关于废旧新能源电池材料回收利用技术的综述

关于废旧新能源电池材料回收利用技术的综述学生：材料化学1301李欣摘要：电池是人们最常用的生活用品之一，随着人们生活水平的提高和现代化通信业的发展，电池使用量日益增加，废旧电池已成为坏境污染源之一，其回收利用工作逐渐引起人们的重视。论文采用资料查阅和分析、数据汇总分析等研究方法，对国内外废旧新能源电池材料回收利用技术现状进行了对比分析；探讨了回收利用的必要性、可行性、需求和效益；评价了回收利用的价值度；在回收利用情况现状调查分析基础上，提出回收利用过程管理建议。关键词：废旧电池；新能源材料；回收利用一次电池即原电池（俗称干电池），是放电后不能再充电使其复原的电池，通电电池有正极、负极电解以及容器和隔膜等组成。例如锌锰电池、碱性锌锰电池等。本文简要介绍了铅酸蓄电池工作原理和研究改进情况,同时介绍了国内外回收废电池现状,重点探讨了未来铅酸蓄电池研究和回收发展方向。电池回收无论是对于环境还是对于某些贵重材料的再利用来讲都是一件好事，目前我们使用的手机电池多是锂电池，它属于一种绿色环保电池，但这仅仅是指锂电池和过去的镍镉电池相比不含对环境有严重危害的物质（前、镉、汞等）。但锂电池中依然存在对环境以及人体有危害的物质。另外，废旧的锂电池中含有大量不可再生且经济价值高的金属资源，如钴、锂、镍、铜、铝等，如果能有效地回收处理废弃或不合格的锂电池，不仅能减轻废旧电池对环境的压力，还可以避免造成钴、镍等金属资源的浪费。一、历史发展国内使用最多的工业电池为铅蓄电池，铅占蓄电池总成本50％以上，主要采用火法、湿法冶金工艺以及固相电解还原技术。外壳为塑料，可以再生，基本实现无二次污染。小型二次电池目前使用较多的有镍镉、镍氢和锂离子电池，镍镉电池中的镉是环保严格控制的重金属元素之一，锂离子电池中的有机电解质，镍镉、镍氢电池中的碱和制造电池的辅助材料铜等重金属，都构成对环境的污染。小型二次电池目前国内的使用总量只有几亿只，且大多数体积较小，废电池利用价值较低，加上使用分散，绝大部分作生活垃圾处理，其回收存在着成本和管理方面的问题，再生利用也存在一定的技术问题。大多数的废电池随城市生活垃圾一起进行填埋、焚烧、堆肥等处置。在焚烧过程中，电池中的重金属遇高温易气化挥发，部分金属物在炉中反应生成氯化物、硫化物或氧化物，比原金属元素更易气化挥发而被烟气带走，遇冷空气后凝结成为均匀小粒状物，粒径在1um以下，难以捕集；部分重金属冷凝成为小粒状物，最终转化成为底灰残留物，使灰渣中的重金属含量增大，难于处理。如果使用垃圾堆肥处置工艺，废电池的污染程度将取决于废电池在进行堆肥处理的生活垃圾中所占的比例。只有在废电池的数量很低时，才不会构成污染。填埋是城市垃圾中最常见的处置手段，而电池的填埋对坏境污染程度取决于废电池在生活垃圾中所占的比例以及填埋处置水准。如果填埋符合环保要求，电池中化学物质的迁移将受到限制，不会造成太大污染。但我国每年超过100亿只填埋量，除需要占用大量土地外，还需要花费高昂的费用建设安全填埋场。目前，我国大中城市的近千座垃圾填埋场中，多数仍是简易填埋，这种原始的处理方式极容易造成大面积污染，把废旧电池与生活垃圾一同处理后患无穷。二、现状分析国际上通行的废旧电池处理方式大致有三种：固化深埋、存放于废矿井、回收利用。1．固化深埋、存放于废矿井如法国一家工厂就从中提取镍和镉，再将镍用于炼钢，镉则重新用于生产电池。其余的各类废电池一般都运往专门的有毒、有害垃圾填埋场，但这种做法不仅花费太大而且还造成浪费，因为其中尚有不少可作原料的有用物质。2．回收利用（1）热处理瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂，巴特列克公司采取的方法是将旧电池磨碎后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，它同样是贵重金属。铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金。该工厂一年可加工2000吨废电池，可获得780吨锰铁合金，400吨锌合金及3吨汞。另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售。不过，热处理的方法花费较高，瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费。（2）“湿处理”马格德堡近郊区正在兴建一个“湿处理”装置，在这里除铅蓄电池外，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，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，因此在市场上售价更高，而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来。湿处理可省去分拣环节（因为分拣是手工操作，会增加成本）。马格德堡这套装置年加工能力可达7500吨，其成本虽然比填埋方法略高，但贵重原料不致丢弃，也不会污染环境。（3）真空热处理法德国阿尔特公司研制的真空热处理法还要便宜，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！三、趋向和预测全球一次电池产业，80年代普通锌锰电池发展最为迅速；90年代普通锌锰电池增势趋缓，而碱性锌锰电池则因其性能仍然不断在提高，且以较高的性能价格比优势而呈现强劲的增长走势；预计未来碱性锌锰电池由于在技术上的持续不断的提升与优异的性能价格比优势，仍然会在一次电池市场特别是发展中国家的民用领域，占有率会有较大幅度的提高。现如今，一项无公害处理车用铅酸蓄电池新技术的问世，将极有可能改变这种现状。这种由波兰科学家新近开发出的无公害处理车用铅酸蓄电池技术，采用湿法冶金和火法冶金相结合，可以把铅酸蓄电池中的硫酸加工成洗衣粉原料。在使用过程中可以将铅金属和电池中的涂膏在旋转的熔炉中熔化后转化为粉末，铅蓄电池外壳的聚乙烯的板栅和聚丙烯的外壳则被加工成颗粒，可以二次使用，在整个生产过程中不会造成二次污染。该技术不仅极大地减轻了环境污染，还变废为宝，其产品为其他行业提供了重要原料，真正做到了“一箭双雕”。该项技术已经在布鲁塞尔2011创新研究和新技术展览上获得金奖。此项技术正在波兰推广使用。经过了详细的分析和论证，我们可以得出结论：我国可以大力回收和利用废旧电池。回收和利用废旧除了具有巨大的经济效益，还有巨大的环境效益。具体表现在：废电池的回收直观地表现为减少了废电池等的固体废物对环境造成的影响和压力;同时美化了环境,减少了大气、水、土壤等的污染,很好地保护了人们的身心健康。【参考文献】[1]中华人民共和国水利部.SL204—98.开发建设项目水土保持方案技术规范[2]王礼先主编.水土保持工程学[3]中国电池网：无公害处理技术成为铅蓄电池行业环保“救星”中国电池网2012-3-9[引用日期2015-5-1][4]潘英俊.以磷酸铁锂为正极材料的废旧锂离子电池回收及再利用[D].哈尔滨工业大学，2012.[5]周刚.双登集团废旧铅酸电池回收利用循环经济模式及对策研究[D].昆明理工大学，2013.[6]周娟.我国废电池回收处理法立法研究[D].西北农林科技大学，2011.[7]程维珍.废旧手机电池逆向物流模式研究[D].北京交通大学，2012.[8]合肥师范学院.一种废旧干电池回收利用工艺[P].中国专利：CN201210328968.8，2012-12-19.