废电池回收利用方法及对环境的意义

学号：13307110411姓名：董铭心选课代码：ENVI119004.01选课名称：材料与环境1废旧电池回收再利用现状及其对可持续发展和环境保护的意义摘要:近年来，环境污染已经愈演愈烈，对生物造成了危害，成为亟需解决的一大问题。本文从可持续发展的角度出发，着重探讨废旧电池的处理现状，揭示废旧电池回收利用对环境保护的意义并尝试提出一些可行的解决方案。关键词：废旧电池；环境保护；回收利用；可持续发展Abstract:Inrecentyears,environmentaldeteriorationhavethreatenedthesurvivalofallkindsofcreature,thusbecomeanurgenttasktounravel.Establishedontheperceptiveofsustainability,thispaperdiscussesthecurrentrecyclingconditionofdesertedbatteries,illustratesthesignificanceofrecyclingandproposesreasonablesolutionstotheproblem.Keywords：desertedbatteries；environmentalprotection；recycle；sustainabledevelopment1.引言随着社会的发展，人们的生活水平得到了显著的提升。但与此同时，由于资源过度开发和回收利用方面的意识欠缺，给环境造成的危害也愈发严重。与一些发达国家相比，我国在环境保护和资源再生方面做得不够理想[4]，距离希望中的“可持续发展”理念尚有较大差距，这是亟需改进的。以废旧电池为例，随着我国现代化通信业的发展，人们使用电池越来越多，产生的废电池也在大量增加，但回收率却不足2%[1]。丢弃的电池分解后其中的物质流入环境，不仅浪费资源，而且将产生极大的危害。因此，寻找合理的回收利用方式已成当务之急。2.废旧电池的回收利用现状日常生活中，常见的废旧电池大体上可分为如下几类：铅蓄电池、碱性电池（锌锰电池），镍镉电池以及锂电池等新型电池。其中铅蓄电池所含的铅，锌锰电池中作为添加剂加入的汞，学号：13307110411姓名：董铭心选课代码：ENVI119004.01选课名称：材料与环境2以及镍镉电池所含的镉为主要的有害金属，因而这三种电池也是本文中回收的重点。2.1铅蓄电池的回收[2~3]铅（酸）蓄电池以PbO2作正极材料，金属铅做负极材料，硫酸溶液作电解液。对传统的铅酸电池，目前的回收主要针对其中的酸性电解液及铅泥。拆解电池后，收集的酸液可用于对精炼工程中形成的碱渣进行中和浸出处理。而铅泥则通过高温还原熔炼及电解等方式，经过精炼最终得到可再利用的金属铅。高温熔炼主要处理铅泥中的PbSO4。在普通的还原条件下，通常得到的产物为PbS。而在1200K左右，PbS会与铅泥中原有的2PbO与4PbSO反应生成铅。反应的具体原理为：222SOPbPbOPbS2422SOPbPbSOPbS另外，在熔炼时，加入铁屑、苏打和碎焦，可以提高铅泥中粗铅的回收率：223232222COSNaPbCCONaPbSPbFeSFePbS由上述方程式可知，这种方式的回收效率不高，且易产生高温铅粉尘二次污染，同时还要注意炉中SO2废气的处理。相对而言，电解回收铅的效率要好得多。首先，加入还原剂将高价态的铅还原为2价铅离子。主要原理为：OHlSOFesPbSOlSOHlFeSOsPbO234244242222在这个过程中，还可以应用钢铁酸洗废水来实现铅的还原：lFeSOsPbSOlSOFesPb443422对于铅泥中少量的单质Pb，有：OHsPbSOlSOHsPbOsPb24422222通过上述步骤，在Pb元素全部转化为2价铅之后，以它为电解池的阴极，通过电解原理可以得到较为纯净的金属铅。2.2锌锰电池的回收碱性锌锰电池是目前应用最广泛的一次性电池。目前锌锰电池的回收技术主要分为干法、湿法以及干湿法三种。学号：13307110411姓名：董铭心选课代码：ENVI119004.01选课名称：材料与环境3干法是利用各种金属或金属氧化物的熔、沸点与蒸汽压的不同，在不同温度下分离、蒸发、冷凝，达到资源回收再利用的目的。比如对锌锰干电池中的汞的回收通常采用真空热处理技术。有研究人员在真空度0.08MPa时使锌、汞在不同温度下蒸出，再分别冷凝进行回收[1]。不过这种技术需要考虑有机杂质以及电池中碳棒的干扰，造成批量处理困难。总的来说，干法处理废锌锰电池一般不需额外加入化学物质，除汞效果好，但缺点是成本较高。湿法是利用酸对废电池进行浸取，发生反应生成可溶性盐，然后可用电解法提取电池中的锌、二氧化锰以及其他各类重金属。相较于干法而言，虽然成本低廉，但易造成二次污染。干湿法则可视作上述两者的结合，效果较好，但成本较高，工艺复杂[1]。除上述三种基本方法外，还可以采用转基因技术，培养锰氧细菌，用通过化能合成作用回收废锌锰电池中的锰。这种技术处理比较环保，而且回收率很高。但是由于转基因技术的复杂性，培养细菌的成功率低，而且成品菌株可能对其他生物产生副作用。另外，细菌对废弃电池的处理周期相对较长。由于成本和技术缺陷等原因，目前尚无已产业化的锌锰干电池回收技术。2.3镍镉电池的回收镍镉电池是一种碱性蓄电池。由于成本低廉，纵然新的镍氢电池技术已经得到长足提升，镍镉电池依旧占据了近一半的市场份额，它带来的污染也是不能忽视的问题。该种电池中对环境危害最大的无疑是镉。提取镉元素一种可行的方法为浸取法[4]，部分原理如下：22OHCdOHCdO1KOHCdOHCd2222K2332nNHCdnNHCd3K这三个反应均是可逆反应，水溶液中NH3的浓度越大，Cd的浸取反应进行得越彻底。其他的方法包括还包括根据镍与镉的反应动力学差异用酸性溶液浸取并分离出两种金属[5]，这要求精确地控制反应条件。3.对可持续发展与环境保护的意义笼统地讲，回收废旧电池不仅能有效地阻止含有害物质的电池废液对生态环境的长期损害，还可以节约矿物资源，可谓一举两得。下面我们具体从两个方面来分析：学号：13307110411姓名：董铭心选课代码：ENVI119004.01选课名称：材料与环境43.1对环境保护的意义各式废旧电池中含有镉、汞、铅等重金属离子以及强酸、碱性的物质，如果随意丢弃到环境中，电池中所含的镉以及其他有害物质在电池外壳破损后泄漏到环境当中去，污染水体或土壤，破坏环境。由于重金属在环境中的丰度不高，故一节电池中含有的重金属量往往可以污染较大面积的土地或水域。而且，进入到环境中的铅、汞、镉等重金属元素通过富集作用在生物体内积累，对生物造成的危害是难以估量的。以镉为例：GB5044—85《职业性接触毒物危害程度分级》中，镉及其钠盐被归为II级危害物[4]。流行病学调查发现，镉可使温血动物和人的染色体发生畸变。镉还会在各种生物体内进行积累，危及生命。环境中的镉经消化道、呼吸道和皮肤进入人体内后，在体内形成镉硫蛋白，蓄积于肾、肝中，造成脏器衰竭。另外，镉会影响维生素D3的活性，使骨骼的生长代谢受到阻碍，导致“痛痛病”，甚至致人死亡[4]。类似地，汞、铅等重金属在被摄入后不会随代谢排出，而是在生物体内富集，引发中毒现象，例如震惊全球的“水俣病”“疯猫跳海”事件。由此可见,回收废旧电池不仅可以造福生态环境，也是对人类自己的一种保护。所谓“保护自然，就是保护我们自己”，这便是保护环境的意义。3.2对可持续发展的意义随着世界范围的环境恶化，可持续发展已经成为世界性的议题。这种发展理念要求当前和长远发展目标的协调一致，追求社会、经济、环境的同步发展。数据显示，全世界镉的储藏量为600万吨。但20年前，全世界镉的年消费量就已经达到17000吨[4]。而据估计，全球每年镍镉电池的生产量超过60000吨，这消耗掉7000吨以上的镉。随着镉、铁、镍、钴等资源的不断开采和利用，镉、镍、铁、钴等矿产资源最终会面临枯竭的危险。据保守估计，我国每年大约使用数十亿只锌锰电池，若能全部回收，便可再生Mn（以MnO2计）11万吨，Zn7万吨，Cu1.4万吨[6]；每年产生260万吨废铅蓄电池，但正规回收比例不到30%。若上述资源得以回收利用，必将极大地减轻因发展带来的环境负荷。对废旧电池的处理和资源回收，实现了资源的二次利用，还能节省开矿、选矿以及炼制所需的大量资金和能源，有利于“可持续发展”的实现。因此，对废弃电池的无害化处理，学号：13307110411姓名：董铭心选课代码：ENVI119004.01选课名称：材料与环境5在取得环境效益的同时，还可以获得一定的经济效益和社会效益[4]，实乃一石二鸟之举。4.我国废电池回收存在的问题国内对废电池的危害关注较晚，而且回收物的处理大多不合规范，如：(1).腐烂电池与其他垃圾混杂，露天堆积于垃圾场；(2).许多电池未经分选便被焚烧、堆肥、填埋处理。这事实上加速了废电池中的危险物质通过烟气、渗沥液以及焚烧渣等进入环境的过程。目前国内有关废电池的管理体系还未形成，缺乏管理细则。对于电池的生产者、产生者、运输者、收集者、综合利用者等都尚无明确，具体要求。废电池的处理回收没有形成产业化，电池回收率过低。根据资料，国内废镍镉电池以及一次废电池的回收率不足2％，其他均被混入了生活垃圾一起处理。这也说明，公众对废旧电池的危害缺乏深刻的认识。5.改进方法首先，可以改进技术，开发优质新型电池如镍氢电池和锂离子电池。这类电池对环境无副作用，且发电效率高，耐久性强。若能投入大规模生产，必将缓解人类给环境造成的压力。政府支持，完善规章制度。在废电池的处理在未形成产业链条之前，由于没有经济效益，很多企业对污染处理视而不见。因此，政府应该给予废电池处理厂一定的经济及政策支持。同时应鼓励电池生产厂家，延长二次充电电池的寿命，以减少废二次电池的数量。在寻求经济、环保的废旧电池的处理技术的同时，还应该加强有关废电池危害和环境保护的教育。可以在社区设置便民点，请相关工作人员指导百姓进行电池分类回收。这样可以大大提升工厂处理的效率。6.总结（展望）在社会的发展对环境造成的负担越来越严重的情况下，以废旧电池为代表的废物再生利用技术必将在未来的工业中占有一席之地。政府应当投入一定精力规范回收制度并鼓励化工企业研发性价比更高的回收技术，同时投资研发更高效、环保的电池，争取实现废旧电池回收的产业化，向可持续发展的目标前进。学号：13307110411姓名：董铭心选课代码：ENVI119004.01选课名称：材料与环境6参考文献：[1].瞿兆舟,赵增立,李海滨.废锌锰电池回收处理技术.再生资源研究,2007,4:28—32[2].王子哲,裴启涛.废铅酸蓄电池回收利用技术应用进展.资源再生,2008,5:56—57[3].笪春年.废铅酸蓄电池的回收与利用探讨.当代化工,2009,38(2):194—197[4].史凤梅.废镍镉电池中镉的回收及资源化研究.硕士学位论文.青岛:青岛大学,2004.1—43[5].徐承坤,翟玉春,田彦文.镉镍废电池湿法回收工艺.电源技术,2001,25(1):32—34[6].白晓波,赵东江,马松艳.利用废旧锌锰电池制取锌盐和氧化锌的研究.应用化工,2007,36(8):839—841