废旧锌锰干电池回收利用.doc

废旧锌锰干电池回收利用倪志刚（南京大学化学化工学院，南京 210089）摘 要 本文简述了利用废旧电池制取MnCO3的实验过程，并对反应过程中关键的一步将+4价锰还原为+2价锰进行了讨论，比较了各种还原方法的优缺点。这个研究式实验的开展，培养了同学们查阅资料、自行设计实验方案、分析实验结果的能力，更重要的是加强了同学们的环保意识和责任意识。关键字 废旧电池 回收利用 锰 还原 随着各种各样小型电器的普及，电池的使用量与日俱增。在各种电池当中，锌锰干电池的使用量占了很大的比例。使用完的锌锰干电池若随意丢弃，会对环境造成很大的危害。相反，对废旧电池进行适当的处理，会得到很多有用的物质。例如，从废旧锌锰干电池中可回收得到MnCO3，其用途有：电讯器材用作铁氧体生产的原料，陶瓷颜料、清漆催干剂、肥料、医药、机械零件、磷化处理、锰盐制造的原料等。本文着重讨论利用废旧干电池制取MnCO3的实验。（还可再概述几种制取的方法）1、实验过程（实验与结果，包括2）1.1 MnO2的制备 取5号干电池两节，剥去外包装、锌皮、铜帽、纸层，除去碳棒，将剩下的黑色混合物研碎，加水溶解，用酸调节pH约为2，加热、搅拌、冷却、过滤，用蒸馏水洗至无，将黑色沉淀转移至蒸发皿中在空气中灼烧，并用玻璃棒搅拌，至无火星时停止加热，得到的黑色固体即为MnO2粗产品。1.2 锰元素的还原 称取以上制备的MnO2固体5g，连接好固液加热型气体发生装置，准备好具有防倒吸功能的尾气吸收装置，将MnO2加入锥形瓶，加入20mL 12mol/L浓盐酸，打开磁力加热搅拌器，使其反应。反应过程中会看到有大量黄绿色的气体生成。待锥形瓶中黄绿色全部褪去，再加热5min。将所得混合物过滤，所得滤液即为MnCl2溶液。1.3 MnCO3的制备 将所得的溶液转移至烧杯中，取一滴溶液用NH4SCN溶液检测得其中含有Fe3+，向溶液中先加NaOH溶液，后加氨水，调节pH=5，使Fe3+完全生成Fe(OH)3沉淀并过滤除去。将滤液转移至烧杯中，向其中滴加NH4CO3溶液，直至pH值为78，抽滤，将固体用纯水洗涤后转移至蒸发皿中，在8090的水浴上烘干，即得到肉色的MnCO3固体。1.4 二价锰含量分析 用分析天平准确称取0.170.20g所得固体两份，分别加20mL水、6mol/L盐酸，水浴加热至样品溶解，再加100mL水、2mL盐酸羟胺溶液。用0.05mol/L EDTA标准溶液滴定，近终点时加10mL氨氯化铵溶液（用于控制pH=10）、5滴5铬黑T指示剂，继续滴定至溶液由紫红色变为纯兰色。2、实验数据MnCO3产量：2.73gMnCO3理论产量：6.61gMnCO3产率：二价锰含量测定数据：次数m(MnCO3)/gV(EDTA)/mLMn%MnCO3%10.197930.3043.62%91.27%20.185428.3943.63%91.28%3、讨论（讨论较充分） 从废旧电池中制取MnCO3的关键步骤是将+4价的锰还原为+2价，还原剂的选择尤为重要，而本实验中选择了用浓盐酸作为还原剂，与其他方法相比存在着许多缺点：浓盐酸与MnO2反应的方程式为 该反应过程中会生成有毒气体氯气，若用此方法一方面需在通风橱中进行，另一方面需要增加尾气处理装置，增加了反应成本。1 为防止氯气从反应容器中逸出，反应需在密闭容器中进行，这就增加了对反应仪器的要求，增加了操作的难度。2 反应需在加热条件下进行，加大了浓盐酸的挥发，增加了反应原料的损失。3 浓盐酸与MnO2反应的最低浓度为5.4mol/L1，而实验室提供的浓盐酸的浓度为12mol/L，随着反应的进行，盐酸不断消耗，且反应中有水生成，所以盐酸的浓度会很快降低，盐酸的利用率也就大为降低。4 为了使MnO2能够充分反应，盐酸必然需要过量很多，这就增大了使后续操作中除铁时调节pH值所需NaOH溶液和氨水的用量，再一次增加了反应的成本。（可以讨论改进措施） 综上所述，使用浓盐酸作为还原剂，不符合环保和经济的要求，不值得提倡。当然，此还原方法的不可行性并不说明从废旧电池中制取MnCO3等有用物质不具有可行性，因为能将锰从+2价还原到+4价的物质还有很多，比如H2O2、H2C2O4、活性炭等，本实验室中采用这三种方法的分别是梅刚、马瑞山、马路遥，他们的相关数据如下：实验者还原剂MnCO3产量MnCO3产率Mn%MnCO3%梅刚H2O24.43g67.0%43.89%91.83%马瑞山H2C2O44.52g68.4%44.01%92.02%马路遥活性炭3.48g52.6%43.62%91.27%这三种还原剂与MnO2反应的方程式分别为MnO2+H2O2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2MnO2+H2C2O4+H2SO4=MnSO4+2CO2+2H2O 从数据的比较和各方法的反应方程式可以看出，使用H2O2和H2C2O4作为还原剂得到产品的产量和产率都相对较高，而且这两个反应不会有有毒气体生成，不会对环境造成污染。从经济的角度考虑，这两种方法的反应物的用量较易控制，且不需要过量很多而造成试剂浪费，反应均在常温下进行，消耗的能量少，这两种方法均适合进行大规模生产。而使用活性炭作为还原剂，反应需要在高温下进行，而且会有有毒气体CO生成，从数据看，产品的产量和产率也不是很高。但是该反应也有其优点，其一还原剂C为电池中本身含有的物质（碳棒），原料的成本相对较低，其二生成的CO虽是有毒气体，但也是化工生产中一种常用的燃料。至于反应温度问题，可通过寻求适当的催化剂得以适当解决。4、综述（结论）废旧电池中所蕴含的丰富资源是显而易见的，从废旧电池中回收利用有用物质不仅可以减少其对环境的破坏，还可以从中得到有用的物质。但是，随着技术的发展，电池的种类在不断增多，针对各种不同的电池，所使用的方法也不尽相同，这就需要化学工作者进行不断探索。目前，我国在废旧电池的回收利用上做得不够好，没有形成产业化，其原因主要是对其加工的成本太高，从中所得的利益不大，而且人们在这方面的意识也不够强。要解决这两个问题，需要化学工作者和政府有关部门的努力。废