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用废干电池生产二氧化锰和七水硫酸锌工艺的研究

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    本文由zhuulee贡献     pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机 查看。     508 ?     化 学 世 界     2005 年     用废干电池生产二氧化锰和 七水硫酸锌工艺的研究     余自明     ( 信阳师范学院化学化工学院 ,河南 信阳 ,464000)     利用和无害化处理 ,显得越来越重要 。 本研究有效解决了废电池污染问题 ,  又为硫酸 锌的二氧化锰的生产拓宽了资源渠道 , 变废为宝 。 该工艺基本上采用了 闭路循环 ,对水中汞 、 镉等离子 进行固化处理 、 消除二次污染 。具有工艺简单  、 投资 小、 成本低 、 操作方便 、 易控制 、 无污染等特点 。 1  锌锰废电 池组成及生产原理 1. 1   废干电池的化学组成 锌锰电池是由锰粉 、 炭棒 、 二 氧化碳 、 锌皮 、 铁 皮、 、 铜帽 氯化铵 、 、 、 、 汞 沥青 电糊 乙炔黑 、  、 塑料 包装 纸等组成 ,其中锌 、 锰占有较大的比例 , 各类电池的 [1 ] 综合成 分分析结果见表 1 。     锌锰干电池由于其贮存和使用寿命较短 , 大都 为一次性电池 ,不能充电再生  , 用完之后 , 被当作垃 圾扔掉 。电池中还含有许多金属和化合物 , 这不仅 浪费了 宝贵的金属资源 , 而且还会产生严重的环境 2 污染 ,一节一号锌锰电池能使 1 m 的 土地失去使用 价值 ,一只钮扣电池能污染 60 万升水 。电池中的 汞 、 、 、 、  , 其毒性已为人类所共识 。对废电 镉 铅 锌 锰 池的处理已引起人们广泛关注 。特 别是电池的综合     表1  各类电池的综合成分分析结果     主要成分 含量Π% 锌     13~27     锰     14~28     镉     0. 010     铅     0. 1~0. 3     汞     0. 004     铁     23~26     铜     0. 5~0. 7     -     碳     5~6     其它     13~44     1. 2   生产原理     Mn     2+     + 2OH → (OH) 2 Mn     通过简单的机械处理 , 将电池中各组分进行最 大在限度的分离 , 从而使整个 处理过程得到简化 。 再分别对锌皮和锰粉进行湿法处理 ,通过预处理 、 浸 取、  净化等工序制出产品 。 预处理是用洗液对锌皮和锰粉进行浸泡 , 将其 中的可溶性 物质 ( ZnCl2 , HgCl2 ,NH4 Cl , 淀粉 , 金属离 子等) 溶解 ,使锌和锰粉得到初步 净化 。 生产二氧化锰的主要化学反应 : + 2+ MnO2 + 4H + 2Cl → Mn + Cl2 ↑+ 
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2H2 O     MnO + 2H → Mn 2Cl     + 2+     Mn (OH) 2 + H2 O2 → MnO2 ↓+ 2H2 O     生产硫酸锌的主要化学反应 : Zn + H2 SO4 → ZnSO4 + H2 ↑     2Fe Fe     2+     + H2 O2 + 2H → 2Fe     2+     +     3+     + 2H2 O     +     3+     + 3H2 O → (OH) 3 ↓+ 3H Fe     M + Zn → Zn + M ↓ (M 主要为 Pb ,Cd ,Hg 等) 2Zn     2+     2+     + CO3 + H2 O → 2 (OH) 2 CO3 ↓+ 2H Zn     2-     +     2  工艺流程     + H2 O     + 2+     + Mn2 O3 + 6H → 2Mn     + Cl2 ↑+ 3H2 O     工艺流程包括预处理 , 二氧化锰生产和硫酸锌 生产三个部分 。各部分流程见 图 1 、 2 、 3 所示 。 图 图     图1  预处理工艺流程     图2  二氧化锰生产工艺流程     3  主要工艺简介 3. 1   二氧化锰生产工艺     图3  七水硫酸锌产品生产工程流程     经预处理后的锰粉 ,加入稀盐酸 ( 31 %) 溶解 ,同     第8期     化                学 世 界     2+     509 ?     时搅拌 ,5 h 后过滤 , 除去不溶物 。滤液加入工业双 氧水 ,调 pH = 4. 5~ 5. 2 ,分离 Fe ( OH) 3 沉淀 ,然后用     NaOH 溶液 , 调 pH = 8. 0 ~ 9. 0 , 生成二氧化锰沉淀 。     汞齐 。为了加速 Cd 的置换反应 , 减少复溶 , 需要 控制温度在 70° 置换  。因锌和镉的电位非常接* , C 相差仅为 0. 36V , 因此 , 置换过程要加入过量的 锌 [3 ] 粉 。充分反应后过滤 ,残渣中镉 、 汞等重金属要进 行处理 ,以免产生二 次污染 。 ( 3) 溶解 、 结晶 将从洗液中产生的碱式碳酸锌 , 缓慢加入稀 硫酸溶 解 , 并进行搅拌 , 至 pH = 6. 0 左右 , 停止加 入 ,滤掉溶液中微量不溶物 。再 加热蒸发滤液至饱 和 , 冷却结晶 。经离心脱水 , 烘干可得到七水硫酸 锌。     3. 3   硫酸锌产品品质     [4 ]     经过烘干 ,活化 , 可得到纯度较高的二氧化锰产品 。 浸取中产生的氯气经验 却液化后回收 。 3. 2   硫酸锌生产工艺 ( 1) 浸取 、 氧化 经预处理后的锌皮  , 杂质含量低 , 用 25 %稀硫 酸浸取 , 反应速度快 , 浸出率高 。pH = 4. 0 左右  , 搅 拌速度 50 rΠ , 反应时间 4 h , 过滤后 , 加入 H2 O2 , min 氧化除铁 ,p
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H 控制在 4. 2~5. 0 ,加热搅拌 30 min ( 2) 置换     [2 ]     。     置换是保证七水硫酸锌纯度的关键工序 , 其目     的在于有效的除汞 、 、 镉 铅等离子 。利用 Zn 、 、 , Pb Cd 2+ 2+ 2+ H g 电位差将母液中 Cd ,Pb , Hg 置换成镉 、 、 铅     采用本工艺生产的硫酸锌 ,按照国家标准检验 , 其结果如表 2 所示 。     表2  产品品质检验结果     氧化物     0. 200 Pb 0. 010 Fe 0. 010 Mn 0. 04 Cd 0. 005     项目     ZnSO4 ? 2 O 7H 98. 0     不溶物     0. 040     检验结果     由结果可见 ,本法生产的产品 ,各项指标均达到 3 HG T2326 - 92 化工行业标 准 。 Π 4  产品用途 二氧化锰可重新用于生产干电池和炼钢作合金 原料 。另外  ,还可作为化工生产的原料 ( 陶瓷 、 ) 锰盐 脱色剂 、 氧化剂 、 催化剂 、 油 漆油墨的干燥剂等 。 硫酸锌在人造纤维 、 电解 、 电镀 、 材料 、 农药 、 化  工试剂等工业中 ,具有广泛的用途 。 5  结束语 废干电池潜在的极大危害 , 人们 日益增强的环   ( 上接第 464 页)     [7 ]   Anson F C , Ni Ching2long , Saveant J M. Reduction of O2 to H 2 O2 as catalyzed by cobalt ( Ⅱ ) methylpyridyl ) porphyrin[J ] . J Amer  Chem Soc , 1985 ,107 : [8 ]  Henny S W , Bard A C. Investigation of charg e2transport 344223450.     保意识以及电池中可观的再生资源 , 将日益突出废 干电池综合利用的必要性和 急迫性 。本法既可减轻     HG T2326 - 92 3 Π     ≥ 0 97.     ≤ 050 0.     开 发 清 洁 工 艺  保 护 生 态 环 境     Tetrakis ( 42 N2     pHΠ g? - 1 5 L 4. 0     ≥ 0 3.     ≤ 600 0.     ≤ 010 0.     ≤ 01 0.     ≤ 020 0.     ≤ 010 0.     废电池的污染 ,生产有价值的产品 ,符合可持续发展 战略 。并且工艺简单 、  成本低 、 无污染 、 易控制 、 经济 效益显著 ,是一项值得推广的环保项目 。  参考文献 :     [1 ]   李明恺 ,等 ,中国资源综合利用 [J ] . 2001 , (12) :18. [2 ]    郑自强 ,等 ,氯化锌生产中控制 pH 值的探讨 [J ] . 辽宁     化工 ,1994 , (1) :17.     [3 ]     ,高安全 ,利用锌渣生产七水硫酸锌 [J ] . 开封大 赵 萍     学学报 ,1999 , (7) :24.     [4 ]   柴希娟 ,等 ,从废干电池回收锌生产纳米氧化锌粉 [J ] .     再生资源研究 ,2003 , (5) :15.     mechanism in Nafion polymer modified electrode [J ] . J Am Chem Soc , 1982 ,104 :4811. [9 ]   Bard A J , Faulkner L R. Sons , Inc. 1980 :213. E lectrochemical Methods Fundamentals and Applications [ M ] . New Y : John 
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