废锌锰电池中金属离子浸出行为研究

林辉东，温中东，王德汉

（1.绿泉环保技术有限公司，广东 惠州 516001；2.华南农业大学环境科学与工程系，广东 广州 510642）

随着全球范围内环保意识的不断加强，废旧电池的处理倍受关注。废电池中含有大量植物生长所需要的微量元素如锌、锰、铁等，可以利用废电池生产微肥[1～3]；同时废电池中又含有汞、镉、铅等有害物质，所以开发有效的、具有环境效益、经济效益和社会效益的处理废电池工艺十分重要。

目前，废电池的回收利用技术主要有湿法和火法两种冶金处理方法。湿法工艺主要是基于金属可溶于酸的原理，细分为焙烧——浸出法和直接浸出法；火法工艺是在高温下使废电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解、挥发和冷凝的过程，火法又分为传统的常压冶金法和真空冶金法。与火法处理相比，采用湿法处理废电池，除了投资少、成本低外，更重要的是不仅可回收金属，而且还可回收电解质溶液，但目前有关于锌锰电池湿法处理工艺的研究报道较少。

已公开的研究有，用硫酸溶液来溶解废旧镉镍电池中的镍镉钴的研究[4，5]，镉镍废电池中金属镍镉浸出行为的研究[6]，废镉镍电池中镉的选择性浸出[7]。但是对废锌锰电池干粉（WLR）浸出行为的研究，至今没有见过报道。通过WLR干粉在硫酸溶液中的溶解浸出行为，研究了温度和硫酸浓度对其金属离子浸出率的影响，找出了最佳的溶解工艺条件，为进一步分离WLR中有害重金属和生产鳌合微肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

废锌锰电池（由华南农业大学环保科技协会提供）的成分组成如表1，WLR干粉制备流程如图1。

表1WLR电池组成％

1.2 实验方法

图1 实验材料制备流程

将已制备好的WLR干粉加在100 mL硫酸溶液中，进行机械搅拌，恒温水浴加热，反应完成后，冷却抽滤，在120℃下烘干，称重。反应装置如图2。

图2 实验装置

1.3 测试

分析抽滤液和残渣中金属离子的含量（由广东省土壤研究所测试中心测试，采用ICP-AES分析仪），分别计算出各金属离子的浸出率。

2 结果与讨论

2.1 硫酸浓度对反应体系的影响

2.1.1 硫酸浓度对有用金属离子浸出行为的影响[8]

实验条件：温度为50℃，固液比为1：10，催化剂为1 mL，反应时间为2 h，搅拌强度为40～80 r/min时，不同硫酸浓度对 Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋浸出率的影响。

从图 3 可以看出，随着硫酸浓度的增加，Zn2＋，Mn2＋和Fe2＋浸出率也显著增大，说明硫酸对WLR中有用金属的浸出行为有显著影响。在硫酸浓度达到10％时，Zn2＋的浸出率达到99％以上，几乎完全浸出，Mn2＋达到77％以上，Fe2＋达到50％以上。

图3 硫酸浓度对有用金属离子浸出行为的影响

2.1.2 硫酸浓度对有害金属离子浸出行为的影响实验条件同2.1.1。

图4 硫酸浓度对有害金属离子浸出行为的影响

从图4可以看出，随着硫酸浓度的增加，有害金属离子的浸出率也不断增大，当硫酸浓度增大到2％以上时，Pb2＋的浸出受其影响不大。

2.2 温度对反应体系的影响

2.2.1 温度对有用金属离子浸出行为的影响

实验条件：硫酸浓度为10％，固液比为1：10，催化剂为1 mL，反应时间为2 h，搅拌强度为40～80 r/min时，不同温度对 Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋浸出率的影响。

从图5可以看出，温度对有用金属离子浸出率呈负相关，温度越低，对其浸出越有利。在40℃时，Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋的浸出率都达到最大，Zn2＋达到 99％以上，Mn2＋达到 80％，Fe2＋达到 50％以上。

图5 温度对有用金属离子浸出行为的影响

2.2.2 温度对有害金属离子浸出行为的影响

实验条件同2.2.1。

从图6可以看出，40℃时，Hg2＋的浸出率最低，约40％，并且随温度的变化出现波动影响；当温度大于50 ℃时，Cd2＋的浸出与温度呈负相关；Pb2＋的浸出受温度影响很小。

图6 温度对有害金属离子浸出行为的影响

3 结论

3.1 最佳浸出工艺条件

实验结果表明，废锌锰电池中金属离子浸出的最佳工艺条件为：硫酸浓度为10％，温度为40℃，固液比为1：10，催化剂为1 mL，反应时间为2 h，搅拌强度为40～80 r/min。

3.2 金属离子的浸出规律

在上述实验条件下，废锌锰电池中金属离子的浸出率都随硫酸浓度的增大而显著增大。在硫酸浓度达到10％时，Zn2＋的浸出率达到99％以上，几乎完全浸出，Mn2＋达到 77％以上，Fe2＋达到 50％以上。

温度与其浸出率呈负相关，温度越低对它们的浸出越有利。在 40 ℃时，Zn2＋，Mn2＋和 Fe2＋的浸出率都达到最大，Zn2＋达到 99％以上，Mn2＋达到 80％，Fe2＋达到50％以上，而Hg2＋的浸出率最低，约40％。

[1] 白青子，王宏选.废电池生产复合微肥技术[J].应用科技，1998(8)：3.

[2] 彭国胜，董贺新.用废电池生产微肥的研究[J].河南化工，2002(1)：13-14.

[3] 张希忠.废干电池回收利用技术评估[J].金属再生，1991(2)：17-20.

[4] 徐承坤，翟玉春，田严文.镉镍废电池回收工艺[J].电源技术，2001，25(1)：32-34.

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[6] 康思琦，周斌，罗爱平.镉镍废电池中金属镉镍浸出行为的研究[J].五邑大学学报，2002，16(1)：21-24.

[7] 田严文，徐承坤，张丽君等.废镉镍电池中镉的选择性浸出[J].化工冶金，1999，20(3)：295-297.

[8] 林辉东，王德汉，李海滨.废碱锰电池焙烧干粉酸解条件的研究[J].化学研究与应用，2006(2)：217-220.