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废干电池


废电池 废干电池的综合利用实验方案 一、实验目的和要求: 1.熟悉无机物的实验室制备、提纯、分析等方法与技能; 2.分析废干电池黑色粉体中二氧化锰、氯化锌、氯化铵、二氯化锰、碳粉的含量;分 析锌片纯度; 3.利用黑色粉体制备二氧化锰、氯化铵,用废锌片制备七水硫酸锌。 分 析氯化铵、二氧化锰、七水硫酸锌的产率和纯度。 二、实验原理及意义:

(1)实验意义: 环境保护是当今国际上最关心的重大课题之一,也是世界各国正在悉心
研究的课题。 关注废旧电池的回收再利用,创建无污染、无公害的绿色环境已迫在眉睫,刻不容缓。目 前,干电池用完后一般都当作垃圾扔掉,使得酸、碱等电解质溶液及重金属对环境造成了 严重的污染。国内年消费量近 80 亿只锌锰干电池,这些存在于生活垃圾中的电池经填 埋及焚烧时,造成水、土壤、空气等严重污染,危害了人们的身体健康。因此,本着保护 环境,节约能源,变废为宝为原则,我们作回收废旧锌锰电池的研究。 (2) 锌锰干电池中发生的化学反应主要为:Zn+2NH4Cl+2MnO2= Zn(NH3)2Cl +2MnOOH

(3) 通过回收的方法初步可以获得:石墨棒,锌片,MnO2,固体 NH4Cl,炭粉,塑料,
沥青,铁帽等。 (4)通过净化、提纯及转化的方法制成实验室常用的药品、试剂(MnO2 固体,NH4Cl 晶体, ZnSO4?7H2O 晶体)。 (5)实验原理: 日常生活中用的干电池为锌锰电池。其负极为电池壳体的锌电极,正极是被二氧化锰 (为增强导电性,填充有炭粉)包围的石墨电极,电解质是氯化锌及氯化铵的糊状物。 在使用过程中,锌皮消耗最多,二氧化锰只起氧化作用,糊状氯化铵作为电解质不会 消耗,炭粉是填料。为了防止锌皮因快速消耗而渗漏电解质,通常在锌皮中掺入汞, 形成汞齐 。 即:锌锰电池包括有 正极碳棒、二氧化锰、乙炔黑、石墨、炭粉,负极 主要是含有少量铅、镉、汞的锌,加入少量铅、镉、汞的目的是降低锌电极的腐蚀速 度。中性锌锰电池的电解质溶液为氯化铵和氯化锌(碱性锌锰电池的电解液为氢氧化 钾)。此外,电池还有封口材料铁、塑料、沥青等和外壳铁、塑料、纸等组成材料。 总体分析流程如下图:

成分测定
1. 锌分析 样品经过酸分解后,用氨水和氯化铵、硫酸铵、高硫酸铵使锌和其他元素分离,在 PH 值 5.8~6.0 的条件下,用硫代硫酸钠掩蔽铜,用氟化物掩蔽铝,以二甲酚橙作指示剂, 用 EDTA 进行锌的滴定。 2. 氯化锌、氯化铵、二氯化锰的含量 在混合体系中加入 Na2S,沉淀其中的锌和锰以及其他杂质。分离沉淀和溶液后分别进 行锰锌和氯化铵的含量测定。 沉淀酸溶解,用碳酸钠沉淀锰,分别获得锰、锌待测物。 以二甲酚橙作指示剂,用 EDTA 进行锌的滴定。 以酸性铬蓝 K 为指示剂,用 EDTA 进行 Mn2+ 滴定。 NH4Cl 含量可以由酸碱滴定法测定,NH4Cl 先与甲醛作用生成六亚甲基四胺和盐酸, 后者可以用 NaOH 标准溶液滴定,有关反应如下: 4NH4Cl+6HCHO=====(CH2)6N4+4HCl+6H2O 3. 二氧化锰的含量 应用草酸盐容量法滴定四价锰的含量。草酸盐容量法是基于在硫酸介质中,用过量的 草酸盐将四价的猛还原成二价后在用高锰酸钾溶液滴定过量的草酸盐,从而计算二氧 化锰的含量。 主要反应式如下: Na2C2O4+2H2SO4+MnO2 ===== MnSO4+Na2SO4+2 CO2 +2H2O 5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4 ===== 2MnSO4+KSO4 + 10 CO2 +8H2O 酸度和光照对本方法影响较大。

产品制备 1. 制备二氧化锰 将电解质先用水溶解,然后过滤,滤渣用水冲洗 2~3 次,冲洗后将滤渣放入蒸发皿中, 先用小火烘干,再在搅拌下用强火灼烧,以除去其中所含炭粉和有机物。到不冒火星 时,再灼烧 5~10 分钟,冷却后,再加水溶解,搅拌后过滤,再烘干滤渣既得二氧化 锰。 2. 制备氯化铵 通过用硫化钠沉淀溶液体系中的锌后,即用结晶的方法制备氯化铵。 氯化铵溶解度 (单位:g/100g 水)

氯化铵在 100℃时开始显著恢复,338℃ 时解离,350℃时升华。 3. 制备七水硫酸锌 用硫酸溶解锌片,通过过滤除去锌中的其他难容物。用结晶方法沉淀制备七水硫酸 锌。 四、实验药品和仪器设备 1. 仪器:剪刀,布氏漏斗,离心机,离心试管,普通试管,电子天平,普通天平,滴 定管,10ml 移 液管,250ml 锥形瓶(3 个),铁架台,100ml 和 250ml 容量瓶,玻璃棒,酒精灯, 三角架,泥三角,蒸发皿,坩埚,电磁炉,洗瓶,广泛 PH 试纸,100ml,200ml 烧杯 (各两个)。 2. 药品:2 个废电池(新华牌 1 号电池),蒸馏水,0.5mol/L Na2S 溶液,甲醛,酚酞, 0.0500mol/L NaOH, 1.8mol/L 盐酸,NaCO3 溶液,0.05 00mol/L EDTA,酸性铬黑 T,二甲酚橙,硫酸溶 液,草酸 溶液, 0.05mol/L 的 4KMnO,2mol/L 氨水,2mol/L 双氧水,三乙醇胺,0.1mol/LNaF, 硫代硫酸钠。

五、实验步骤 1.废电池的成分分析 取 1 个废电池,通过机械分离,分别获得锌皮和黑色固体粉末。锌皮洗净备用。 准确称取 20.00 克黑色固体粉末。用 50ml 蒸馏水溶解,充分搅拌,待固体全部溶解。 减压过滤,用蒸馏水充分洗涤。分别获得滤液,滤渣。 2.氯化锌、氯化铵、二氯化锰的含量测定 向滤液中加入 Na2S,直至溶液中不再有沉淀生成。离心分离,得滤液和滤渣。 氯化铵:将离心分离溶液置于 250ml 容量瓶中定容,取 5.00ml,并加入过量的甲醛 (注意将甲醛的 PH 调至 7),充分反应后,以酚酞为指示剂,用 0.100mol/L NaOH 平行滴定三次。 氯化锌:向离心分离沉淀中加入盐酸使沉淀充分溶解,加入氨水至 PH 约为 10 即可, 离心分离沉淀, 去沉淀,(留溶液测定锌含量)。将滤液置于 250ml 容量瓶定容,取 20.00ml,用 0.0500mol/L EDTA,以铬黑 T 为指示剂,同时加入三乙醇胺, 0.1mol/LNaF,硫代硫酸钠作掩蔽剂进行滴定,平行滴定三次。 锌片中锌的含量:准确称取约 1.09g 锌片,用足量的硫酸溶解,用 250ml 容量瓶定容, 取 20.00ml,用 0.0500mol/L EDTA,以铬黑 T 为指示剂,同时加入三乙醇胺, 0.1mol/LNaF,硫代硫酸钠作掩蔽剂氨水-氯化铵的缓冲溶液进行滴定,平行滴定三 次。 2.产品制备 制备二氧化锰:取过滤所得的滤渣置于蒸发皿中,先用小火烘干,再在搅拌下用强火 灼烧,以除去其中所含炭粉和有机物。到不冒火星时,再灼烧 5~10 分钟,冷却后, 再加水溶解,搅拌后过滤,再烘干滤渣既得二氧化锰。 制备氯化铵:将所剩的分离液置于 100ml 烧杯中,向滤液中加入 Na2S,直至溶液中不 再有沉淀生成。抽滤,除去沉淀(留下备用),取溶液加热蒸发,浓缩至表面有晶膜 为止,冷却、结晶、抽滤、称重。 制备七水硫酸锌:取 5.56g 锌皮,用硫酸溶液在微 热条件下充分溶解。然后加入 3%的双氧水,再加入过量的 NaOH 溶液通过过滤除去 锌中的其他难容物,取溶液加热蒸发,浓缩至表面有晶膜为止,冷却、结晶、抽滤、称 重。 3.产品纯度分析 三种产品可分别按照含量分析中的方法分析纯度。

1. 准确称取 1.000g 氯化铵,水溶,向溶液中加入过量的甲醛,充分反应后,250ml 容量瓶定容。取 0.00ml,以酚酞为指示剂,0.0500mol/L NaOH 滴定。平行三次。 2. 2.准确称取 1.000g 七水硫酸锌(三份),水溶,用 250ml 容量瓶定容,取 20.00ml,用 0.0500mol/LEDT 以铬黑 T 为指示剂,同时加入三乙醇胺, 0.1mol/LNaF,硫代硫酸钠作掩蔽剂和氨水-氯化铵的缓冲溶液进行滴定,平行滴 定三次。 3. 准确称取 0.200g 二氧化锰(三份),并加入适量的甲醛,溶解,并加入 2mol/lH2S04 20ml,充分反应后用 0.05mol/L 的 KMnO4 滴定剩余草酸。平行滴定三 次。 参考文献 [1]. 株洲冶炼厂《冶金读本》编写小组编,《锌的湿法冶炼》,湖南人民出版社, 1973.73。 [2]. 徐金法,《有色金属》,1981.1,8。 [3].华东理工大学化学系,四川大学法工学院合编.分析化学, 2005,(5) [4].周全法, 尚通明.废电池与材料的回收利用.化学工业出版,2004,(1),155-178; [5].综合训练与设计,段玉锋主编,科学出版社,2001 年 8 月第一版 [6].华东理工大学化学系,四川大学化工学院编,分析化学。高等教育出版社,2003 年 7 月第五版


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