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1、探索废旧电池的处理方法 马鞍山二中 蒋万月 蒋朕 刘清 我们的初衷 在人类的发展过程中，环境因素越来越受到人们的重视。回收再利用以成为一种新产品和新工艺开发和生产过程中不可忽视的一个重要方面。 我们之所以选择废旧电池作为我们的研究课题， 一是由于其作为一个极具有危害性，却没有得到很好的处理的物品。作为热衷于环保的学生，我们有责任和义务去宣传废旧电池的危害和普及环保知识。二是我们对中国目前对废旧电池存在着回收难，处理难的问题提出自己的想法和意见并用实验加以证明。鉴于我们的水平和条件限制，所做的观察和思考难免会有疏漏、肤浅之处，请予指导。 电池的危害 锌锰和碱锰电池中的Hg含量
2、 电池种类含汞载体及Hg含量：R20R14R6R03 糊式锌锰电池浆糊，HgCl2 ：0.05%4.5×10-56×10-5 纸板锌锰电池浆层纸，HgCl2 ：1.2g/m25×10-57×10-51×10-51.3×10-5 碱性锌锰电池锌粉, Hg 3%～6% 0.5%～1%0.4%～0.9% 锌锰、碱性锌锰电池是用量最大的民用电池，废弃电池除了汞的污染外，还存在锌、锰、铜等其他重金属的污染。由于使用分散，回收难以管理，废弃电池再生成本较大，加上目前还缺少科学、经济的处理方法，废弃电池一般均作为生活垃圾处理。由于生活垃圾
3、的处理方法不尽相同，其污染方式也不一样。垃圾作堆肥时，废弃电池增加了作堆肥作物产品中的重金属含量。其污染程度取决于废电池在生活垃圾中的比例，当废电池很少时，一般不会构成污染。生活垃圾填埋时，主要污染水系和填埋场附近的土壤，污染程度取缺于填埋是否符合标准，如符合标准，一般也不构成对环境的污染。生活垃圾进行焚烧处理时，废电池中的汞、镉、铅、锌等重金属一部分在高温下排入大气，一部分成为灰渣，产生二次污染。电池虽小，危害却不小。废电池的危害是存在而持久，无论是裸露在大气中，还是深埋在地下，其中含有的汞、鎘、鎳、鉛等重金属， 都会随滲液一起流出，造成对地下水、土壤的再污染； 若采用焚烧处理，則形成蒸汽
4、同时可能催化有害气体的生成，造成大气的污染； 若堆积处理，可能导致料中重金属含量超标； 如果每年任這些废电池随意丟弃，就会严重危害居民及子孙后代的健康。因为从电池里出来的各种有毒金属，通过土壤进入水体，再由水体传给人类的食物链。 但废电池又浑身是宝，其中锌和錳粉就约占某些电池总重量的50％，这些都是可再生利用的物质。 一粒钮扣电池可污染６０万升水，等于一个人一生的饮水量。所以就危害而言，体积几乎可以忽略的钮扣电池却潜伏着更大的危害。 “不要以貌取物”用在钮扣电池上再合适不过了。我想每一个知道钮扣电池危害的人都不会再轻易的毫不负责的丢弃它。 我们的实验 我们
5、自己对处理废旧电池的设计 要求：设备简单，技术要求不高，投入较小，有一定的经济效益维持工厂或设备的运转，起到一定的保护环境的作用。 一、分离Zn 实验室步骤：一部分采用手工分离的方法，一部分直接溶于硫酸〉 溶于硫酸部分：实验设备：体积分数30%的硫酸600毫升三份，500克的废旧电池（民用6号干电池和碱性电池。） 步骤：将废旧电池直接溶于硫酸中。 现象：溶液由澄清变成黄绿色并有大量气泡冒出，反应一段时间后发出噗噗的爆鸣声，推测原因可能是由于硫酸浓度较大，废电池锌皮破裂后与其中的NaOH剧烈反应所致。大约两天后，我们换了三次硫酸（体积分数相同），电池有80%溶解。 手工分离部分
6、将锌筒上的锌片剪成碎片，放在坩埚中强热（锌熔点419度）熔化后小心的将锌液倒入冷水里，得锌粒。该方法可用于实验室里制取锌粒。 提取氯化铵：将手工分离剩余的黑色物质搅拌用水冲洗，放在蒸发皿中蒸发，得白色固体，再加热，利用 “ 升华 ” 收集较纯的氯化铵。 提取铁：由于一部分铁是以单质形式存在，用磁铁吸取其中部分铁单质． 将手工分离余下的固体物质用硫酸溶解与硫酸直接溶解的混合、过滤；分为滤液和过滤物。 反应原理：2R（金属）+2xH+=2Rx++xH2↑ 经环保局测定滤液中各个金属离子含量如下： 金属mg/L Pb Mn Cd Fe Zn 测得数据 6.58 1.
7、47×104 15.3 2.34×104 4.21×104 工业排放三级标准 1.0 5.0 0.1 5.0 对于滤液： 方法一：利用不同的金属在不同PH值条件下形成氢氧化物沉淀分离出不同金属。 Rx++XOH - = R(OH)x↓ 各个金属离子沉淀的ksp值如图一所示： 金属 ＰbOH MnOH CdOH FeOH ZnOH Ksp 步骤：滤液呈黄绿色，PH值< 2
8、 我们用NaOH和PH计逐渐调整 PH值，在PH值=2时，有绿色沉 淀出现，振荡，沉淀溶解；随着
9、 PH增大，沉淀逐渐增多，调整Ph值至强碱性，把悬浊液静置，沉淀浮于水面上，把絮状沉淀滤出，放置空气中，绿色逐渐加深，可能是亚铁生成了三价铁所致。过滤出的滤液呈淡黄色透明溶液，继续加NaOH,溶液中出现黄色颗粒状物质，静置一天后，黄色絮状物沉淀，过滤分为滤液和过滤物。 经环保局测定溶液中离子浓度如图二所示： 金属(mg/L) Pb Mn Cd Fe Zn 测得数据 5.10 3.6×102 10.2 86.55 254 分析：沉淀后，沉淀金属百分比较大，镍和铁等金属的量减少，用加热的方法可使其氢氧化物变成氧化物
10、再用铝热法置换出金属单质，可以回收金属并获得一定的经济效益。 由于金属在溶液中浓度太小，实验室效果不明显，在工业生产中需达到一定的回收量才能有效的回收金属。这就是我们提倡集中回收废旧电池的一个原因。 方法二：加EDTA，与重金属结合使之沉淀，再加入有机溶剂（与水不互溶），萃取EDTA。 分析：鉴于用沉淀方法提取金属的实验室制法效果不明显，我们设想的第二个方案决定放弃。 方法三：用电解法，提取金属物质。 步骤：碳棒做阴极，铁做阳极，通入3V的直流电，进行电解约三十分钟。 反应现象不明显。碳棒上有少量粉沫状金属附着。 Rx+ + OH2OR↓+O2↑+XH+ 分析：有电解法析
11、出金属离子较纯净，溶液中离子浓度较多，不能有效的保护环境，在工业生产中成本较高，设备也有一定的要求。 我们设想可以通过沉淀法和电解法相结合的方法，利用溶液中的金属离子如其中的NiSO4进行电镀， 建立一个小型的电镀车间，获得一定的经济效益。 一些不溶于硫酸的物质如Ag,Pb等用离子交换法回收（这需要一定量的废电池才有效） 针对废旧电池的回收费用和废旧电池的再利用价值，我们可以作一下比较。 一块废旧电池回收后可利用的部分为电池的外壳与内部极群（价值极小的部分忽略不计）。预算如下： 废旧电池价格＝外壳＋极群＝0．1元＋7元＝7．1元； 废旧电池回收费＝回收价＋运输费＋拆卸费＋冶炼费＋其
12、它费＝5 元＋1．2元＋0．26元＋0．5元＋0．3元＝7．26元 每块废旧电池回收差价＝废旧电池价格－废旧电池回收费＝7．1元－7．26元＝－0．16元 通过以上预算不难看出，每只废旧电池回收，企业必须支出0．16 元。 结论：用手工方法分离电池较为经济，但考虑到有毒金属对人体的伤害，建议设计一种机器采取机器分离的方式。将余下的物质溶于酸中，用调整PH值的方法或离子交换法提取其中的有用金属。我们设计的方案基本符合设备要求和经济要求，对回收废旧电池有一定的参考价值。 我们的行动 校园内组织宣传 1．由环保小组成员在课堂上介绍关于回收利用的情况，对学校即将实施的回收废旧电
13、池进行宣传。 2．发动同学参加校内环保小组，利用科外活动时间制作宣传栏，向全校同学宣传少用电池和塑料用品，因为他们很难分解。 3．定期更换宣传栏内容，向同学们普及环保意义。 4．在校内花坛，草地中插宣传标语 在计划确定可行后进行电池回收 1．制作回收电池垃圾箱。选用合适大小的铁皮，制作垃圾箱， 并写上宣传标语。 2．每个班一个，定期集中收集。 3．学校进行评比，看看哪一个班级回收率最高，给予适当的表彰和鼓励，激发同学的回收积极性。 4．开展回收废旧电池兴趣小组，鼓励同学想出新办法回收废旧电池。 旧电池回收需要
14、我们每一个人的努力，对于回收废旧电池的给上层一些建议： 1．以政府名义建立接纳及再利用废电池的责任部门，把全市回收的废电池全部接纳过来。然后提炼可利用物质，使之无害化，并负责宣传回收废电池对防止环境污染的重要作用。如果没有接纳回收废电池的专门机构，群众回收废电池的积极性将会受到打击。所以这一部门极为重要。 2．以各单位（如机关、部队、学校、工厂、商店，大饭店旅馆、街道居民委员会、新建小区物业等）行政系统为中心建立废电池回收网。督促本单位每个成员、居民、业主等，积极回收废电池，由网络负责人（由行政指定责任心强的一人或几人，任此职）回收本单位，本辖区的废电池并将其送到接纳和再
15、利用废电池的责任部门。 3．责成各群众团体（工会、青年团、学生会等）组织，号召各自成员积极参加回收废电池的行动中来。把回收废电池活动纳入各团体组织活动的一项经常内容。 4．由有关单位（市场管理部门）在各小商品市场（特别是外来人口集中的商品市场）组织商贩们把回收废电池的活动开展起来。应把此项任务作为市场管理部门的一项硬任务。 5．农村乡、镇，特别是村委会也应负责农村废电池的回收工作（农村用电池数量也不少），废电池扔在地头对农村水源直接污染更严重（许多地方饮用井水， 因此危害更大）。 6．建立有关回收废电池活动的专门奖惩制度。做得好的予以奖励，差的严惩不怠（废电池
16、毒害太大了，严惩不为过分）。 7．积极向全国人民及国外征集回收旧电池行之有效的新方法，探索回收废旧电池的新途径。保护环境需要每一个人的努力． 我们做了一套综合性的幻灯片，不仅包括了废旧电池回收，还包括了固体废物堆肥及利用废旧工业用料制瓦等，我们之所以选择回收废旧电池作为我们此次课题的中心,目的是想说明即使是像我们这样微小的力量,也可以为环保出谋划策，尽一份力量。 五、各个国家处理方法 池磨碎，然后送往炉内加热，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200法国： 一家工厂就从中提取镍和镉，再将镍用于炼钢，镉
17、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，这种做法不仅花费太大（例如：在德国填埋一吨废电池费用达1700马克），而且还造成浪费，因为其中尚有不少可作原料的有用物质。 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0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。 德国： 德国为加强对废旧电池的管理，实施了废旧电池回收管理新
18、规定。规定要求消费者将使用完的干电池、钮扣电池等各种类型的电池送交商店或废品回收站回收，商店和废品回收站必须无条件接受废旧电池，并转送生产厂家进行回收处理。 据估计，全球每年有320亿节废旧电池被丢弃，仅德国平均每人每年就要消耗10节电池，合计约30000吨，大量丢弃的废旧电池对土壤环境的破坏是严重的。德国环境部门对于新规定能否杜绝乱扔废旧电池的现象，目前还不能肯定，因为在此之前，废品回收站和生产厂家一般只回收含镉、含汞有毒化学成分的电池，而90％的普通锌碳电池和铝镁电池都被作为生活垃圾填埋或焚烧处理。 据德国环境部统计，德国每年回收带有毒性的镍镉电池只有1/3，而2/3的
19、电池被作为生活垃圾处理，每年流入环境的中的汞约8吨、镍400吨、镉400吨。一般来说，要使普通消费者在生活中区分有毒电池或无毒电池并加以处理是困难的，因此新规定要求商店和废品回收站担当起责任。环境部的一个新的思路是对有毒性的镍镉电池和含汞电池实行押金制度，即消费者购买每节电池中含有15马克的押金，当消费者拿旧电池来换时，价格中可以自动扣除押金。 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物，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（
20、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。 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。 《环境保护》创造性学习自我评价表 评价人： 蒋万月
21、 评价时间：02年6月13日 评价内容 评价等第及权重 得分 A（10-8分） B（7-6分） C（5-0分） 学 习 态度 行动表现 （10分） 积极主动 变被动为主动 被动甚至无动于衷 10 认识思索 （10分） 有学习体会记录 有想法，但很少有文字记录 很少考虑 9 学 习 方法 学习方法 （10分） 有自己独特的学习方法 注意吸取好的学习方法 不注意学习方法的改进 9 学习效率 （10分） 科学利用时间 时间利用不够充分 无时间概念 9
22、 学 习体验 参与实践 （10分） 有多种形式的实践活动 能利用现代化手段收集资料 只能在课堂中获取知识 10 过程记录 （10分） 有系统的研究过程记录 有部分研究过程记录 没有研究过程记录 9 学 习 成果 论文总结 （10分） 科学性、理论性强和独特的见解 有论文的框架和丰富的资料 没有成熟的论文或丰富的资料 9 课件作品 （10分） 技术性、创新性强、欣赏价值高 有交流课件或相关图片 无或仅有部分资料 9 学 习 能力 独立性 （10分） 能独立地发现问题，进行立题研究
23、 与同学讨论找到研究的课题 没有感兴趣的课题 9 组织合作性 （10分） 能组织同学或积极配合同学进行课题研究 能主动配合同学进行课题研究 只能做一些辅助工作 9 《环境保护》课题交流与评价表 评价人： 谢靖 评价时间：02年5月28日 课题组 （组长、组员） 城市垃圾情况调查研究报告 （蒋万月、蒋朕、刘清） 评价内容 分值 得分 评语 信息 资料 真实性 10分 10 材料真实可信 丰富性 10分 9 内容丰富 有趣性 10分 6 信息的趣味性不强
24、 课件 作品 科学性 10分 10 报告科学 美观性 10分 9 卷面较新颖美观 技术性 10分 7 制作技巧可进一步提高 语言 表达 逻辑性 10分 10 报告逻辑性强 标准度 10分 9 语言标准 表现力 10分 8 表现力还可加强 团队 风貌 组长安排 10分 9 组长安排合理 组员配合 10分 9 组员配合较好 合作协调 10分 9 体现合作学习 加分 指数 团队精神 10分 9 体现团队精神 实践精神 10分 10 实践能力强 创新精神 10分 4 有一定的创新 综合 等第 优秀 >120 128 优秀 良好 120~100 合格 100~90 不合格 <90 - 9 -
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