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废电池该不该收?| 电池的种类及成分

2019-08-20

现在我们经常用到的或者见到的电池,大概有这么几类:一种是一次性电池,就是一般的干电池。干电池(锌锰电池)有两种。

一种是碱性干电池,一种是普通的碳锌干电池。碱性电池,5号电池大概5块钱一节(南孚的),碳锌电池1块钱一节,便宜的好像是3毛钱一节。

纽扣电池有两种,一种像电脑里面或者汽车遥控器上用的,3伏的,一般是锂锰的电池。还有一种是1.2到1.5伏的,有两种,一种就是锌锰电池,一种是氧化银电池。

刚才文献里面讲到一个氧化汞,但是目前市场上好像没有氧化汞电池。锌锰电池里面为了提高性能,在锌或者是锌片上,加一点汞,让电池不容易自放电,不容易损耗电量,放电的能量更大。加汞是提高电池的性能。

现在要求无汞化,干电池里面有的写零汞零镉,有的不写。但是国家有标准,一般不能超过0.025%,超过了电池就不合格,但是它还是有一点,碱性锌锰电池一般含汞年低于1ppm。这就是刚才我们讲的电池里面的有害物,大家比较敏感的汞、镉,现在也比较少了。

另外,普通的锌锰电池里有锌片,为了改进锌片的性能,会加铅,没有铅锌片会硬。但是量比较少。为了提高性能还会加镉,但也比较少。

电池的有害物,其实就是汞、镉、铅,但是量非常少。锌和锰本身应该是没什么毒性。比如说猪饲料里面会加锌加锰,小孩也会补锌,农业也会用锌,化肥里有时微量元素也加锰。锌和锰本身毒性并不大,没有多大的危害性。

除了这几种最常见的,另外还有铅电池。铅酸电池,现在问题不是很大。因为现在指定厂家要回收,以旧换新、或者给钱,或者卖给回收的人。他们收了以后统一运到生产厂家。有的电池的生产厂家也回收。卖废品的收来卖到厂里加工。那么回收问题就解决了。而且这种电池一般比较大,所以回收的方面与我们关系不是很大。

其他跟我们关系比较大的就是锂电池、镍氢镍镉电池。现在充电宝都是锂电池。锂电池是3伏,镍氢电池只有1.2-1.3伏。现在镍氢镍镉电池的量比较少。

普通电池正极都是二氧化锰,电池用完了之后,它有一部分是二价锰,有一部分是三价,就是一氧化锰,或者是氢氧化锰,是锰的混合物。负极一般就是锌片。如果是纽扣的氧化银电池,正极应该是氧化银,负极的锌。锂锰电池,正极是氧化锰,负极的是锂。

镍氢镍镉电池,正极是氧化镍,负极是镉粉或镉片,镍氢电池负极是金属镍的材料。锂电池,负极是石墨,正极就是锂的化合物。

电解液中,锂电池用的是非水电解质,是有机物加了一部分其他物质混在一起,所以锂电池容易起火燃烧,因为里面加的是有机物。打开以后能闻到有机气体。其他的电池电解液都是无机物,都是氢氧化钾、氢氧化钠,或者氯化锌,氯化铵,都是无机物。所以普通电池烧不起来,而且也没有什么气味。所以对人体来说,就没有太多危害。  

电池里面其他的东西,外面的壳是一个铁壳,碳锌电池导电的有一个铜冒,电极有炭芯,碱性锌锰电池是金属芯。里面有隔膜,隔膜是塑料做或纸做的。还有密封片,密封片一般都是高分子材料。

那么这些成份要怎么回收?我们大概把它归纳一下。

首先就是有危险性的,氧化银电池里有氧化汞,含量高一点,因为它是要提高纽扣电池的性能。

然后是镍氢镍镉电池,但是这类电池现在用的相对比较少,市场也把它分离出来因为它这里面有银、有镍,比较值钱。

纽扣电池外面是不锈钢壳,回收以后把不锈钢的壳分出来,里面的金属卖给专门做贵金属回收的冶炼企业。他们专门回收这种含贵金属的危险物质。

危险物质里面金、银、镍等都有。回收之后他们有办法处理。我们做电池回收不必要操心这些事情。含有害物质的电池直接按照贵金属计价卖掉。现在都已经专业回收了。

锂电池现在也专业回收了。充电宝、手机、电脑用的电池现在全都是锂电池。不管哪种锂电池,都可以回收给统一做锂电池回收的人。

专业回收的现在国家有十几家挂了牌照的。钮块电池有一部分锂锰电池,它里面的锂跟锰的金属,但量很少,这里面有二氧化锰,因为锂电池里面本身也有锰,也可以混在一起回收。锂电池就直接分出来给锂电池的厂家去回收就行了。

现在唯一没有回收的是锌锰电池,就是我们家里用的干电池。干电池有两类,一个是碱性的,一个是普通的。

现在普通的炭芯电池,不充电的电池,一般都是这两类锌锰电池。还有纽扣电池也有锌锰电池。这部分作为普通电池可以回收。它里面有氧化锰、金属锌、氧化锌、氯化铵、氢氧化钠、氢氧化钾,外面有铁壳,有一部分是锌片,外面还有一层塑料膜,里面有一个隔膜是纸。

这种电池的回收方法其实很简单。用机器分离,铁和金属用机器破碎,正极都变成粉末,筛出来就可以。铁、锌比较重,铁可以拿磁铁吸出来。塑料和纸一般就跟金属分开了。就分这三大类。金属一类,塑料和纸。粉末可以回收,主要的价值就在这里面,比例占到80%。

化学物质回收,我们设计了一个方案,首先用水洗,氯化铵和氯化钾溶解,浓缩之后,氯化铵、氯化钾可以做复合肥。锌锰可以变成氧化物,也可以做成硫酸盐,可以作为产品卖。还有一部分氧化锰,正极材料是混合了碳粉,就是石墨和乙炔黑。碳粉可以分离。

这里我们把几个电池破碎、拆解了,大家可以看一下。比如碱性电池,切开以后,可以看到外面这个壳喷了碳粉可以导电,正极是氧化锰和石墨混在一起,在铁壳里面包着作为正极,通过一个塑料纸把它隔开,纸的另一边是锌片,正极里面加了电解液,一般是氯化锌。

碱性电池因为里面加了碱,一般是氢氧化钾或者氢氧化钠,大部分应该是氢氧化钾。中间的锌粉连着一个铜芯导电。铜芯连着外面的一个负极片。外面有个塑料绝缘环,把正极和负极隔离开,防止短路。如果正极和壳是一体的就是碱性电池。这些电池(5号电池)重量大概有14克到15克。1号电池很粗大,估计有5个这么重。

普通的家庭电池,外面也是个铁壳,里面包着塑料纸,塑料纸起绝缘作用。铁壳只是密封作用,不能做电极。塑料纸里面放了一个锌片,就是它的负极。

锌片的里面又包了一层隔膜纸,隔膜纸就是把正极和负极把它给隔开,中间离子可以穿过,但是正极和负极的材料不能接触,接触以后就短路了。

这个纸里面包的就是二氧化锰和碳粉混合的正极。普通电池的正极和负极,跟碱性电池是不一样的。正极和负极两端都有塑料把它隔开。两端都有绝缘环是普通的碳锌,一边有绝缘环的是碱性电池。

镍氢电池、锂电池跟普通的碱性电池区别。它负极和钢壳是一体的。碱性电池正极和钢壳是一体的。铁壳子是做负极的,正极外面有塑料环和负极隔开绝缘。正极里面压的绝缘环。负极这里还有个安全阀,压力大以后,有些气体会爆。里面有正极和负极和隔膜。正极材料就是黑糊糊的附在铝片上,负极就是铜片上附的石墨粉。正极负极之间加一个隔膜。

加一个塑料隔膜,然后把它卷起来、塞进去。铜箔和铝箔,就是正负极上再接两根线。两根线,一端是接铜箔上面是负极,一端接到铝箔是正极,再把它压起来密封。

我们把普通的干电池,里的二氧化锰、炭极拿出来。普通干电池,它里面是有炭棒的,它的电解液是氯化铵和氯化锌。水洗之后就溶解了,然后烘干大概有7.28g。然后用酸泡,变成4.18g,酸泡之后的溶液中是硫酸锰和硫酸锌。然后用碱中和,就变成氢氧化锰和氢氧化锌。再烘干,只有2.3克,剩下的大概有3克二氧化锰,有1克石墨粉。所以这里面的成分是可以分开的。

干电池的主要成份,按金属来说锌,大概占15%到20%。锰20%到25%,铁15%,碳10%到15%,如果是锌和锰的氧化物的总量,大概占到80%。如果是按金属算,这里面也超过一半了。

这个就是它做碱性电池加工的工艺流程图。

以上是中南大学化学化工学院 叶华老师

在2019年7月24日 废电池回收研讨会上发言


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