CN100359734C - 废旧碱性锌锰电池的回收利用方法 - Google Patents

废旧碱性锌锰电池的回收利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，包括下述工艺步骤：(1)分离提取废旧碱锰电池正负极物质；(2)室温碱液浸取；(3)分离锌酸盐；(4)电解制锌；(5)制备锰酸钾；(6)电解制取高锰酸钾。本发明工艺简单、成本低，几乎不产生二次污染，可解决废旧碱锰电池的环境污染和矿物资源过度开发的问题，有利于社会的可持续发展。

Description

废旧碱性锌锰电池的回收利用方法
技术领域
本发明涉及环境保护和资源再生应用领域，特别涉及一种废旧碱性锌锰电池的回收利用方法。
背景技术
我国是碱性锌锰电池的生产和消费大国。由于碱性锌锰电池的低自放电率、高容量、高功率的特性，更由于国家制定了电池生产低汞和无汞化政策以后，从2005年1月1日起，国内生产的碱性锌锰电池已经达到完全无汞化，碱性锌锰电池的生产和消费占据一次电池的主导地位。碱性锌锰电池大量生产和使用，对社会带来诸多问题。其中环境污染和矿物资源过度开发对社会的可持续发展是最严重的威胁。回收和再生碱性锌锰电池就显得意义重大和迫切。废旧电池的回收已有广泛的研究，已提出的方法主要是将废旧电池彻底破碎，经锻烧、酸浸出等工艺，再从浸出液中回收金属或化合物等。显然，这种方法工艺复杂、成本高，回收再生成本甚至超过电池生产成本，而且回收过程存在二次污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种工艺简单、操作方便、成本低，二次污染少的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，包括下述工艺步骤：
(1)分离提取废旧碱锰电池正负极物质：首先用机械方法取出负极集流体铜钉和塑料垫圈及铁防爆圈，并使其分开回收；然后剖开电池外壳，使铁壳与正负极物质分离并回收。
(2)室温碱液浸取：室温下将步骤(1)中已分离的正负极物质放入碱液中浸泡，搅拌1～2小时，搅拌使正负极物质分散(正负极物质中的锌化合物溶解成为锌酸盐)，分离并回收隔膜。
(3)分离锌酸盐：将上述步骤(2)中浸泡后的混合物进行过滤。
(4)电解制锌：把步骤(3)中过滤得到的滤液调整为电解液，在20～50℃进行电解，阴极电流密度为100～500A/m2，在阴极制得金属锌。
(5)制备锰酸钾：把氢氧化钾和水加到步骤(3)过滤得到的滤渣中，通入空气并加热2～3小时，温度控制在200～300℃，加热过程中保持与空气接触，使滤渣中的锰化合物变成锰酸钾；待混合物冷却至接近100℃时加入10～20％的氢氧化钾进行稀释，搅拌使锰酸钾完全溶解，过滤并分离出不溶物。
(6)电解制取高锰酸钾：将步骤(5)中过滤得到的滤液调节为电解液，温度为50～70℃电解，阳极电流密度为60～100A/m2，在阳极制得高锰酸钾。
为了更好地实现本发明，步骤(2)中所述的正负极物质与碱和水按下述重量百分比配制而成：
正负极物质   10～20％
碱           10～20％
水           60～80％
步骤(4)中电解液由下列物质按重量百分比计如下：
锌酸盐       5～10％
碱           10～15％
水           75～85％
步骤(5)中氢氧化钾、滤渣和水的比例按下述重量百分比计如下：
氢氧化钾     70～75％
滤渣         15～20％
水           5～15％
步骤(6)中电解液由下列物质按重量百分比计如下：
锰酸钾       10～20％
氢氧化钾     5～15％
水           65～85％
所述碱可以选用氢氧化钠、氢氧化钾等。步骤(4)中阴极为锌片，阳极包括石墨、铁板、不锈钢板或镀镍铁板等，电解后的溶液可返回步骤(2)中循环使用。步骤(6)中阴极为铁，阳极为镍，阴阳极面积比例即阴极面积∶阳极面积为1∶10～150，电解分离高锰酸钾结晶后的溶液可返回步骤(5)中循环使用。电解产生一定量的高锰酸钾(即当锰酸钾的10％被电解后)，就要把高锰酸钾结晶分离出来。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：本发明工艺简单，操作方便，生产成本低，整个回收和利用过程中添加的化学物质少，几乎不产生二次污染，废旧碱锰电池的所有物质几乎都能回收利用，生产的新材料所创造的价值远大于回收和生产成本，经济效益好，可解决废旧碱锰电池的环境污染和矿物资源过度开发的问题，有利于社会的可持续发展。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
步骤 实施例1 实施例2 实施例3
(1)分离提取废旧碱锰电池正负极物质 首先用机械方法取出负极集流体铜钉和塑料垫圈及铁防爆圈，并使其分开回收；接着剖开电池外壳，使铁壳与正负极物质分离并回收。正负极物质用于步骤(2)中的碱液浸出。 首先用机械方法取出负极集流体铜钉和塑料垫圈及铁防爆圈，并使其分开回收；接着剖开电池外壳，使铁壳与正负极物质分离并回收。正负极物质用于步骤(2)中的碱液浸出。 首先用机械方法取出负极集流体铜钉和塑料垫圈及铁防爆圈，并使其分开回收；接着剖开电池外壳，使铁壳与正负极物质分离并回收。正负极物质用于步骤(2)中的碱液浸出。
(2)室温碱液浸取 室温下将步骤(1)中已分离的正负极物质放入氢氧化钠中浸泡1小时，搅拌使正负极物质分散(正负极物质中的锌化合物溶解成为锌酸盐)，分离并回收隔膜。正负极物质     10％氢氧化钠       10％水             80％浸泡搅拌时间：1小时上述物质按重量百分比计。 室温下将步骤(1)中已分离的正负极物质放入氢氧化钾中浸泡1.5小时，搅拌使正负极物质分散(正负极物质中的锌化合物溶解成为锌酸盐)，分离并回收隔膜。正负极物质       15％氢氧化钾         15％水               70％浸泡搅拌时间：1.5小时上述物质按重量百分比计。 室温下将步骤(1)中已分离的正负极物质放入氢氧化钾中浸泡2小时，搅拌使正负极物质分散(正负极物质中的锌化合物溶解成为锌酸盐)，分离并回收隔膜。正负极物质     20％氢氧化钾       20％水             60％浸泡搅拌时间：2小时上述物质按重量百分比计。
(3)分离锌酸盐 将上述步骤(2)中浸泡溶解后的混合物过滤，滤液用于电解制锌，滤渣用于制锰酸钾。 将上述步骤(2)中浸泡溶解后的混合物过滤，滤液用于电解制锌，滤渣用于制锰酸钾。 将上述步骤(2)中浸泡溶解后的混合物过滤，滤液用于电解制锌，滤渣用于制锰酸钾。
(4)电解制锌 将步骤(3)中的滤液调整为电解液电解，阴极可得到金属锌。电解条件(电解液按重量百分比计)如下：锌酸盐         5％氢氧化钠       10％水             85％温度：         20℃阴极：         锌片阳极：         石墨阴极电流密度：100A/m<sup>2</sup>电解后的溶液可返 将步骤(3)中的滤液调整为电解液电解，阴极可得到金属锌。电解条件(电解液按重量百分比计)如下：锌酸盐           8％氢氧化钾         12％水               80％温度：           30℃阴极：           锌片阳极：           铁板阴极电流密度：200A/m<sup>2</sup>电解后的溶液可返 将步骤(3)中的滤液调整为电解液电解，阴极可得到金属锌。电解条件(电解液按重量百分比计)如下：锌酸盐           10％氢氧化钾         15％水               75％温度：           50℃阴极：           锌片阳极：       不锈钢板阴极电流密度：500A/m<sup>2</sup>电解后的溶液可返
回步骤(2)中循环使用。 回步骤(2)中循环使用。 回步骤(2)中循环使用。
(5)制取锰酸钾 滤渣、氢氧化钾和水的比例如下(重量百分比)：氢氧化钾     70％滤渣         15％水           15％与空气接触并加热2小时，温度控制在300℃，使滤渣中的锰化合物变成锰酸钾。接近100℃时加入10％的氢氧化钾溶液，搅拌使锰酸钾溶解，滤去不溶物，滤液用于制取高锰酸钾。 滤渣、氢氧化钾和水的比例如下(重量百分比)：氢氧化钾     72％滤渣         18％水           10％与空气接触并加热3小时，温度控制在200℃，使滤渣中的锰化合物变成锰酸钾。接近100℃时加入15％的氢氧化钾溶液，搅拌使锰酸钾溶解，滤去不溶物，滤液用于制取高锰酸钾。 滤渣、氢氧化钾和水的比例如下(重量百分比)：氢氧化钾    75％滤渣        20％水           5％与空气接触并加热2.5小时，温度控制在250℃，使滤渣中的锰化合物变成锰酸钾。接近100℃时加入20％的氢氧化钾溶液，搅拌使锰酸钾溶解，滤去不溶物，滤液用于制取高锰酸钾。
(6)电解制取高锰酸钾 按下列条件调节(5)中滤液的浓度并电解，阳极产生高锰酸钾。电解条件(电解液按重量百分比计)如下：锰酸钾           10％氢氧化钾         5％水               85％温度：           70℃阴极：            铁阳极：            镍阴阳极面积比例(阴极面积∶阳极面积)：1∶10阳极电流密度：100A/m<sup>2</sup>电解分离高锰酸钾 按下列条件调节(5)中滤液的浓度并电解，阳极产生高锰酸钾。电解条件(电解液按重量百分比计)如下：锰酸钾            15％氢氧化钾          10％水                75％温度：            60℃阴极：             铁阳极：             镍阴阳极面积比例(阴极面积∶阳极面积)：1∶100阳极电流密度：80A/m<sup>2</sup>电解分离高锰酸钾 按下列条件调节(5)中滤液的浓度并电解，阳极产生高锰酸钾。电解条件(电解液按重量百分比计)如下：锰酸钾          20％氢氧化钾        15％水              65％温度：          50℃阴极：           铁阳极：           镍阴阳极面积比例(阴极面积∶阳极面积)：1∶150阳极电流密度：60A/m<sup>2</sup>电解分离高锰酸钾
结晶后的溶液可返回步骤(5)中循环使用。电解产生一定量的高锰酸钾(即当锰酸钾的10％被电解后)，就要把高锰酸钾结晶分离出来。 结晶后的溶液可返回步骤(5)中循环使用。电解产生一定量的高锰酸钾(即当锰酸钾的10％被电解后)，就要把高锰酸钾结晶分离出来。 结晶后的溶液可返回步骤(5)中循环使用。电解产生一定量的高锰酸钾(即当锰酸钾的10％被电解后)，就要把高锰酸钾结晶分离出来。
实施例4
将实施例3中步骤(4)电解制锌中阳极不锈钢板改为镀镍铁板，其他条件不变。
如上所述，可较好地实现本发明。

Claims (9)

1、一种废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于包括下述工艺步骤：
(1)分离提取废旧碱锰电池正负极物质：首先用机械方法取出负极集流体铜钉和塑料垫圈及铁防爆圈，并使其分开回收；然后剖开电池外壳，使铁壳与正负极物质分离并回收；
(2)室温碱液浸取：室温下将步骤(1)中已分离的正负极物质放入碱液中浸泡，搅拌1～2小时，搅拌使正负极物质分散，分离并回收隔膜；所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
(3)分离锌酸盐：将上述步骤(2)中浸泡后的混合物进行过滤；
(4)电解制锌：把步骤(3)中过滤得到的滤液调整为电解液，在20～50℃进行电解，阴极电流密度为100～500A/m2，在阴极制得金属锌；
(5)制备锰酸钾：把氢氧化钾和水加到步骤(3)过滤得到的滤渣中，通入空气并加热2～3小时，温度控制在200～300℃，使滤渣中的锰化合物变成锰酸钾；待混合物冷却至接近100℃时加入10～20％的氢氧化钾进行稀释，搅拌使锰酸钾完全溶解，过滤并分离出不溶物；
(6)电解制取高锰酸钾：将步骤(5)中过滤得到的滤液调节为电解液，温度为50～70℃电解，阳极电流密度为60～100A/m2，在阳极制得高锰酸钾。
2、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述的正负极物质与碱和水按下述重量百分比配
制而成：正负极物质    10～20％
碱                10～20％
水                60～80％
3、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(4)中电解液由下列物质按重量百分比计如下：
锌酸盐    5～10％
碱        10～15％
水        75～85％
4、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：步骤(5)中氢氧化钾、滤渣和水的比例按下述重量百分比计如下：
氢氧化钾    70～75％
滤渣        15～20％
水          5～15％
5、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(6)中电解液由下列物质按重量百分比计如下：
锰酸钾        10～20％
氢氧化钾      5～15％
水            65～85％
6、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(4)中阴极为锌片，阳极包括石墨、铁板、不锈钢板或镀镍铁板。
7、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(4)中电解后的溶液返回步骤(2)中循环使用。
8、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(6)中阴极为铁，阳极为镍，阴极面积∶阳极面积为1∶10～150。
9、根据权利要求1所述的废旧碱性锌锰电池的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(6)中电解分离高锰酸钾结晶后的溶液返回步骤(5)中循环使用。
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