浅谈废电池对环境的污染

-1-浅谈废电池对环境的污染提要：人们对电池的需求量越来越高，而干电池是我们日常生活中用得最广泛的商品之一，从照相机、录音机、计算器和电子闹钟到寻呼机、电子辞典和掌上电脑，都离不开干电池。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，所以将产生极大数量的废电池。关键词：污染；废电池；健康1绪论1.1电池定义电池是一种通过化学反应获得能量的电源。1.2电池分类电池一般可分为两种类型：一次电池（只能使用一次的电池）和二次电池（可充电、多次重复使用的电池）。一次电池全部用于小型装置。一次电池由不可逆的电化学电极构成的，不能再进行充电，当电能耗尽时必须更换新的电池。因此人们不断购买并使用一次性电池产品，不断丢弃使用过的一次电池。在城市固体垃圾中常常发现这些废弃物。二次电池的使用范围非常广泛，从普通使用的便携式电话到大负荷水准测量电气装置都使用二次电池。使用可逆的电化学电极可使得二次电池进行再次充电。在制造可充电电池时，主要使用下述三种金属：铅、镍和锂。使用寿命达到终点的二次电池的流向取决于电池的类型和寿命。铅蓄电池大都用于汽车车辆的启动，有许多工厂被指定回收、利用这些废弃的铅酸电池。锂电池是市场上的一种新产品，一般来说，锂电池较小。然而，目前有许多蓄电池被丢弃而成为城市固体垃圾或放置在家庭后院，再将来会对环境产生潜在影响。1.3我国电池生产现状和发展趋势1.3.1电池生产现状我国一次电池的产量大、产值高、高档的无汞碱性电池比例低，近年来一次电池的生产量如表1-1所示。1999年约为150亿只，占全球一次电池产量的41%，而产值为9.5亿美元，只占全球一次电池总产值的8.6%。2002年我国电池产量达到209亿只，比2001年增长了15%；电池出口总量达到170亿只，比2001年增加16.88%，出口创汇达到21.34亿美元，比2001年增加约30%。1995年我国小型二次电池的产量只有2亿多只，占当年电池总产量的1.9%；1999年为5.5亿只，占当年电池总产量的3.5%；2000年为5.86亿只，占电池总量的3.4%；2001年为6.2亿只，占总量的3.4%。可见近几年我国小型二次电池的发展基本上与我国整个电池行业的发展速度同步，见表1-2。-2-表1-11995～2001年一次电池产量单位：亿只产量1995年1998年1999年2000年2001年电池总量一次性电池普通锌锰电池碱性锌锰电池碱性电池比例10510310033%140133121129%1561501331711.4%1701631412213.5%182.21741472715.5%表1-21995～2001年我国小型二次电池产量单位：亿只产量1995年1998年1999年2000年2001年电池总量二次性电池镍镉电池镍氢电池锂电池105221404.6540.60.051565.54.50.80.21705.864.281.160.42182.26.24.051.520.631.4电池的基本组成常用的原电池有锌锰干电池、锌汞电池（钮扣电池）、锂—铬酸银电池。常见的蓄电池有铅蓄电池、碱性蓄电池、固体电解质蓄电池。常见的燃料电池有氢—氧燃料电池、甲醇—氧燃料电池、其他燃料电池等。2废电池对环境的污染近几年由于科技的发展，人们生活水平的提高。人们对电池的需求量越来越高，而干电池是我们日常生活中用得最广泛的商品之一，从照相机、录音机、计算器和电子闹钟到寻呼机、电子辞典和掌上电脑，都离不开干电池。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，所以将产生极大数量的废电池。废电池虽小，为害却甚大。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。电池中含有汞、镉、铅等重金属物质。汞具有强烈的毒性，铅能造成神经紊乱、肾炎等；镉主要造成肾损伤以及骨疾－骨质疏松、软骨症及骨折。若把废电池混入生活垃圾中一起填埋，久而久之，渗出的重金属可能污染地下水和土壤。2.1汞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。-3-2.1.1锌汞电池原理锌汞电池是以Zn汞齐为负极材料，HgO和碳粉（导电材料）为正极材料，电解质为含有饱和ZnO与KOH的糊状物（实际上ZnO与KOH形成了24[Zn(OH)]配离子）。锌汞电池的符号：Zn,Hg|KOH-ZnO(糊状)|HgO-Hg,C(石墨)电极反应和电池反应如下：负极反应Zn(Hg)+2OH(aq)ZnO(s)+H2O(l)+2e正极反应HgO(s)+H2O(l)+2eHg(l)+2OH(aq)电池反应Zn(Hg)+HgO(s)ZnO(s)+Hg(l)锌汞的电池的特点是电动势和工作电压均稳定，整个放电过程中其电压变化不大，保持在1.34V左右。锌汞电池可制成钮扣形状，用作助听器、心脏起搏器等小型装置的电源。2.1.2锌汞电池对环境污染一粒锌汞纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。无论是裸露在大气中，还是埋在地下，其中含有的汞、镉、铅等重金属，都会随废液一起流出，造成对地下水、土壤的污染。汞的挥发温度低，是一种毒性较大的重金属。很多地方的土壤中也含有微量的汞，在汞矿开采、提炼、含汞产品加工过程中，如密闭措施不够完备，释放到空气中的汞(蒸气)对操作人员的健康影响很大。电池中含有汞，尽管其含量很少——电池重量的千分之一以内。而我国电池行业全年的用汞量，大体上与一个汞法聚氯乙烯，或汞法炼金，或高汞铅锌矿采选的企业年排放废水中的含汞量相当。由于电池消费区域大，含汞废电池进入生活垃圾以后，对环境的影响比前述一个化工企业排放含汞废水所造成的影响要广得多。2.2镉镉是一种有毒的金属。本世纪五十年代发生在日本富山县神通川流域的另一大公害—骨痛病就是由于镉中毒造成的。神通川上游的一家炼锌厂排放的含镉废水污染了河水，两岸的农民又用这种含镉的河水灌溉稻田，使稻米中的含镉量比正常值高几十倍。当地人长期食用这种“镉米”就引起了骨痛病。患者先是腰背、手脚、膝关节处疼痛，最后到全身强烈疼痛，多处骨折，最后在极度的衰弱和痛苦中死去。2.2.1镍镉电池原理镍镉电池的负极活性物质为海绵状金属镉，正极活性物质为羟基氧化镍，电解质为KOH或NaOH水溶液。电解物质与镍网支撑，为了增加电池的充放电性能，电池中还含有多种添加剂。-4-镍镉电池的符号：22()Cd|Cd(OH)|KOH|Ni(OH)|NiOOH(+)电极反应和电池反应如下：负极--2Cd+2OHCd(OH)+2e正极--22NiOOH+HO+eNi(OH)+OH电池反应222Cd+2NiOOH+2HO==Cd(OH)+2Ni(OH)镍镉电池在完全充电状态时，正极和负极活性物质分别为NiOOH和Cd；在电池完全放电状态时，正极和负极的活性物质转变为Ni(OH)2和Cd(OH)2。通过电池的反应原理和物质构成可以看出，对于长期使用废弃后的镍镉电池，Ni(OH)2和Cd(OH)2将占据很大部分。2.2.2镍镉电池对环境污染镍镉电池内含有重金属镉、镍以及强碱性电解液等，废弃后若不妥善处理可能会对生态环境和人体健康造成严重危害。废镍镉电池是城市生活垃圾中重金属镉的重要来源之一，来源于废镍镉电池的各占到了城市垃圾镉总量的92%左右。如果在堆肥的过程中混入废电池，会严重影响堆肥产品的质量；混入焚烧过程，镉的大量会发挥污染大气和土壤环境，同时还会产生大量因富集重金属而难于处理的灰渣。在填埋场建设水准较低的情况下，填埋处理时废镍镉电池中的重金属镉和镍可能通过渗滤作用污染水体或土壤。长期食用含镉植物会诱发骨质疏松、骨软化和肾结石等疾病，最终引发“骨痛病”。镉对哺乳动物还具有较强的致畸、致癌和致突变作用，被有机体吸收后，自然排泄十分缓慢，其生物半衰期达930年。重金属镍也会对人体健康产生很大的影响。大量吸入含镍的空气会发生慢性支气管炎和肺功能衰减，甚至引起肺癌和鼻窦癌。食用或饮用大量含镍食品和水会引起肺部疾病，同时会对动物的胃、肝、肾、免疫系统、新陈代谢系统早成影响。2.3铅铅对人体也有毒，古代罗马人常常用铅做自来水管和容器，导致铅进入人体内，久而久之，引起了铅中毒。考古工作者在发掘古罗马的墓时经常发现死者的尸骨上有黑色的硫化铅的斑痕。2.3.1铅酸电池原理铅酸蓄电池是以铅化合物（二氧化铅）作正极材料，金属铅做负极材料，硫酸溶液做电解液，通过铅与硫酸的化学反应来贮存、释放电能的一种蓄电池。铅酸蓄电池符号：Pb-PbSO4|H2SO4|PbSO4-PbO2电池反应方程式：Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O-5-铅酸蓄电池可以反复充放电达几百次，仍能保持良好性能。但由于氧化铅电极板逐渐为硫酸铅所污染，最终可能导致在氧化铅电极板处无法发生化学反应。最后，由于污染严重，蓄电池可能无法再次充电。这时电池就成为“废铅酸蓄电池”。2.3.2铅酸电池对环境污染铅酸电池中最容易对环境产生影响的主要是铅及硫酸。如果，废铅酸电池直接投放到环境中，可能破碎并释放出有毒物质以及产生腐蚀性。在使用胶体电解质的电池中，由于胶体的粘度较大，伴随的风险会稍微减小，但是仍然存在。对于电解液是封装的电池，直接风险尽管很小，但也是一种潜在的污染源。在收集过程中，由于铅酸电池中含有腐蚀性极强的废酸液，随意向周围的环境倾倒会流入土壤和地下水中，其污染的严重性不言而喻。硫酸具有极度的酸性，而铅酸电池中所含的金属均具有一定的毒性，吸入其粉尘、烟雾或摄入含该物质的水、食物会有损人体的健康。废铅酸带电池在利用过程中产生的含铅废料以及熔炼过程中产生的废渣等，如果处理不当，也会严重污染周围的土壤和水体，从而给人体健康带来严重危害。3对废电池的处理废电池中含有大量的有色金属，而有色金属是地球上不可再生的宝贵资源。对于废电池的最佳处理办法是再生利用，提取其中的有用成分，不仅能将废电池对环境的污染降到最低，而且可以将废物变为资源。3.1废电池回收废电池的回收，是废电池环境管理的首要环节，也是难度最大的一个环节。由于电池的使用者遍及千家万户，有单位，有个人，而且每个用户的用量又不是很大，导致废电池收集起来十分困难。废电池的环境管理是一项复杂的系统工程，涉及到收集、分类、运输、处理、处置等一系列过程，牵扯面广，需要环保部门、环卫部门、经济管理部门、电池生产企业、电池销售商以及公众共同配合才能做好，同时宣传教育手段要与行政手段、法律手段、经济手段相结合，多管齐下，才能推动这项工作的开展。3.2废电池的再利用3.2.1湿法处理除铅蓄电池外，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物，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，而且电池中包含的各种有用物质有95%都能提取出来。3.2.2真空热处理法真空热处理法比湿法处理成本低，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。-6-4展望随着意识上的的进步，人们对废电池的污染会有更进一步的认识；随着科技的进步，处理废电池的技术手段也会有长足的发展。可以预见，在不久的将来，所谓的废电池对环境的污染已不是问题。人们可以从中提取有用的材料，进行回收利用。参考文献[1]李金惠.废电池管理与回收(M).北京：化学工业出版社，2005.8[2]曲保中，朱炳