废旧锌锰干电池的资源化-研究

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1、东南大学硕士学位论文原子能电池等种类，但大量使用的仅有几个系列，目前常用的千电池类型、电极构成及用途见表1．1。表1．1目前常用的干电池的类型、电极结构及用途种类电极构成特点汞使用场所用途锌锰ZnINH'4Cl(ZnCh。H20)；价格低廉阴极锌皮(内照明、收音机、电干电池Mn02IC表面)动玩具、录音机等碱性Zn(Hg)[KOH(ZnO)；放电容量大、放电阴极合剂(锌微型电视、钟表、锌锰电池Mn02IC快、可低温放电汞齐化粉末)照相用闪光灯通常锌锰干电池使用挤压或卷焊成圆筒形锌片作为电池的负极并兼作容器。将二氧化锰与乙炔黑、石墨、固体氯化铵，按一定的比

2、例混合，加适当的电解液压制而成电芯，电芯周围包上绵纸，并在其中心插入炭棒，炭棒再戴上铜帽，即构成电池的正极。用氯化铵、氯化锌的水溶液作电解质，并在其中加入适量的淀粉使其糊化，以达到不流动的目的。锌筒底部放有绝缘垫，上部有纸垫和塑料盖。锌筒外部裹有一张蜡纸或沥青纸，最外部包以纸壳或铁壳商标。以下图1-1为普通锌．锰干电池的结构17】。图l—l普通锌锰干电池的结构图2第一章文献综述1．2．2干电池中的化学反应碱锰干电池以汞齐化的锌粉为负极(阳极)，用专用的高纯度二氧化锰加入石墨作为正极，以氢氧化钾等碱性溶液为电解液。其正极中的Mn02再碱性溶液中的放电分两步

3、进行。第一步电子放电步骤是一个涉及固相传质的均匀反应过程，质子和电子在Mn02晶格中移动使Mn02逐步还原为MnOOH。在这一步的初期，Mn02固相基本晶体结构没发生变化，两只有晶格的膨胀，若在此时停止放电而进行充电，则Mn02具有良好的可逆性。第二步电子放电步骤按“溶解～沉积机理”进行，这是一个不完全可逆的过程。原因是MnOOH放电时有Mn30一生成，而放电产物Mn(OH)2充电时又有一部分氧化成Mn304，生成的Mn304既不能被氧化也不能被还原它在充放过程中积累，一方面消耗了活性材料，另一方面使电池的内阻迅速增大，造成了Mn02电极容量的衰退。其负

4、极放电性在宏观的顺序为：从靠近正极部位逐渐进行到负极集流体附近，这是由于多孔电极各部分放电时计划不同造成的。增大正负极对应面积可以大幅度的提高碱性锌锰电池的放电性能，特别是大电流放电性能。而负极钝化快慢受锌粉粗细的影响。其电池式为：(一)zn(汞齐化)lNaoH或KOH(30％-40％)水溶液+ZnOl+Mn02+石墨C(+)碱锰干电池的电极反应和电池反应为：负极zn+40H"=Zn(OHh2。+2e正极2Mn02+2H20+2e=2MnOOH+20H。电池反应zn+NI--hCI+2Mn02=ZnoqH3hCl2+2MnOOH与碱锰干电池不同的是，酸性

5、锌锰干电池的负极是锌，正极是二氧化锰，电解液是氯化铵或氯化锌的水溶液。其电池式为：(一)ZnIZn+2NI-hCl混合溶液(淀粉糊化)lMn02+c(+)负极zn+2NH4CI=Zn(NH3hCh+2H++2e正极2Mn02+2H++2e=2MBOOH电池反应Zn+NthCI+2MB02=Zn(NH3hCh+2MBOOH在使用过程中，锌电极逐渐消失以致穿漏，正极二氧化锰的活性也逐渐衰弱，最后因干电池不再供电而失效。1．2．3废旧干电池的环境污染问题与回收的必要性[8-10】20世纪中后期到21世纪初期的很长一段时间以来，世界各国在生产干电池时，要加入汞或

6、汞的化合物。我国的碱性干电池中汞含量曾经达l～5％，中性千电池为0．025％，全国每年用于生产干电池的汞就达几十吨之多。汞是电池中对环境危害最大的一种元素，汞和汞的化合物都是有毒的，科学家发现，汞具有明显的神经毒性，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良影响，现在电池已由低汞化向无汞化方向发展。电池产品对环境的危害还表现在酸、碱等电解质溶液和重金属的污染。不同类型的电池污染3东南大学硕士学位论文物也不同。一般来说，电池中的其他主要有害物质还有：zn、Cd、Ni、Pb等重金属及各种电池中的电解液等。主要危害为：Cd易在动植物体内富集，影响动植物的生长，具有很

7、强的毒性：Pb对人的胸、肾脏、生殖系统、心血管等器官和系统产生不良影响，表现为智力下降、肾损伤、不育及高血压等；Zn、Ni的毒性相对较小，但超过一定浓度范围时，会对人体产生不良影响和危害；废旧电池中的酸，碱电解质溶液会影响土壤和水系的PH值，使土壤和水系酸性化或碱性化。废干电池对环境和人体健康的危害与处置方式密切相关。目前有些废干电池被随意丢弃到环境中，有些废干电池混入生活垃圾，随垃圾进入填埋、焚烧、堆肥场地。污染途径主要包括以下几个方面：直接进入环境和混入到生活垃圾。直接丢弃到环境中的废干电池由于长期机械和腐蚀作用，使得电池内部的重金属、酸和碱等泄漏出

8、来，造成土壤和水体污染。另外，有些废干电池收购后只进行简单拆卸，取有用的部分，其