国内外废电池回收处理现状及对策

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  摘要:介绍了废旧电池的危害及国内外在废旧电池的管理与回收利用技术方面的现状,分析我国在废旧电池回收处理方面存在的问题,提出了相应的防治对策。
  关建词:废旧电池回收利用处理对策
  前言
  我国是世界上电池生产和消费大国,随着社会的发展和生活水平的提高,电池越来越广泛的应用于生产和生活的各个领域,据统计目前我国每年干电池的产量达251亿只~261亿只,占据世界年产量的四分之一,年消费量约为81亿只。电池在给人们的生活带来方便的同时,也伴随着大量不同种类的废电池进入环境。废旧电池中的重金属如果泄漏到环境中—进入土壤或水源—就会通过各种途径进入人的食物链,危害人类健康。由于人们环境保护意识的提高,逐步认识到废旧电池的危害性及其可回收利用性,进而使废旧电池的资源化处理引起广泛的关注。
  1.废旧电池的危害
  1.1 电池的分类
  电池是指把物理或化学反应产生的能量转换成电能的装置,主要分为原电池(一
  次电池)、蓄电池(二次电池)、燃料电池、太阳能电池、原子能电池等,目前市场上主要有原电池与蓄电池,前者包括锌碳电池,碱锰电池,氧化银电池及氧化汞电池,后者包括铅蓄电池,镍氢电池及锂离子电池[1]。
  1.2危害
  电池在使用过程中,并不会对环境造成危害,但废旧电池经过长期的机械摩檫腐蚀,其中含有的重金属如汞、镉、锰、铜、银、锂、镍、铅等重金属元素以及酸碱等有害物质,随着废电池进入垃圾场、土壤、水体, 经过各种物理和化学变化, 电池腐烂, 重金属溢出, 既污染水体, 又污染土壤。一旦重金属被作物吸收、积累, 通过食物链最终会影响人体健康。若电池随着生活垃圾被焚烧, 则汞蒸气等会随同尾气进入大气。直接危害人们的健康。有资料表明,一颗钮扣电池可污染600t吨水,1节一号电池可使1m2土地失去使用价值。如表1所示废电池中所含的主要重金属及其危害[2]。
  2.国外对废电池的回收与处理现状
  2.1 回收情况
  目前国外的废电池回收处理体系基本上已经步入正轨。例如,德国目前已做到废电池全部收集,分类处理处置。对于毒性较大的铅酸电池、含汞电池、镍镉电池等必须标有再生利用标识,电池生产厂家与销售厂家必须回收所有废电池,经销商必须将有标识和无标识的电池加以分类,电池生产企业必须建立电池再生利用处理设施。对于所有的废电池首先考虑再生利用,对于不可再生利用的废电池必须按照废物管理法的规定进行妥善处置。在电池的生产方面,要进一步降低电池中的重金属含量,尤其要降低碱性锌锰电池的含汞量,积极开发对环境危害小的新产品[3]。美国是在废电池环境管理方面立法最多最细的一个国家,不仅建立了完善的废电池回收体系,而且建立了多家废电池处理厂,同时坚持不懈地向公众进行宣传教育,让公众自觉地配合和支持废电池的回收工作。在美国,用户若不把废旧铅蓄电池交回给制造商、零售商或批发商,每买1节新的蓄电池则要多付3~5美元,这使它的蓄电池回收率几乎达到100%。美国的电池回收企业或机构所做的工作则更具体。例如,美国RBRC公司通过建立公司网站,设立免费电话热线、请走红的影视大明星在电视台进行电池回收的公益宣传等措施,促进电池回收率的提高。亚洲的日本在回收处理废电池方面一直走在世界前列,有关一次性电池对环境影响的研究和回收利用的工作在日本都已经展开,日本政府和民间组织近年倡导“循环型”社会模式并提出了“3R”计划,即改过去“大量生产、大量消费、大量废弃”为现在的“减量、重复使用、再生利用”。而瑞典早在1989年就颁布了一项旨在促进电池回收的“RETURBATT”计划,要求所有电池零售商必须回收废旧电池,并对每节铅蓄电池征收35克朗的税,该计划使得瑞典的铅蓄电池回收率在1991年就达到了100%[4]。
  2.2国际上目前常用的回收处理技术现状
  国际上目前通行的处理方式大约有3种:固化深埋、存放于旧矿井、回收利用。下面是几种当今世界是使用最广泛的废电池回收处理技术[3]。
  2.2.1碳锌电池及碱性锌锰电池回收处理技术
  碳锌电池及碱性锌锰电池是当今世界上使用最普遍的电池。因此这两类电池的处理方法发展迅速,迄今为止已有湿法与火法两大类处理方法用于这两类电池的处理上。
  (1)湿法处理技术
  湿法处理主要是利用废旧电池中的重金属盐易与酸发生反应的特点生成各种可溶性盐后,再利用电解法进行分离提纯,提取出电池中的锌、二氧化锰以及其他各类重金属,作为各种化工原料或化学试剂进行再利用。
  一般的湿法处理技术必须先进行焙烧,将其中低沸点的金属汞、镉蒸发出来,再经破碎、筛分分离出其中的金属物质,电池经过这些预处理步骤后,再用酸直接将金属及其氧化物浸出。
  但总体上来说,湿法处理技术存在着处理流程长、成本耗费高、产品纯度不高、易造成二次污染等缺点,因此此法在实际运用上有一定难度。
  (2)火法处理技术
  该技术主要是利用各种金属或金属氧化物的熔沸点与蒸气压的不同,在不同温度下,可以分别被分离蒸发冷凝出来,达到资源回收再利用的目的。
  火法处理技术与湿法处理技术相似,也存在着处理成本较高、能耗大、易有二次污染产生等缺陷。
  另外、碱性锌锰电池由于其中的汞含量大于碳锌电池,因此回收时要特别注意汞的分离与提取。
  2.2.2铅蓄电池回收处理技术
  铅蓄电池是电池中含铅量最多的电池,现在世界上对废铅蓄电池回收处理技术的研究已逐步深入。90年代初产生的再生工艺主要分以下几个步骤:(1)解体,将硫酸放出后单独回收,将机壳用破碎机解体,用比重法选出塑料后,再分为极板、极柱、电池槽和盖等。(2)将除去塑料的含铅部件破碎成小块后分为铅粉、铅泥、小块铅合金、铅渣。(3)再生,将铅粉和铅厂的烟尘一块处理,制成含锑1.3%~1.9%的铅,再用作软铅再生利用,将铅泥供转炉处理,将小块铅合金用作金属配料,对铅渣进行填埋处理。
  2.2.3镍镉电池回收处理技术
  镍镉电池中的镍镉的含量相对较高,如果流入到环境当中会对环境造成很大影响。当今世界上镍镉电池的处理技术主要分干法与湿法两种:
  (1)干法
  干法的原理主要是利用镉及其氧化物蒸气压较高的特点和镍分离。
  (2)湿法
  主要采用将剥去被覆层以后的废电池破碎后用硫酸浸取,去除杂质铁后,通入硫化氢或硫化钠,利用硫化镉和硫化镍的容度积的差异,控制一定的条件产生硫化镉沉淀,而镍不产生沉淀,用以上方法可将镉镍分离。另一种方法则是先将镉镍电池用筛网分离活性物质,把这些物质溶于硫酸中,然后利用电解法回收阴极的镉,回收的纯度为99.95%。剩下的电解质浓缩后用氧化剂氧化,调节PH值,使铁离子沉淀而镍离子不沉淀,所得的滤液用石膏混合、过滤以分离悬浮的石膏。
  2.2.4含汞电池的回收处理
  含汞电池的回收处理主要有两种方法。对于含汞校低的电池,主要采用固化的方法,固化后填埋于危险物填埋场。在填埋之前,首先将废电池磨碎,然后用水泥作为固化剂将磨碎的废电池包裹在其中,但为了防止汞的渗出和泄漏,必须在破碎的废电池中加入硫化钠等易于与汞形成不溶盐的物质作为稳定剂,再加入硫酸铁防止硫化汞与硫化钠的再次反应生成溶解性的二硫汞化鈉络合物。
  3. 我国废旧电池回收利用现状
  3.1回收与管理现状
  我国是电池生产和消费大国,据统计目前我国每年干电池的生产达251~261亿只,占世界总量的四分之一 ,消费量达81亿只。我国已意识到电池的危害, 正不断更新电池行业标准, 如中国轻工总会、国家环保总局等联合发布《关于限制电池产品汞含量的规定》规定:“自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; 从2001年1月1日起, 凡进入国内市场销售的国内、外电池产品(含与用电器具配套的电池) , 在单体电池上均需标注汞含量, 未标注汞含量的电池不准进入市场销售[5]。
  我国各级政府已开始重视废电池的管理与处置,目前主要限于对锌锰电池和镍镉电池的回收,但效果并不明显。目前基本上还没有形成一条畅通的废旧电池回收处理渠道。我国废电池回收率低的现状直接限制了处理规模的扩大和处理技术的提高,进而严重阻碍了废旧电池回收利用的产业化过程。制约此项工作普及、深入展开的主要原因有两个:其一是电池的品种多、数量大,难于分类,收集困难;其二是国家尚未建立完善的回收管理体系,缺乏相应的政策法规和保障废电池的完全回收。
  3.2 国内废电池处理工艺
  国内对废电池的处理主要侧重于锌锰电池,采用干、湿法相结合的方法, 即焙烧—电解工艺, 先将铜帽、碳棒等有用物质从电池中剥离,再将剩下的部分焙烧, 将产生的尾气经净化处理达到无害标准后排放。其工艺流程图如图1所示:
  分类:将废电池砸烂, 剥出锌壳和电池底铁, 取出铜帽和石墨棒, 余下的黑色物是二氧化锰和氯化铵的混合物。有些物质如石墨棒仅经水洗、烘干处理就可再作电极使用。
  制锌粒: 将剥出的锌壳用热水洗净后,放入铸铁锅中, 在上面盖一层石棉布, 加热至熔化并保温静置2h , 除去上层的浮
  
  渣,倒出冷却以滴状倒在铁板上, 待凝固后即得锌粒。
  回收铜片:将铜帽展平用热水洗净后,再加入一定量的10 %的硫酸煮沸30min , 以除去其表面的氧化层, 捞出洗净、烘干即得紫红色铜片。
  回收氯化铵:将黑色物质放入缸中, 加入60℃的温水搅拌1h , 使氯化铵全部溶解在水中, 静置, 过滤、水洗滤渣2次, 收集母液,再将母液真空蒸馏至表面有白色晶体膜出现为止, 冷却、过滤得氯化铵晶体, 母液可收集后再蒸馏。
  回收二氧化锰:将上步中过滤后的滤渣再水洗3次, 过滤, 滤饼置入锅中蒸干炒至无火星, 以除去少许的碳和其它有机物, 再放入水中充分搅拌30min , 过滤, 将滤饼于100~110℃下烘干, 即得黑色二氧化锰。
  4.我国废旧电池回收与处理存在的问题及对策研究
  4.1存在的问题
  废旧电池的危害和其资源化处理的
  必要性越来越被人们所认识。我国已经具有资源化处理废旧电池的能力,可目前我国废旧电池的处理还没建立一套产业化、规模化的运作方式。主要是由于废旧电池中所含金属量不高,要建立废旧电池处理厂必须达到一定规模才有效益。因此,为了鼓励企业投资建立废旧电池处理厂必须有相应的政策扶持、补贴,而我国目前尚未有补贴政策,所以很多人不愿意投资。
  另外,由于我国缺乏完善有效的回收网络和体系,回收渠道还不畅通,不能保证废旧电池处理厂效益处理的需要。虽然废旧电池的回收工作被积极提倡,但废旧电池的回收率仍旧不高。我国电池的年消费量达70~80 亿只,但全国平均回收率不到2 %。北京市的回收率也仅为11.7 %。因此,我国在废电池回收处理这一领域与西方发达国家相比还存在着很大差距,面临的很多问题还有待进一步解决。
  4.2 防治对策
  作为一项社会系统工程,废旧电池的回收处理一定要在立法、管理和技术开发等方面多管齐下,在产品设计、生产、回收、利用、销售等各个环节上采取有效措施。
  (1)加强废电池管理法规建设从源头上控制有害电池的生产
  从电池设计着手,延长电池使用寿命,国家应禁止汞电池的生产,限制普通锌锰电池的生产,积极引导电池行业改变产业结构,支持它们碱性电池、镍氢电池、锂电池等低污染或無污染的环保型电池方向发展。运用经济手段,辅之以行政手段,是推动我国电池工业生产结构的调整,实现电池工业可持续发展的最佳举措。
  (2)设立专门的管理机构进行专门管理
   根据我国废电池的产生及管理现状以及废电池的发展趋势, 制定合理的符合我国实际情况的管理办法及具体的可操作的管理实施细则。建立完善废电池管理体系法规的执行必须通过完善的管理体系来保证。应遵循联合国“生活周期经济”的思想,建立对电池从产生到最终处置的各个环节进行全面、有效管理的体系。
  (3))建立废旧电池回收系统
  首先应加强废电池回收的宣传教育工作,树立起全民回收废电池的意识,让居民积极配合有关部门的回收工作。其次要开展废电池回收方面的立法工作,建立完善的法律体系来保障废电池的回收。对产生废电池的厂家也要让其承担一部分废电池的回收任务。督促其在生产过程中对含有毒物质较多对环境影响较大的废电池做好标识,以便在回收注:过程中对此加以重视。除了在各级单位机关学校开展废电池回收工作之外,还应将此工作向社会普及。
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