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废旧锌锰干电池回收利用


废旧锌锰干电池回收利用
实验目的: 实验目的: 随着各种各样小型电器的普及,电池的使用量与日俱增。在各种电池当中,锌锰干电池 的使用量占了很大的比例。使用完的锌锰干电池若随意丢弃,会对环境造成很大的危害。相 反,对废旧电池进行适当的处理,会得到很多有用的物质。例如,从废旧锌锰干电池中可回 收得到 MnCO3,其用途有:电讯器材用作铁氧体生产的原料,陶瓷颜料、清漆催干剂、肥 料、医药、机械零件、磷化处理、锰盐制造的原料等。本文着重讨论利用废旧干电池制取 MnCO3 的实验。

实验步骤: 实验步骤: 步骤
MnO2 的制备
取 5 号干电池两节,剥去外包装、锌皮、铜帽、纸层,除去碳棒,将剩下的黑色混合物 研碎,加水溶解,用酸调节 pH 约为 2,加热、搅拌、冷却、过滤,用蒸馏水洗至无 Cl ? , 将黑色沉淀转移至蒸发皿中在空气中灼烧,并用玻璃棒搅拌,至无火星时停止加热,得到的 黑色固体即为 MnO2 粗产品。

锰元素的还原
称取以上制备的 MnO2 固体 5g,连接好固液加热型气体发生装置,准备好具有防倒吸 功能的尾气吸收装置,将 MnO2 加入锥形瓶,加入 20mL 12mol/L 浓盐酸,打开磁力加热搅 拌器, 使其反应。 反应过程中会看到有大量黄绿色的气体生成。 待锥形瓶中黄绿色全部褪去, 再加热 5min。将所得混合物过滤,所得滤液即为 MnCl2 溶液。

MnCO3 的制备
将所得的溶液转移至烧杯中,取一滴溶液用 NH4SCN 溶液检测得其中含有 Fe3+,向溶 液中先加 NaOH 溶液,后加氨水,调节 pH=5,使 Fe3+完全生成 Fe(OH)3 沉淀并过滤除去。 将滤液转移至烧杯中,向其中滴加 NH4CO3 溶液,直至 pH 值为 7~8,抽滤,将固体用纯水 洗涤后转移至蒸发皿中,在 80~90℃的水浴上烘干,即得到肉色的 MnCO3 固体。

二价锰含量分析
用分析天平准确称取 0.17~0.20g 所得固体两份,分别加 20mL 水、6mol/L 盐酸,水浴 加热至样品溶解,再加 100mL 水、2mL 盐酸羟胺溶液。用 0.05mol/L EDTA 标准溶液滴定, 近终点时加 10mL 氨-氯化铵溶液(用于控制 pH=10) 5 滴 5%铬黑 T 指示剂,继续滴定至 、 溶液由紫红色变为纯蓝色。

2、实验数据 、
MnCO3 产量:2.73g MnCO3 理论产量:6.61g 2.73g MnCO3 产率: × 100% = 41.3% 6.61g 二价锰含量测定数据: 次数
1 2

m(MnCO3)/g
0.1979 0.1854

V(EDTA)/mL
30.30 28.39

Mn% 43.62% 43.63%

MnCO3% 91.27% 91.28%

3、讨论(讨论较充分) 、讨论(讨论较充分)
从废旧电池中制取 MnCO3 的关键步骤是将+4 价的锰还原为+2 价,还原剂的选择尤为 重要,而本实验中选择了用浓盐酸作为还原剂,与其他方法相比存在着许多缺点: 浓盐酸与 MnO2 反应的方程式为

该反应过程中会生成有毒气体氯气, 若用此方法一方面需在通风橱中进行, 另一方面需要增 加尾气处理装置,增加了反应成本。 ① 为防止氯气从反应容器中逸出, 反应需在密闭容器中进行, 这就增加了对反应仪器的要 求,增加了操作的难度。 ② 反应需在加热条件下进行,加大了浓盐酸的挥发,增加了反应原料的损失。 ③ 浓盐酸与 MnO2 反应的最低浓度为 5.4mol/L[1] ,而实验室提供的浓盐酸的浓度为 12mol/L,随着反应的进行,盐酸不断消耗,且反应中有水生成,所以盐酸的浓度会很快降 低,盐酸的利用率也就大为降低。 ④ 为了使 MnO2 能够充分反应,盐酸必然需要过量很多,这就增大了使后续操作中除铁时 调节 pH 值所需 NaOH 溶液和氨水的用量,再一次增加了反应的成本。 (可以讨论改进措施) 综上所述,使用浓盐酸作为还原剂,不符合环保和经济的要求,不值得提倡。 当然,此还原方法的不可行性并不说明从废旧电池中制取 MnCO3 等有用物质不具有可 行性,因为能将锰从+2 价还原到+4 价的物质还有很多,比如 H2O2、H2C2O4、活性炭等, 本实验室中采用这三种方法的分别是梅刚、马瑞山、马路遥,他们的相关数据如下: 实验者 梅刚 马瑞山 马路遥 还原剂
H 2O 2 H2C2O4 MnCO3 产量 4.43g 4.52g 3.48g MnCO3 产率 67.0% 68.4% 52.6% Mn% 43.89% 44.01% 43.62% MnCO3% 91.83% 92.02% 91.27%

活性炭

这三种还原剂与 MnO2 反应的方程式分别为 MnO2+H2O2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑ MnO2+H2C2O4+H2SO4=MnSO4+2CO2↑+2H2O

从数据的比较和各方法的反应方程式可以看出,使用 H2O2 和 H2C2O4 作为还原剂得到产品

的产量和产率都相对较高,而且这两个反应不会有有毒气体生成,不会对环境造成污染。从 经济的角度考虑, 这两种方法的反应物的用量较易控制, 且不需要过量很多而造成试剂浪费, 反应均在常温下进行,消耗的能量少,这两种方法均适合进行大规模生产。而使用活性炭作 为还原剂,反应需要在高温下进行,而且会有有毒气体 CO 生成,从数据看,产品的产量和 产率也不是很高。 但是该反应也有其优点, 其一还原剂 C 为电池中本身含有的物质 (碳棒) , 原料的成本相对较低,其二生成的 CO 虽是有毒气体,但也是化工生产中一种常用的燃料。 至于反应温度问题,可通过寻求适当的催化剂得以适当解决。

4、综述(结论) 、综述(结论)
废旧电池中所蕴含的丰富资源是显而易见的, 从废旧电池中回收利用有用物质不仅可以 减少其对环境的破坏,还可以从中得到有用的物质。但是,随着技术的发展,电池的种类在 不断增多,针对各种不同的电池,所使用的方法也不尽相同,这就需要化学工作者进行不断 探索。目前,我国在废旧电池的回收利用上做得不够好,没有形成产业化,其原因主要是对 其加工的成本太高,从中所得的利益不大,而且人们在这方面的意识也不够强。要解决这两 个问题, 需要化学工作者和政府有关部门的努力。 废旧电池的回收是一项必要而艰巨的任务, (应有针对本文结果的结论) 我国在这方面的工作才刚刚起步,任重而道远!

参考文献
[1]陈经涛.氯气的制备原理及机理研究.陕西教育学院学报,2000,11:65~68.

鸣 谢

感谢王志斌老师的亲切指导,感谢梅刚、马瑞山、马路遥提供的实验数据。


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