废旧锌锰干电池的资源化研究

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经济可持续发展、资源合理利用和环境有效保护是人们普遍关注的焦点,我国把三者提升到战略高度。在科技高速发展的今天,干电池的应用非常广泛,全世界的电池产量正以每年20%的速度增长,我国电池工业发展尤为迅猛。1997年我国电池的产量为30亿只,1998年达到140亿只。锌锰电池完全放电后,一般被认为可利用价值很低而废弃。尽管现在已有专门的机构回收废旧电池并集中堆放,废旧电池堆放过程中仍因为逐渐锈蚀漏液,存在严重的环境污染风险。到现在为止,将废旧锌锰干电池回收作为一种资源的研究尽管也见报道,但真正产业化的极少。其原因主要是经济效益低下,没有政府的扶持不能进行。 本论文在已有工作的基础上,着重研究废旧干电池的资源化方法,特别是研究有经济效益的资源化方法。经过比较众多的资源化方案,我们认为,使用废旧锌锰电池制备软磁锌锰铁氧体是一个比较可行的方向,有较好的经济效益。原因是,锌锰干电池含有制备锌锰软磁铁氧体的主要元素,即锌、锰、铁,需要研究的是如何将它们调配到合适的比例,并低成本地转化成锌锰软磁铁氧体。 我们的研究表明,废旧干电池可以通过物理方法容易地把集电体电极、塑料及纸隔层、锌皮(如果有的话)、铁皮外壳分离除去,以上材料的回收率为100%。分离可以得到主要成分为锌、锰元素化合物电极材料。经过元素分析,可以得到后者中含有的元素比例与含量。根据软磁铁氧体的元素成分,通过适当添加金属元素调配金属比例,然后经过合适的处理可以直接得到软磁铁氧体,或者在得到软磁铁氧体的前体后再灼烧得到软磁铁氧体。 因为干电池品牌众多,我们只选取5<#>东芝电池和5<#>南孚电池作为实验对象。本文重点研究了干法和湿法的共沉淀法制备软磁铁氧体工艺,探究了温度、焙烧时间等烧结条件对产物性质的影响。干法工艺中,将锌锰电池的内容物与FeSO<,4>等混合,直接进行灼烧;共沉淀法中,先将电池内容物用H<,2>SO<,4>溶解,然后添加铁盐或者还原铁粉等调配金属比例,再用NH<,4>HCO<,3>沉淀形成前驱体后,再经灼烧得到产物。使用X射线衍射(XRD)表征了产物的结构,用震动样品磁强计(VSM)测量了实验样品的的磁性性能。用ICP元素分析仪测定元素的组成。 实验表明干法制备软磁铁氧体较好的烧结温度为1000~1050℃,在这个温度的饱和磁化曲线符合标准的软磁铁氧体的特点,矫顽力和磁矩均在软磁铁氧体的指标范围内。对于共沉淀法,pH接近7时效果较好。前体在800~900℃焙烧可以得到较好的软磁铁氧体,但当温度升高时矫顽力反而变大,偏离了软磁性能指标。
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