廢舊電池中錳的回收 - 論文

1、大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)論文從廢舊干電池回收錳并制備MnCO32010年05月31日從廢舊干電池回收錳并制備MnCO3【摘要】：以實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的用雙氧水還原法回收廢舊電池中錳的實(shí)驗(yàn)，探究進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的各個(gè)條件，并討論實(shí)驗(yàn)室內(nèi)及工業(yè)上進(jìn)行廢舊電池回收利用的辦法、可行性等問題?！娟P(guān)鍵詞】：廢舊電池 錳回收 雙氧水【前言】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們類在日常生活中使用的電池?cái)?shù)量和種類急劇增加。我國是干電池的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2002年我國電池產(chǎn)量已達(dá)125億只，其中約70是一次性鋅錳干電池，年消耗量約為100億只。1我國每年電池生產(chǎn)要消耗鋅24萬噸、二氧化錳28萬噸、氯化鋅3.3萬鈍、碳棒3.7萬噸、銅5 0

2、00噸以及其他輔助材料。2廢舊電池若不經(jīng)處理隨意丟棄，不僅是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，更會(huì)造成嚴(yán)重的土壤污染及水污染。雖然許多電池現(xiàn)已經(jīng)不含重金屬，但其它金屬，例如錳的大量污染，仍會(huì)對(duì)接觸的人的生命健康造成嚴(yán)重?fù)p害。體內(nèi)錳含量過多，可引起錳中毒，并會(huì)全身倦怠、頭痛、關(guān)節(jié)痛及引發(fā)腦炎，甚至得震顫麻痹綜合癥。3 廢電池的成分主要有:汞、鎘、鉛、鎳、鋅、銅等重金屬，這些重金屬對(duì)人體都是及其有危害的。 因而，為了節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，我們必須在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)良好的廢舊電池回收處理和再利用的方法。但我國目前廢電池處理技術(shù)還很低，技術(shù)投資仍需加大，不斷加強(qiáng)解決廢電池處理過程中出現(xiàn)的種種難題的能力?，F(xiàn)在，處理廢電池的方法

3、比較有用的主要有熱處理，濕處理和真空處理，它們都能比較有效的回收利用廢電池中的寶貴資源。而我國目前一般用填埋焚燒等方式處理廢電池，這些方法不僅不能回收廢電池中的寶貴資源，還會(huì)造成環(huán)境污染，不值得去提倡。而在國際上，工業(yè)回收方法大致有固化深埋、存放于廢礦井、回收利用這三類。筆者擬通過在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行錳回收實(shí)驗(yàn)對(duì)以上問題進(jìn)行初步研究。通過用雙氧水還原電池中的高價(jià)錳為二價(jià)錳，并以碳酸錳沉淀的形式回收錳，探討實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的條件，以及廢舊電池的回收在各方面進(jìn)行的可行性。1、實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果1.1、主要的儀器（或工具）與試劑（或原料）儀器及其它物品：錘子，剪刀，蒸發(fā)皿，坩堝鉗，煤氣燈，三角架，泥三角，石棉網(wǎng)，

4、電子秤，100mL、250mL、400mL燒杯，10mL、100mL量筒，滴管，玻棒，pH試紙，表面皿，布氏漏斗，吸濾瓶，減壓抽濾水泵，電子天平，滴定管，小試管。試劑與原料：松下9V碳性電池一節(jié)，濃硫酸，30%H2O2溶液，濃氨水，活性炭，碳酸氫銨固體，6mol/L鹽酸溶液，3%過氧化氫溶液，10%鹽酸氫胺溶液，0.05mol/L 的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液，氨氯化氨溶液（PH=10），5%鉻黑T指示劑，KSCN溶液。所有試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。1.2 實(shí)驗(yàn)流程稱5g粉末，加硫酸，加雙氧水，加熱溶液。加熱，再過濾。粉末強(qiáng)熱，冷卻。加水溶解，過濾后酸浸。拆開電池，取粉末，稱質(zhì)量。配碳酸氫銨飽和

5、溶液，加到濾液中，直到不產(chǎn)生沉淀為止冷卻過濾，加氨水調(diào)節(jié)PH56，以除去Fe，加少量活性炭，過濾。取適量濾液，加幾滴硫酸，幾滴KSCN，檢驗(yàn)Fe 是否除盡。過濾，洗滌沉淀，烘干，稱量。用配位滴定法分析Mn2+的含量。 1.3實(shí)驗(yàn)步驟一、廢電池的預(yù)處理（1）將電池剖切，取出其中的黑色粉末，稱量質(zhì)量，至于250ml燒杯中，加100ml水?dāng)嚢枞芙猓ㄒ猿OH,NH4Cl等）。過濾，得到黑色粉末，并水洗，加硫酸酸浸，調(diào)節(jié)PH=2（以除去鐵，鋅等雜質(zhì)）。加熱20分鐘左右，冷卻后抽干，再水洗，得到黑色粉末。（2）將得到的黑色粉末，置于蒸發(fā)皿內(nèi)。用煤氣燈強(qiáng)熱樣品，并不斷用玻棒攪動(dòng)，直到無紅點(diǎn)出現(xiàn)為止。后冷

6、卻，得到粉末。二、碳酸錳的合成（1）稱取5.0g所得的粉末置于250mL燒杯中，向燒杯中加入適量硫酸溶液，使溶液呈酸性，邊攪拌邊滴加30%雙氧水溶液進(jìn)行反應(yīng)。待反應(yīng)稍緩和后，小火加熱至樣品溶解。繼續(xù)加熱使過量的雙氧水分解，冷卻，過濾。(2） 除鐵：向得到的濾液中加入1：1氨水，調(diào)節(jié)PH為56，得到氫氧化鐵沉淀，加少量活性碳，過濾。 （3）檢測(cè)鐵：取少量濾液，向其中加入幾滴硫酸，幾滴KSCN，觀察有無血紅色出現(xiàn)。若出現(xiàn)血紅色，則重復(fù)第二步；否則進(jìn)行下一步。 （4）稱取4.54克碳酸氫銨，水浴加熱使其溶解，配成飽和溶液，而后緩慢加到上面得到的濾液中，使反應(yīng)充分進(jìn)行，直至不再產(chǎn)生白色沉淀為止。 （5

7、）抽濾，用蒸餾水洗滌沉淀2次。盡可能抽干后，轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿內(nèi)，水浴加熱烘干，冷卻，稱量。三、二價(jià)錳含量分析稱取0.18克樣品，稱準(zhǔn)至0.0002克。加20毫升水，加6M鹽酸溶液，水浴加熱至樣品溶解。必要時(shí)加12滴過氧化氫溶液至暗色褪去，再加100毫升水，2毫升10%鹽酸羥胺溶液，用0.05M EDTA標(biāo)準(zhǔn)液滴定，近終點(diǎn)時(shí)，加10毫升氨氯化銨溶液（PH10），5滴5%鉻黑T指示劑。繼續(xù)滴定溶液由紫紅色變?yōu)殁g蘭色。反應(yīng)式：Mn2+H2Y2- = MnY2-+2H+Mn%按下式計(jì)算：式中：VEDTA的體積 CEDTA的濃度 G樣品質(zhì)量克 0.05494每毫摩爾Mn之克數(shù)1.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄

8、一、過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄：灼燒前固體質(zhì)量/g13.62灼燒后固體質(zhì)量/g10.21制備實(shí)驗(yàn)稱取樣品/g5.01最后產(chǎn)量/g4.31二、二價(jià)錳含量的分析結(jié)果記錄：EDTA溶液濃度mol/L0.05138序號(hào)12試樣質(zhì)量/g0.18850.1854初體積/mL0.000.00終體積/mL28.3027.81EDTA溶液體積/mL28.3027.81(Mn)42.38%42.34%Mn含量平均值42.36%相對(duì)相差9.44310-4產(chǎn)品中MnCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)88.61%1.5 成本核算對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的原料與產(chǎn)物進(jìn)行成本核算，表格如下：藥品名稱規(guī)格重量?jī)r(jià)格（元）用量成本（元）碳酸氫銨CP500g15.00

9、4.54g0.14H2SO4CP500mL6.004.8mL0.058NH3H2OCP500mL5.003mL0.03雙氧水AR500g8.008ml0.13MnCO3AR500g30.00產(chǎn)量4.31g0.26成本總計(jì)：0.14+0.058+0.03+0.13+0.26=0.618元產(chǎn)品收益：0.26元/4.31g每500克產(chǎn)品將虧損 41.53 元。2、 實(shí)驗(yàn)討論2.1 反應(yīng)條件的控制對(duì)比實(shí)驗(yàn)室其他同學(xué)的結(jié)果，分析可知，在合成碳酸錳的過程中Fe很容易未被除盡，而導(dǎo)致后續(xù)加碳酸鹽產(chǎn)生雜質(zhì)沉淀，得到的碳酸錳沉淀較少(產(chǎn)量下降)或者不純。所以在除鐵時(shí)，控制溶液的酸堿性顯得極其重要。 2.2 對(duì)產(chǎn)

10、率、純度的討論本實(shí)驗(yàn)由于在操作上面的失誤（除鐵未除盡），導(dǎo)致產(chǎn)率較其他同學(xué)（也用雙氧水法）低，純度也比較低。但從整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果看，用雙氧水法制得的碳酸錳產(chǎn)率較高，而且純度也比較高。 2.3 對(duì)成本的討論使用硫酸的成本比用硝酸要略低，綜合考慮，以硫酸為宜。使用H2O2比其他還原劑的成本要低，產(chǎn)品質(zhì)量要高，說明其有較高的可行性。使用NH4HCO3作為沉淀劑可以防止溶液pH過高，導(dǎo)致MnCO3被氧化，或者生成Mn(OH)2等，實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)使用Na2CO3或NaHCO3等作為沉淀劑并不會(huì)導(dǎo)致pH過高，而可以有效地降低成本。 2.4 能源消耗及環(huán)境污染使用 H2O2可以有效地減少對(duì)能源的消耗，因?yàn)槠?/p>

11、還原反應(yīng)只需在常溫下即可進(jìn)行，而草酸法，鹽酸法等則需在加熱條件下才能使反應(yīng)進(jìn)行的更完全。而過氧化氫法，草酸法對(duì)環(huán)境的污染要遠(yuǎn)比鹽酸法小得多，可以省去尾氣吸收裝置，且對(duì)設(shè)備的損耗也要小得多。 2.5 存在的問題由于灼燒時(shí)使部分高價(jià)錳已經(jīng)還原成Mn(II)，導(dǎo)致H2O2,HNO3都有不同程度的過量，導(dǎo)致了試劑的浪費(fèi)，使成本上升。產(chǎn)品的純度與純MnCO3仍有差距，需要進(jìn)一步提高。 3、結(jié)語采用人工分選和濕法相結(jié)合的濕法回收技術(shù)，回收廢舊鋅錳電池的有用成份，在硫酸介質(zhì)中使用30%過氧化氫為還原劑，飽和碳酸氫銨為沉淀劑，制得了較純的碳酸錳，錳回收率也較高。方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備要求不高，回收效率較高。實(shí)驗(yàn)

12、結(jié)果表明，廢舊電池中錳含量很高，隨意丟棄電池而造成的巨大的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)是顯而易見的。為了減少廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害，加強(qiáng)廢舊電池處理的研究，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源再生具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。廢舊電池的回收是一項(xiàng)巨大的工程，目前回收的成本還是較高，無法直接轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)，仍有很多需要改進(jìn)的地方。對(duì)比于產(chǎn)品的價(jià)格可以看出，此法虧損較嚴(yán)重。這還是在未記入一些試劑成本及用電、用水以及煤氣成本的情況下。另外，從上面表中的數(shù)據(jù)上看，沉淀劑碳酸氫銨的價(jià)格也比較貴，但該沉淀劑是工業(yè)上制備碳酸錳尤其是有特殊性質(zhì)的碳酸錳的廣泛使用的沉淀劑4。而工業(yè)上常用的處理方法是酸浸法和炭還原法56。4、參考文獻(xiàn)1 李月紅，王曉，趙聯(lián)朝，黃來旺由廢舊鋅錳電池回收氯化錳和鋅的一種工藝河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004年10月第25卷第5期：93952 陳為亮，戴永華廢舊電池的綜合回收與利用再生資源研究，1999，(1)：30353 蔣玉萍，張建強(qiáng)，李杏蘭，劉斌，孫海燕廢舊鋅錳干電池回收利用的探討中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊，V