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随着整个社会环境保护意识的不断提高,废旧电池的危害及回收利用已在全世界范围内得到重视。同时,废旧电池也是一种资源,从资源化的角度考虑,目前还没有一种矿物的丰度可以与废旧电池相比,因此,废旧电池的回收利用可以节省自然矿产资源开采所需要的人力、物力和财力,也可以避免资源的过度开采。另一方面,在电气电子制造业中,磁性材料得到了广泛的应用,其中尤以锰锌铁氧体软磁材料最为广泛并一直处于主导地位。本论文根据废旧锌锰电池的组成特点,介绍了一种由废旧锌锰电池向锰锌铁氧体转化的方法。研究中对废旧电池的溶浸工艺作了优化试验,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、HT600软磁材料测试仪和振动样品磁强计(VSM)对合成的锰锌铁氧体的结构和性能进行了测试。
首先研究了废旧电池回收利用的初级处理工艺,确定了最佳工艺条件。研究结果表明:40℃时在液固比为4.6,溶浸时间控制在10小时以上的情况下采用两步溶解的方法可得到很好的效果,锰、锌、铁、镍的回收率可达到99%甚至100%,铜的回收率达到90%以上,废旧电池中各种形态的汞转化为Hg2+进入到浸液中,对汞的回收做到很好的集中控制。
然后以废旧电池的浸出液为原料,采用共沉淀方法合成锰锌铁氧体。整个合成工艺分为前驱体的制备和后期的烧结两个部分。前驱体的制备条件可优化为:pH值为7;NH4HCO3的加入量为理论量的1.8倍;组分中Fe:Mn:Zn(mol%)为68.4816:17.1368:14.3815;反应温度为30℃;反应时间为20分钟;表面活性剂的添加量为1.0g/250mL。前驱体粉末经压制后,在1350℃下烧结并保温3.5h,升温速率为6℃/min,降温速率为5℃/min,降温时氧含量为9%,此时得到的样品磁导率比较大。
最后利用共沉淀法对对锰锌铁氧体进行掺杂改性研究。研究结果表明:掺入V5+没有改变单相尖晶石结构;随着掺杂量的增加,气孔逐渐增大,而粒径随掺杂量的增加先减小后增大,在掺杂量为0.05%时最小;磁导率和饱和磁感应强度随掺杂量的增加先增大后减小,在掺杂量为0.05%时最大。Co2+和Mg2+掺杂对锰锌铁氧体的影响规律和V5+大致相同,分别得出最佳掺杂量为0.02%和0.2%。