废干电池处理进展

吴美德，向文平，王俊飞

（中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191）

科学技术的进步给人们的生活带来了巨大的改变，干电池作为一些产品的能量来源被广泛使用，与人们的生活息息相关。我国干电池生产量和使用量早在2000年就遥遥领先世界各国，电池大量的生产和使用在占用了宝贵的自然资源的同时还带来了严重的环境污染问题。“一节一号电池能使1 m3的土地丧失其利用价值，一粒纽扣电池能污染600 t水。”这些话虽然有夸大的成分，但都表明了干电池对自然环境的巨大破环力，因此对废干电池进行无害化处理和综合利用，成为解决废干电池遗留问题的重点研究方向，既对环境保护具有重要意义，又能节约我国日益枯竭的自然资源。

1 干电池的分类、组成及危害

1.1 干电池的分类及组成

干电池种类繁多，根据使用次数可分为一次电池和二次电池，根据组成成分的不同，可分为锌锰电池、锌氧化银电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等，根据电解液的酸碱性又可分为酸性电池和碱性电池[1]。常见干电池的组成成分如表1所示。

表1 常见干电池的组成

1.2 废电池随意丢弃产生的影响

我国是电池生产和使用大国[2]，每年需要消耗大量锌、铜、锰等金属用于生产干电池。干电池在使用的过程中内部物质会随着放电过程而发生转化，例如锌皮、锰粉在化学反应中变成氯化锌、三氧化二锰等物质，但根据质量守恒定律，这些金属原料依然存在于电池中，只要有合适的方法，就能从废干电池中回收大量的金属，实现资源的二次利用。因此，随意丢弃废干电池是对资源的极大浪费，对我国日益枯竭的矿产资源来说无疑是雪上加霜。

干电池在生产的过程中会加入少量的重金属，以提高电池的放电性能。如果把废电池丢弃到自然环境中，外壳锈蚀腐烂后内部的重金属和酸碱会发生泄露，酸碱能污染土壤和水体的pH值，使土壤和水体酸性化或碱性化。重金属则通过微生物和植物的富集作用，进入食物链，最终会影响到人类自身[3]。电池中主要重金属对人体的影响如表2所示。

表2 重金属对人体的影响

2 废干电池处理方法

2.1 国外废干电池处理方法

国际上普遍采用3种方法来处理废干电池：固化深埋、热处理和湿处理。

2.1.1 固化深埋

对于一些污染严重的干电池，如果进行普通填埋，则会对人类生存环境造成重大影响。固化深埋是采用专门的容器来盛装废干电池，然后置于具有严格防渗能力的填埋场进行填埋。这种方法不仅成本高，对填埋的场地需要仔细选择，而且是对资源的一种浪费，被填埋后就失去了利用的价值。

2.1.2 热处理

热处理是将废电池破碎后，送入高温反应炉中加热，在不同的温度下从烟气中分别能收集到汞和锌，从剩下的炉渣中可继续提取铁，炉渣作为锰、铁、镍、铜等金属氧化物的混合物也可直接出售，此法成本较高。真空热处理法的特点是在没有空气的环境下加热，由于是在真空的环境，故过程中金属不会生成对应的氧化物，可直接从排出的蒸汽中回收汞和锌，然后研磨剩余的残渣，用磁选的方法分离出铁，剩下的粉末可进一步提取出锰和镍。

2.1.3 湿处理

将电池破碎后溶解于硫酸中，然后通过离子交换的形式将各种金属从溶液中交换出来。由于这种方法提取出来的金属纯度高，所以卖出的价格更高。该法的处理效果好，资源回收率高于干法，但成本偏高。

2.2 国内废干电池处理方法

我国对废干电池常用的处理方法有：人工分选、干法、湿法和干湿法[4]。在工艺上还是难以实现从废电池中充分提取出可用资源，而且在处理过程中极易造成二次污染。

2.2.1 人工分选

通常都是一些小工厂对废干电池进行人工分选，进行资源的初步回收。将收集的干电池先进行分类，再用简单的机械使其解体，接着人工分选出锌皮、碳棒、铜帽等有价值的物质，并作相应回收处理，使金属和塑料实现再生利用。此法是废干电池资源化的最简单的方法，没有技术工艺上的要求，只需要足够的劳动力就能运营。

2.2.2 干法

干法又名火法，由于干电池中的金属和其氧化物存在熔点、沸点的差异，因此可通过分阶段加热的方式在不同温度下得到想要的单一金属化合物，实现混合金属的分离。首先对废干电池进行分类、破碎，再转移到焙烧炉中在低温（600～800℃）下焙烧，此时汞会以蒸汽的形式脱离出来，将排出的气体冷凝后提取汞，接着将剩余的物质在高温（1 000～1 300℃）下焙烧，从烟气中可以得到氧化锌，剩余的残渣经过处理可以得到锰和铁。工业上锌锰干电池火法处理工艺流程[5]如图1所示。

图1 锌锰干电池火法处理工艺流程

2.2.3 湿法

废干电池湿法冶金回收过程是基于锌、二氧化锰、镍、镉、铅、锂等可溶于酸的原理。干电池经分类和破碎后，置于稀硫酸中浸取，经过滤将残渣分离出来，从残渣中可分别提取出铜、铁和锰，最后利用电解法从滤液中提取锌。工业上锌锰干电池湿法处理工艺流程[6]如图2所示。

图2 锌锰干电池湿法处理工艺流程

2.2.4 干湿法

干湿法就是用干法和湿法轮流处理废干电池，通过两种方法的巧妙结合可提高资源回收率，但是处理环节过多，对场地和处理设备要求较高，所以需要的启动资金远高于单一的处理方法。

3 国内废干电池处理进展

产量大、质量低和污染严重等问题一直是我国电池行业的诟病。针对这些问题政府出台了一系列政策措施，投入了大量的人力物力，取得了一定的成果，但还是存在很多不足，主要表现在以下几个方面。

3.1 技术落后，效益低

干法和湿法是我国废干电池资源回收的主要方法，一些废电池处理工厂技术落后，不仅无法从废电池中充分回收有用资源，还存在二次污染的隐患。即使技术满足要求，但废电池供应量又不足，工厂还是难以开工。干电池成分多样，在处理中需要对电池中的铁、铜、汞、锌、镍、镉、锰等组分对应回收，造成工艺复杂，处理成本高。再加上运输和工人的费用，所得利润寥寥无几，很多工厂甚至处于亏损状态，靠着国家给的补贴艰难运营。由于废电池处理存在着投资效益低、回报周期长、处理不当容易引发二次污染等问题，另外还有很多社会方面的因素也在阻碍着电池处理行业的发展，这些因素令投资者望而生畏，成为行业发展的绊脚石。

3.2 政府对市场管理欠缺

干电池生产集中，但使用却是分散到全国各地。污染范围较大，造成的污染并不会立时体现，废电池对环境的危害短期内难以看出，所以初始政府和个人都没有太过在意废电池后续影响的问题。直到1997年才作出从2001年1月1日起禁止在国内生产各类汞含量大于电池重量0.025%的电池的规定[7]，但在2007年的监督抽查中发现，还是有部分电池品牌的汞含量超标，这类违规电池主要由一些小厂生产。

3.3 废干电池回收力度不足

目前我国也只是在大城市设有废干电池回收站，还不能普及占据我国大部分人口的乡镇和农村，垃圾箱上也很少有为废干电池等危险废物专门设立的空间。这就造成了老百姓都知道随意乱扔电池会污染环境，但已经使用完的干电池依然无处可扔的情况，真是扔亦忧，存亦忧。而我国每年回收的废干电池不到总产量的1%，剩下的被随意丢弃或随生活垃圾进行焚烧、卫生填埋，这无疑会对环境产生重大危害。

4 废干电池综合处理的努力方向

通过总结国内外处理废干电池的有效经验，得出我国处理废干电池应该朝着无害化、减量化和资源化三方面努力。

4.1 无害化

贯彻落实无汞政策，淘汰镍镉电池。经济发达国家在早期就对电池中的汞做出了限令，日本在1991年禁止汞应用于锌锰电池，欧共体在1993年就禁止生产汞含量大于电池质量0.025%的电池。我国虽然从2001年开始对电池中的汞做出限制，但监督彻查力度不足，依然有工厂偷偷生产汞含量超标的电池并投入市场。政府应加大监管力度，贯彻落实无汞政策，从源头控制汞污染。对于污染严重的镍镉电池，应禁止其生产，发展镍氢电池及锂离子电池等“绿色电池”。

4.2 减量化

在生产和消费上应提倡可多次使用的可充电电池，在技术上力求延长电池的使用寿命，从而减少了资源的耗费和造成污染的问题。

4.3 资源化

废干电池具有极大的利用价值，资源化回收不仅能减少其对环境的污染，还能从中回收锰、铁、锌、铜、镍、镉等多种宝贵的金属材料。政府一方面要加强市场管理，增强公民的环保意识，使环保理念深入人心，同时建立完善有效的废干电池回收网络体系，采取电池以旧换新、有偿使用的方式来促进废电池的回收。另一方面，要尽快研发或引进处理废电池的新技术，达到提高资源回收率和处理过程无污染的目的。