程家蓉　潘　倫　陳先玉　許　新

[摘 要]隨著手機(jī)的普及,廢舊手機(jī)電池已成為電子垃圾的一個(gè)特殊種類,目前手機(jī)電池主要有Cd-Ni,MH-Ni和鋰離子三種電池,Cd-Ni電池其主要污染物是Ni、Cd 和KOH,鎳氫電池其主要污染物是Cd、Cu 和KOH,鋰離子電池其主要污染物是Co 、Mn和有機(jī)電解質(zhì)。由此帶來的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題也日益突出。

[關(guān)鍵詞]廢舊手機(jī)電池 現(xiàn)狀 Cd-Ni電池 MH-Ni電池 鋰離子電池

作者簡(jiǎn)介:程家蓉(1975-),女,重慶市沙坪壩,講師,研究生 研究環(huán)境化學(xué),單位:重慶醫(yī)藥高等專科學(xué)校。

一、廢舊手機(jī)電池的危害

廢舊手機(jī)電池對(duì)環(huán)境和人體健康造成的危害主要來自于其中含有的酸、堿等電解質(zhì)溶液和重金屬。目前我國廢舊手機(jī)電池主要是與生活垃圾一起采用填埋、焚燒、堆肥等方法進(jìn)行處理,而廢電池若隨生活垃圾共同處理將會(huì)給環(huán)境和人類帶來極大的潛在危害。

當(dāng)廢舊電池被丟棄在自然界或者是與生活垃圾混在一起填埋堆放時(shí),外層金屬被腐蝕后內(nèi)部的重金屬和酸堿等泄露出來,進(jìn)入土壤或水體,然后通過各種途徑進(jìn)入人的食物鏈。廢舊電池對(duì)人體健康的危害主要表現(xiàn)在其所含的少量重金屬元素,進(jìn)入土壤的重金屬的遷移過程為:重金屬→土壤→微生物→農(nóng)作物→食物→人體神經(jīng)系統(tǒng)→沉積發(fā)病。表1 簡(jiǎn)要說明了廢電池中主要重金屬對(duì)人體健康的危害。

二、廢舊手機(jī)電池的回收現(xiàn)狀

(一)國外廢舊手機(jī)電池的回收現(xiàn)狀

目前,一些發(fā)達(dá)國家在廢舊手機(jī)電池回收方面有著非常完善的體系。通過制定嚴(yán)格的法律、對(duì)消費(fèi)者征稅等措施來保證廢舊手機(jī)電池的回收。丹麥?zhǔn)菤W洲最早對(duì)廢舊電池進(jìn)行循環(huán)利用的國家,從1996年丹麥就開始回收鎘鎳電池,其具體做法是:電池按銷售單價(jià)0.9美元/只電池的回收費(fèi)用售出,從回收費(fèi)中按17.6美元/千克支付給電池回收者。1997年鎘鎳電池的回收率就已達(dá)到了95%。日本回收處理廢棄電池一直走在世界前列,早在1993年就開始回收電池。其中二次電池的回收率也已達(dá)84 %。采用的方法是在各大商場(chǎng)和公共場(chǎng)所放置回收箱,依靠電池生產(chǎn)企業(yè)的贊助實(shí)施回收。目前回收的廢電池93 %由社團(tuán)募集方的垃圾清掃公司從事電池回收業(yè)務(wù)。美國是廢舊電池管理方面立法最多最細(xì)的國家, 并建立了完善的回收體系, 擁有多家廢舊電池回收公司,其中著名的當(dāng)推RBRC公司。該公司是美國規(guī)模最大的電池回收公司, 是一家非盈利性的民間環(huán)保機(jī)構(gòu), 得到了200多家鎳鎘電池生產(chǎn)商的贊助。一方面它在美國和加拿大設(shè)立大量的回收點(diǎn), 回收用過的鎳鎘電池。該公司還設(shè)計(jì)制作了專門的電池回收箱和帶拉鏈的塑料回收袋, 分發(fā)給各地的電池回收商和社區(qū)的垃圾回收站。另一方面, 加大對(duì)中小學(xué)生的教育, 培養(yǎng)他們的環(huán)保意識(shí)。為此, 該公司特地制作了一套有關(guān)電池的科普材料和錄像帶, 免費(fèi)贈(zèng)給中小學(xué)校, 供上科技常識(shí)課時(shí)用。

(二)國內(nèi)廢舊手機(jī)電池的回收現(xiàn)狀

而目前,在我國對(duì)于廢舊手機(jī)電池的回收沒有制定具體的政策和法規(guī),我國至今還沒有建立一套完整的廢電池回收體系。對(duì)于任何種類的廢電池都沒有按照危險(xiǎn)廢物來管理,絕大部分廢舊手機(jī)電池被當(dāng)作普通生活垃圾來處理。其次,居民們對(duì)廢舊電池危害認(rèn)識(shí)不足,沒有形成普遍的自覺收集、自覺上交的意識(shí),廢舊手機(jī)電池回收率低。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步加強(qiáng),廢舊電池的無害化處理和資源化利用逐漸得到重視,目前廢電池的回收網(wǎng)絡(luò)基本上是某些單位、個(gè)人自發(fā)建成的,回收工作也僅限于在部分城市開展,如北京、上海、杭州和深圳等地。這些城市均加強(qiáng)了廢電池的收集管理,并出臺(tái)了一系列環(huán)保法規(guī),其廢電池回收途徑基本形成,但回收上來的廢舊電池不及已銷售電池的十分之一。除了回收數(shù)量難以保證之外,廢舊電池回收后還存在難處理的問題。由于缺乏合理的后續(xù)處理和處置措施,收集到的廢電池只能由有關(guān)部門簡(jiǎn)單堆存起來,或者重新混入生活垃圾中進(jìn)行填埋處理,不僅不能解決其潛在的環(huán)境污染問題,還增加了城市生活垃圾的處理和處置難度,因此急需相關(guān)的處理政策和處理技術(shù)來解決廢舊電池污染問題。

三、廢舊手機(jī)電池的處理技術(shù)現(xiàn)狀

(一)Cd - Ni電池的回收處理技術(shù)

這幾年淘汰的Cd - Ni電池?cái)?shù)量巨大。廢鎳-鎘電池有多方面的用途,回收涉及面很廣, Cd - Ni電池回收工處理藝主要有火法冶金回收和濕法冶金回收兩種。但應(yīng)用較廣泛的是濕法回收。濕法回收工藝如下:

火法冶金回收工藝是利用各種金屬的沸點(diǎn)不同,將廢電池溫度升高到900℃ ～ 1000℃,鎘開始揮發(fā),鎳留下來,最后產(chǎn)品為Fe - Ni合金,它可以作為不銹鋼原料。此工藝只能粗略地將鎘回收,工藝簡(jiǎn)單,但能耗太大,如回收不當(dāng)還會(huì)造成環(huán)境污染。

(二)MH-Ni電池的回收處理技術(shù)

因?yàn)锳B2和AB5合金成為電動(dòng)汽車應(yīng)用中最好的選材之后,一直都在研究,所以這方面的技術(shù)也相對(duì)比較成熟。

1.AB2型MH - Ni 電池的回收

AB2型MH - Ni 電池由于含有的元素比較多,宜采用直接法回收金屬。此法是將廢電池加入硝酸中浸出,浸出的渣再放入鹽酸中進(jìn)行第二段浸出,硝酸浸出液進(jìn)行溶液萃取和碳酸鹽沉淀以除去鐵和痕量的金屬,之后再回收草酸鎳和草酸鈷。鹽酸浸出液用DLEHPA 萃取,萃取之后萃余液用碳酸鉀使鐵沉淀,之后回收草酸鎳和草酸鈷,兩種流液的最終溶液可以通過其他工藝回收鐵和鎘。

2.AB5型MH - Ni 電池的回收

AB5型MH - Ni 電池的材料為多組分金屬間化合物,主要是典型化合物L(fēng)aNi5。而且稀土與其它元素在鹽酸系統(tǒng)中能達(dá)到最佳效果,所以AB5浸出液選用鹽酸。用鹽酸浸出液除去稀土磷酸鹽之后,用溶劑萃取法,沉淀法或兩者結(jié)合的方法回收剩下的鎳和鈷。

(三)鋰離子電池的回收處理技術(shù)

鈷是一種稀有的貴重金屬,在鋰離子電池中的含量相對(duì)較高,因此對(duì)廢舊鋰離子電池,主要是回收其中的鈷等金屬。近年來,我國在廢舊鋰離子電池回收浸出處理技術(shù)方面的研究,也取得了一些進(jìn)展,目前廢舊鋰離子電池的回收技術(shù)可歸為三類: (1)浸出回收技術(shù);(2)煅燒與浸出相結(jié)合的回收技術(shù);(3)其它的回收方法。

1.浸出回收技術(shù)

主要包括電池破碎或剝離、酸(鹽酸、硝酸及硫酸等) 浸出和分離

(沉淀、絡(luò)合及萃取等方法) 等過程。操作條件溫和,浸出溫度一般低于80 ℃,但浸出液成分復(fù)雜,分離步驟較多。其主要的工藝流程如圖1所示。

2.煅燒與浸出相結(jié)合的回收技術(shù)

主要包括破碎(或剝離) 、焚燒、熱處理和浸出分離等過程,特點(diǎn)是工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,但該方法的熱處理能耗較高,電解液和電極中其他成分通過燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸嫉葰怏w及其他有害成分(如五氧化二磷等) ,會(huì)造成二次污染。Sony 公司采用的工藝有所改進(jìn),先在較高的溫度下焚燒廢舊鋰離子電池,再用濕法回收鈷,燃燒產(chǎn)物隨煙氣排放。廢舊鋰離子電池回收技術(shù)存在成本高、廢液廢氣二次污染、電解質(zhì)回收和資源回收率不高等問題,應(yīng)向降低成本、無二次污染和資源回收率高的方向發(fā)展。

3.其它的回收方法

(1)直接回收鈷酸鋰

用特定的有機(jī)溶劑使鋰電池正極材料中的鈷酸鋰從鋁箔上溶解下來, 直接分離鈷酸鋰和鋁箔, 鋁箔經(jīng)清洗直接回收, 所用的有機(jī)溶劑通過蒸餾方法脫除粘結(jié)劑, 實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。從正極上分離下來的正極活性材料在高溫下去除極片中的聚偏氟乙烯( PVDF) 和碳粉等雜質(zhì), 直接回收鈷酸鋰。

(2)電化學(xué)還原法

用電化學(xué)還原法使LiCoO2和碳粉分離。由于LiCoO2中的Co3+被還原為Co2+, 使得鋰從LiCoO2中釋放出來, 嵌入在碳粉中的鋰也得以釋放。鈷和鋰分別以固體CoO和LiOH 溶液的形式分離出來, 可作為制備新電極材料使用。

(3)電解質(zhì)的回收

童東革、賴瓊鈺等提出采用碳酸丙烯脂( PC) 回收電解質(zhì): 在液氮的保護(hù)下, 將廢電池切開, 取出活性物質(zhì), 將活性物質(zhì)置于碳酸丙烯脂等電解質(zhì)溶劑中浸泡一段時(shí)間, 浸出電解質(zhì)。回收的電解質(zhì)根據(jù)情況進(jìn)行凈化, 回收LiPF6。

到目前為止,國內(nèi)對(duì)廢舊電池還沒有完善的回收處理措施,在相關(guān)技術(shù)上的研究也剛剛起步,僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段,與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。因此,當(dāng)務(wù)之急是該研究工作應(yīng)向?qū)嵱没较虬l(fā)展,盡快開發(fā)出安全、有效、經(jīng)濟(jì)的廢電池處理技術(shù)。

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