1.1 实验试剂及设备

氢氧化钠（天津大茂试剂有限公司）；碳酸钠（天津大茂试剂有限公司）；无水乙醇（上海国药集团试剂有限公司）；硝酸（上海国药集团试剂有限公司）；硫酸（贝斯特试剂有限公司）；硝酸（阿拉丁试剂有限公司）；双氧水（阿拉丁试剂有限公司）；千分位电子天平（RS232C，南京肯凡电子科技有限公司）；恒温水浴锅（HHS2A，金坛市成辉仪器厂）

1.2 实验步骤

（1）处理废旧干电池。

将废旧干电池的外包装去掉，将电池冒取出，在电池冒下方会出现沥青层，为了实验的准确性，要将沥青层刮除干净，然后取出碳棒，用去离子水以及无水乙醇将其处理干净，可以继续充当电极。

（2）电池中黑色物质的提取。利用剪刀之类的利器去掉废电池外壳之后，会看见里面存在大量的黑色物质，这些黑色物质就是氯化铵、氯化锌以及二氧化锰的混合物。将黑色物质放入烧杯中，加入去离子水，搅拌均匀，澄清后进行过滤处理，滤液就可以用来提取氯化铵，而过滤后的滤渣则可以制备出二氧化锰，我们之前所看到的外壳就是锌壳，可以用来制备硫酸锌。

1.3实验原理

（1）氯化铵的提取。

将1.2（2）中的得到的滤液放入烧杯中97oC加热，当滤液中出现晶体时停止加热，改用40oC继续加热搅拌，等到滤液快蒸发至干时，停止加热，冷卻后得到的就是氯化铵固体。实际上该固体中含有少量的氯化锌，要想得到纯氯化铵，就需要利用两者在水中的溶解度不同，将两者分离，由于实验条件有限，本实验没有对两者进行分离。

（2）二氧化锰的提取以及精炼。

将滤渣放入氧化铝坩埚中，置于电炉上烘烤煅烧，煅烧时间为2 h左右，直至粉末呈现出红色状态，停止加热，冷去后得到的棕黑色粉末就是粗制的二氧化锰。将粗制的二氧化锰溶于双氧水与硝酸的混合物中，来对二氧化锰进行精制，反应方程式如下所示：

MnO2+H2O2+2HNO3=Mn（NO3）2+O2↑+2H2O（1）

第一步我们得到了硝酸锰，然后硝酸锰在高温下与碳酸钠反应生成碳酸锰，而碳酸锰暴露在空气中就会被氧化成二氧化锰，反应方程式如下：

Mn（NO3）2+Na2CO3=MnCO3↓+2NaNO3（2）

2MnCO3+O2=2MnO2+2CO2↑（3）

（3）锌单质的提取以及锌盐的制备。

将电池外壳溶于2 mol/L的硫酸中，溶解1.5 h，将没被溶解的电池外壳去除洗净，然后放入氧化铝坩埚中，置于电炉上融化，溶化后会出现许多渣滓，将其去除，剩余物冷却后就是单质锌。硫酸盐的制备相对容易，直接将锌单质溶于硫酸中生成硫酸锌，反应方程式如下式所示：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（4）

2 实验结果与分析

图1反应了双氧水与硝酸浓度比对锰回收率的影响，从图中可知，当两者浓度比较小时，锰的回收率较低，说明双氧水的浓度对锰回收率有着至关重要的影响，当两者浓度比逐渐变大时，锰的回收率逐渐增加，当两者浓度比为1.5时，锰的回收率最大，达到了90%，然而当双氧水与硝酸的浓度比继续增大到2.5、甚至3时，锰的回收率反而大幅度下降，这可能是由于双氧水的浓度过大，会在二氧化锰的精制过程的第一步（如公式1）消耗过多的锰粗制二氧化锰所致，所以本实验最佳的双氧水与硝酸的浓度比为1.5。

图2为硫酸浓度对锌回收率影响的关系图谱，从图中可知，随着浓硫酸浓度的增加，锌的回收率再不断增加，当浓硫酸浓度为0.5 mol/L时，锌的回收率仅为50%多，而当浓硫酸浓度增加到2.0 mol/L时，锌的回收率接近90%，而当浓硫酸浓度继续增加，锌的回收率增加不明显，所以本实验最佳浓硫酸浓度为2 mol/L。

3 结论

本实验以锌锰废电池为例，研究了锌、锰以及氯化铵的回收利用，从实验过程我们可以看出，利用高中所学化学知识，完全可以实现对废旧电池的回收利用。实验结果表明，最佳的双氧水与硝酸的浓度比为1.5，最佳浓硫酸浓度为2 mol/L。

参考文献：

[1]唐志华，付汉清，李星彩.废旧电池中的重金属对人体的危害[J].广东微量元素科学，2004，11（2）：1417.

[2]马子川，谢亚勃，张雪荣.二氧化锰分析方法的改进[J].河南师范大学学报：自然科学版，2001，25（1）：8486.