电池的分类和污染、处理.doc

环境化学论文电池的种类和对环境的污染班级：112学号：11055209姓名：刘国强 电池的种类和对环境的污染摘要：电池，是我们生活中的必需品。但是，当电池被使用过后，对其却没有采取恰当的处理方法进行回收。由此，随着引发的环境污染问题日益严重，这一问题也渐渐得到社会的广泛关注。关键词：电池 环境 污染 回收 处理1.电池简介1.1.定义电池（battery）：指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间。 1.2电池小史1786年，意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时，两手分别拿着不同的金属器械，无意中同时碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激，而只用一种金属器械去触动青蛙，却并无此种反应。伽伐尼认为，出现这种现象是因为动物躯体内部产生的一种电，他称之为“生物电”。伽伐尼于1791年将此实验结果写成论文，公布于学术界。 1799年，伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功的制成了世界上第一个电池“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。它成为早期电学实验，电报机的电力来源。 1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出第一个不极化，能保持平衡电流的锌铜电池，又称“丹尼尔电池”。此后，又陆续有去极化效果更好的“本生电池”和“格罗夫电池”等问世。但是，这些电池都存在电压随使用时间延长而下降的问题。 1860年，法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是，当电池使用一段使电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”。1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。1890年Thomas Edison 发明可充电的铁镍电池1896年在美国批量生产干电池1896年发明D型电池. 1899年Waldmar Jungner 发明镍镉电池. 1910年可充电的铁镍电池商业化生产1911年我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池（上海交通部电池厂） 1914年Thomas Edison 发明碱性电池. 1934年Schlecht and Akermann 发明镍镉电池烧结极板。 1947年Neumann 开发出密封镍镉电池. 1949年Lew Urry (Energizer) 开发出小型碱性电池 1954年Gerald Pearson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 开发出太阳能电池。 1956年Energizer.制造第一个9伏电池 1956年我国建设第一个镍镉电池工厂（风云器材厂（755厂） 1960前后Union Carbide.商业化生产碱性电池，我国开始研究碱性电池（西安庆华厂等三 家合作研发） 1970前后出现免维护铅酸电池.。 1970前后一次锂电池实用化。1976年Philips Research的科学家发明镍氢电池 1980前后开发出稳定的用于镍氢电池的合金. 1983年我国开始研究镍氢电池（南开大学） 1987年我国改进镍镉电池工艺，采用发泡镍，电池容量提升40% 1987前我国商业化生产一次锂电池 1989年我国镍氢电池研究列入国家计划 1990前出现角型（口香糖型）电池， 1990前后镍氢电池商业化生产. 1991年Sony.可充电锂离子电池商业化生产 1992年Karl Kordesch, Josef Gsellmann and Klaus Tomantschger 取得碱性充电电池专利 1992年Battery Technologies, Inc.生产碱性充电电池 1995年我国镍氢电池商业化生产初具规模 1999年可充电锂聚合物电池商业化生产2000年我国锂离子电池商业化生产 2000年后燃料电池，太阳能电池成为全世界瞩目的新能源发展问题的焦点2.电池种类 2.1第一种分类：按使用次数分2.2.1 一次电池大家非常熟悉的我们身边大部分电池用完即将其丢弃，这就是一次电池。俗称原电池（干电池）。2.2.1.1按型号量分 一号电池 二号电池 三号电池 五号电池 七号电池一号电池是表示电池的尺寸，其尺寸通常是直径34mm、高度61mm。而“一号电池”只是中国的传统叫法，它的原名叫普通锌锰电池。美国给这种型号命名D 五号电池一般尺寸为：直径4mm，高度49mm ，目前市场上销售的5号电池有:碱性锌锰电池（简称“碱性电池”）、普通酸性锌锰电池（简称“普通电 池”）等 ，美国简称AA电池。2.2.2 二次电池二次电池（Rechargeable battery)：二次电池又称为充电电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。 充电电池的充放电循环可达数千次到上万次，故其相对干电池而言更经济实用。 目前市场上主要充电电池有“镍氢”、“镍镉”“铅酸”、“锂离子”等。2.2.2.1锂离子电池：锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。 早期，锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。由此得名。锂离子电池的使用：第一次充放电，如果时间能较长(一般3-4小时足够)，那么可以使电极尽可能多的达到最高氧化态（充足电），放电（或使用）时则强制放到规定的电压、或直至自动关机，如此能激活电池使用容量。 ，不需要如此操作，可以随时根据需要充电，充电时既不必要一定充满电为止，也不需要先放电。象首次充放电那样的操作，只需要每隔3-4个月进行连续的1-2次即可。 3. 电池的污染3.1 污染实例 众所周知，电池的污染非常严重，曾经看到过一篇报道，一位老太太用了十几年的时间收集了大约7吨的废旧电池，数量之多、功绩之大，实在是令人佩服。 据专家测试，一节钮扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。有关专家指出，废旧电池如果与生活垃圾混合处理，电池腐烂后，其中的汞、镉、铅、镍等重金属溶出会污染水体和土壤，并通过食物链最终危害人类健康。我国是干电池的生产和消费大国，一年的产量达150亿只，居世界第一位，消费量为70亿只，平均每个中国人一年要消费5只干电池。长期以来，我国在生产干电池时，要加入一种有毒的物质汞或汞的化合物。我国的碱性干电池中的汞含量达15%，中性干电池为0.025%，全国每年用于生产干电池的汞就达几十吨之多。汞就是我们俗称的“水银”。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。20世纪50年代发生在日本的震惊世界的公害病水俣病，就是由于汞污染造成的。40多年前，在日本九洲南部的一个沿海小镇水俣镇，当地居民中出现了一种奇怪的病。患者开始口齿不清，步态不稳，四肢麻痹，最后全身痉挛，精神失常，在痛苦的折磨中死去。后来染上这种疾患的人越来越多，甚至连猫和海鸟都出现了同样的症状。后来，医务工作者从死者的尸体和海鱼体内发现了有毒的甲基汞，证明了人是吃了被污染的鱼而中毒的。经过调查，原来是当地的日本氮肥工业公司常年向水俣湾排放含汞废水，使海水受到了汞的污染，当地捕捞的海产品中都含有高浓度的甲基汞。 废电池虽小，危害却甚大。但是，由于废电池污染不像垃圾、空气和水污染那样可以凭感官感觉得到，具有很大的隐蔽性，所以一直没有得到应有的重视。目前，我国已成为电池的生产和消费大国，废电池污染是迫切需要解决的一个重大环境问题。3.2 对人体的危害一般的电池主要成分为碳棒、碳粉、铝皮、包装纸，其中含有铁、碳、锌、锰、铝等元素以及一些微量的汞、镉、镍等元素，虽然所含的汞、镍含量极少，但其是重金属，所以对人体的危害却不可估量。汞是一种毒性很强的重金属，对人体中枢神经的破坏力很大。目前我国生产的含汞碱性干电池的汞含量达1%5%，中性干电池的汞含量为0.025%，我国电池生产消耗的汞每年就达几十吨之多。镉在人体内极易引起慢性中毒，主要病症是肺气肿、骨质软化、贫血，严重使人体瘫痪。而铅进入人体后最难排泄，它干扰肾功能、生殖功能。4.电池污染解决措施国内使用最多的工业电池为铅蓄电池，铅占蓄电池总成本50以上，主要采用火法、湿法冶金工艺以及固相电解还原技术。外壳为塑料，可以再生，基本实现无二次污染。 国际上通行的废旧电池处理方式大致有三种：固化深埋、存放于废矿井、回收利用。4.1.1处理方法（1）：填埋填埋 ：废电池中的重金属溶解进入渗滤液，渗入下面土层和含水层，直接污染水体或土壤，或造成周围居民饮用被污染的地下水产生健康问题。国内外的研究表明：电池中金属不会很快从填埋场中渗滤出来，在考虑是否应填埋处置废电池时应重点考虑金属总量及特定土壤对金属的吸收、吸附能力等。实验研究表明，生活垃圾的渗滤液和重金属渗滤液都不能严重影响填埋场衬层。另外，重金属在粘土中迁移很慢，很难从具有天然粘土衬层的填埋场中渗入到环境中。4.1.2处理方法（2）：焚烧焚烧 ：金属汞、镉、砷、锌等在焚烧高温下易挥发而被烟气带走，烟气温度降低时会凝结成为粒径在1微米以下粒状物，产生金属富集程度很高的飞灰并可能造成严重的大气污染。重金属在焚烧体系中的分布和存在形态主要由金属的挥发性决定。而随烟气排放的重金属速率主要取决于金属挥发性、焚烧废物中重金属的进料量、以及烟气处理系统。重金属进料速率取决于焚烧处理垃圾量和垃圾中所含重金属量。国外对焚烧设施释放物的调查分析发现，重金属在垃圾焚烧炉中分布特性为汞挥发性最大，镉、锌、镍和铅等金属次之，而锰、锑、砷和铬等的低挥发性金属多保留于焚烧残渣中，较少进入烟气。挥发进入焚烧烟气中的汞、镉和铅更易于富集于飞灰中。4.2 回收4.2.1 热处理 瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂，巴特列克公司采取的方法是将旧电池磨碎后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，它同样是贵重金属。铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金。该工厂一年可加工2000吨废电池，可获得780吨锰铁合金，400吨锌合金及3吨汞。另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售。不过，热处理的方法花费较高，瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费。 4.2.2 “湿处理” 马格德堡近郊区正在兴建一个“湿处理”装置，在这里除铅蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，因此在市场上售价更高，而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来。湿处理可省去分拣环节（因为分拣是手工操作，会增加成本）。马格德堡这套装置年加工能力可达7500吨，其成本虽然比填埋方法略高，但贵重原料不致丢弃，也不会污染环境。 4.2.3 真空热处理法 德国阿尔特公司研制的真空热处理法还要便宜，不过这首先需要在废电池中分拣出镍镉电池，废电池在真空中加热，其中汞迅速蒸发，即可将其回收，然后将剩余原料磨碎，用磁体提取金属铁，再从余下粉末中提取镍和锰。这种加工一吨废电池的成本不到1500马克（按汇率为4.7148来算的话，约合7072元人民币）！ 4.3最佳方式少使