本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種廢鋅錳電池的回收利用方法。

背景技術(shù)：

隨著人類社會能源需求的不斷增長，電池作為一種便攜式能量儲蓄器，在社會和人們的日常生活中所占的比例越來越大，與此同時產(chǎn)生的廢舊電池量也是日漸增多，這些廢棄的電池如不適當處理，會給人們的生活環(huán)境帶來嚴重危害。

鋅錳電池(目前主要是堿性鋅錳電池)是最常用的一次電池，使用方便，應(yīng)用廣泛，是產(chǎn)銷量都很大的一類電池，每年產(chǎn)量達到近十億支，其占電池總量的90％以上。堿性鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負極，氫氧化鉀為電解液，堿性鋅錳電池由于不含汞，沒有被國家歸為危險廢棄物，不進行回收。但堿性鋅錳電池中含有強堿性物質(zhì)氫氧化鉀，除此之外還含有錳與鋅的化合物，隨意丟棄或填埋對周圍環(huán)境特別是地下水也會產(chǎn)生很嚴重的污染。除此之外，鋅錳電池中含有大量的有價鉀、錳、鋅、銅等元素，而我國是鋅礦和銅礦資源缺乏的國家，隨意丟棄造成了資源的浪費。

根據(jù)相關(guān)文獻報道，我國每年報廢鋅錳電池超過70萬噸，若能全部回收利用，可再生錳超過50萬噸、鋅10萬噸、銅50萬噸，是相當可觀的資源。因此，對廢舊鋅錳電池進行回收利用，既減少了環(huán)境污染，又可以使鋅、錳等金屬資源再生利用。但截至目前為止，尚未有一種可行的廢鋅錳電池的回收方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對廢鋅錳電池難以有效回收利用的問題，本發(fā)明提供一種廢鋅錳電池的回收利用方法，該方法通過人工分揀，水溶液溶出氫氧化鉀，真空鋁熱還原實現(xiàn)廢鋅錳電池中不銹鋼、銅、氫氧化鉀、鋅和錳的分離，達到低成本綜合回收利用資源的效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種廢鋅錳電池的回收利用方法，包括如下步驟：

(1)、電池的拆解

采用機械將廢鋅錳電池剖開，人工分離各種物質(zhì)，并作相應(yīng)回收處理，將電池中間的銅電極或石墨電極取出回收銅或石墨，鋼殼送冶煉廠回收鋼；將電池中填充的物質(zhì)取出放入水中，攪拌將填充物中的塑料膜從水溶液中取出去除；

(2)、溶出氫氧化鉀

將放置有電池填充物的水溶液加熱到30～90℃，攪拌溶出，溶出0.5～5h后，將水溶液過濾，過濾得到濾液和濾渣；

(3)、煅燒

將得到的濾渣洗滌兩次后，烘干，然后在500～1000℃的溫度下煅燒2～10h，使濾渣中的錳和鋅全部轉(zhuǎn)化為二氧化錳和氧化鋅，同時使其中的碳燃燒以二氧化碳的形式逸出去除；

(4)、混料制團

煅燒后，將煅后料放入到磨料裝置中磨細至100目以下，向磨細的煅后料中配入還原劑，混合均勻后進行制取團塊，制團過程的制團壓力為40～100mpa；

(5)、真空還原

制取的團塊放入到真空還原罐，真空還原罐放入到加熱爐內(nèi)加熱到900～1250℃，在真空度為0.1～50pa的條件下進行真空熱還原；物料中的氧化鋅在高溫和真空的條件下被鋁或碳還原成為金屬鋅，金屬鋅以蒸氣的形式被蒸餾出來，并被抽到還原罐的冷端重新結(jié)晶，結(jié)晶的鋅經(jīng)重熔后獲得純金屬鋅，二氧化錳在高溫下被鋁或碳還原成金屬錳。

所述的廢鋅錳電池的回收利用方法，還包括步驟(6)金屬鋅和鋁錳合金的熔煉：

還原結(jié)束后，將結(jié)晶器取出，并取下結(jié)晶器上結(jié)晶的金屬鋅，將結(jié)晶的金屬鋅放入到感應(yīng)爐或電阻爐內(nèi)進行重熔，重熔后獲得純的金屬鋅；而還原后剩余的還原渣磨細至100目以下后，與鋁粉配料混合均勻，其中鋁粉的配入重量與還原渣中錳的重量比值為0.5～4:1，將混合料放入到電阻爐或感應(yīng)爐內(nèi)在1000～1300℃的溫度下熔化，熔化后將上部渣撈出，底部合金熔體即為鋁錳合金。

步驟(6)中，將底部合金熔體鑄錠，上部渣主要為氧化鋁，用于作為耐火材料的原料。

步驟(6)中，鋁粉的加入重量根據(jù)所要制取的鋁錳合金中的含鋁量確定，鋁錳合金中的含鋁量越多，則鋁粉的配入量越高，最終制取含鋁量為5～90wt％的鋁錳合金；當制取鋁錳合金中的鋁含量較少時，獲得的鋁錳合金不能以液體形式流到還原罐內(nèi)坩堝底部，不能與渣分離，此時需要將還原罐內(nèi)的坩堝取出后放入到另一個電阻爐內(nèi)在1300～1500℃的溫度下，將坩堝內(nèi)的錳鋁合金熔化與渣分離，制取的鋁錳合金作為鋁合金的中間合金使用。

步驟(1)中，水與填充物的液固比例在2:1～10:1。

步驟(2)中，濾液進行蒸發(fā)濃縮獲得氫氧化鉀產(chǎn)品，濾渣主要為錳和鋅的化合物。

步驟(4)中，還原劑為鋁粉或碳粉，還原劑鋁粉和碳粉的粒度為100目以下。

步驟(4)中，還原劑的配入量根據(jù)煅后料中的氧化鋅和二氧化錳的含量確定，還原劑的配入重量為理論配入重量的0.9～1.1倍。

步驟(4)中，當以鋁為還原劑時，配料過程中還原劑鋁粉的配入重量為理論配入重量的1.1～4.0倍，此時還原過程中，還原生成的金屬錳與多余的鋁形成鋁錳合金；當鋁粉配入重量低于理論配入重量的1.5倍時，生成的鋁錳合金為固態(tài)，此時獲得的含有固態(tài)的錳鋁合金的還原渣需要從真空還原爐內(nèi)取出，在感應(yīng)爐或電阻爐內(nèi)在1300℃以上的溫度下進行熔化制取高錳的鋁錳合金，或者再次與鋁粉配料進行熔化制取高鋁的鋁錳合金；而當還原過程中鋁粉配入重量高于理論配入重量的2.5倍時，生成的鋁錳合金為液態(tài)，與還原渣中的氧化鋁自然分層分離，此時還原結(jié)束后不需要再進行二次熔化。

步驟(5)中，還原罐為豎罐結(jié)構(gòu)，且還原罐內(nèi)有裝料坩堝，坩堝材質(zhì)為氧化鋁或氧化鎂或二氧化硅或陶瓷；加熱爐為電阻爐或燃氣爐。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

本發(fā)明提供了一種廢鋅錳電池的回收利用方法，該方法通過人工分揀，提取不銹鋼和銅，通過水溶液溶出氫氧化鉀，通過真空鋁熱還原從電解質(zhì)中提取鋅和錳，最終獲得不銹鋼、銅、氫氧化鉀、金屬鋅、鋁錳合金和富氧化鋁渣等產(chǎn)品，實現(xiàn)了廢鋅錳電池中有價物質(zhì)的全部回收利用，且處理過程中沒有廢氣、廢水、廢渣等二次污染。

附圖說明

圖1為實施例1和實施例2中所采用的工藝流程圖。

圖2為實施例3中所采用的工藝流程圖。

具體實施方式

在具體實施過程中，廢鋅錳電池的回收利用方法按以下步驟進行：

1、電池的拆解

采用簡單的機械將廢鋅錳電池剖開，人工分離各種物質(zhì)，并作相應(yīng)回收處理，如將電池中間的銅電極或石墨電極取出回收銅或石墨，鋼殼送冶煉廠回收鐵。將電池中填充的物質(zhì)取出放入水溶液中，攪拌將填充物中的塑料膜從水溶液中取出去除。其中，水與填充物的液固比例(水的體積與填充物的重量比)在2:1～10:1。

2、溶出氫氧化鉀

將放置有電池填充物的水溶液加熱到30～90℃，攪拌溶出，溶出0.5～5h后，將水溶液過濾，過濾得到濾液和濾渣。濾液進行蒸發(fā)濃縮可獲得氫氧化鉀產(chǎn)品，濾渣主要為錳和鋅的化合物。

3、煅燒

將得到的濾渣洗滌兩次后，烘干，然后在500～1000℃的溫度下煅燒2～10h，使濾渣中的錳和鋅全部轉(zhuǎn)化為二氧化錳和氧化鋅，同時使其中的碳燃燒以二氧化碳的形式逸出去除。

4、混料制團

煅燒后的濾渣主要為二氧化錳和氧化鋅，此時將煅后料放入到磨料裝置中磨細至100目以下，然后向磨細的煅后料中配入一定量的還原劑(還原劑為鋁粉或碳粉)，還原劑的配入量根據(jù)煅后料中的氧化鋅和二氧化錳的含量確定，其還原機理如式(1)和式(2)所示，還原劑的配入重量為理論配入重量的0.9～1.1倍，上述還原劑鋁粉和碳粉的粒度為100目以下，采用的鋁粉和碳粉為市購工業(yè)產(chǎn)品。然后混合均勻后進行制取團塊，制團過程的制團壓力為40～100mpa。

2al+3zno＝al2o3+zn(1)

4al+3mno2＝2al2o3+3mn(2)

5、真空還原

制取的團塊放入到真空還原罐，真空還原罐放入到加熱爐內(nèi)加熱到900～1250℃，在真空度為0.1～50pa的條件下進行真空熱還原。物料中的氧化鋅在高溫和真空的條件下被鋁或碳還原成為金屬鋅，金屬鋅以蒸氣的形式被蒸餾出來，并被抽到還原罐的冷端重新結(jié)晶，結(jié)晶的鋅經(jīng)重熔后可獲得純金屬鋅，而二氧化錳也在高溫下被鋁或碳還原成金屬錳。

6、金屬鋅和鋁錳合金的熔煉

還原結(jié)束后，將結(jié)晶器取出，并取下結(jié)晶器上結(jié)晶的金屬鋅，將結(jié)晶的金屬鋅放入到感應(yīng)爐或電阻爐內(nèi)進行重熔，重熔后可獲得純的金屬鋅。而還原后剩余的還原渣主要成分為金屬錳和氧化鋁，將該還原渣磨細至100目以下后，與鋁粉配料混合均勻，其中鋁粉的配入重量與還原渣中錳的重量比值為0.5～4:1，將混合料放入到電阻爐或感應(yīng)爐內(nèi)在1000～1300℃的溫度下熔化，熔化后將上部渣撈出，底部熔體即為鋁錳合金，將底部合金熔體鑄錠，上部渣主要為氧化鋁，用于作為耐火材料的原料。

采用該方法回收處理電池的過程中，當以鋁為還原劑時，配料過程中鋁粉的配入重量也可高于理論配入重量的1.1倍，還原劑鋁粉的配入重量可以為理論配入重量的1.1～4.0倍，此時還原過程中，還原生成的金屬錳與多余的鋁形成鋁錳合金，當鋁粉配入重量低于理論配入重量的1.5倍時，生成的鋁錳合金為固態(tài)，此時獲得的含有固態(tài)的錳鋁合金的還原渣需要從真空還原爐內(nèi)取出，在感應(yīng)爐或電阻爐內(nèi)在1300℃以上的溫度下進行熔化制取高錳的鋁錳合金，或者再次與鋁粉配料進行熔化制取高鋁的鋁錳合金，而當還原過程中鋁粉配入重量高于理論配入重量的2.5倍，生成的鋁錳合金為液態(tài)，與還原渣中的氧化鋁自然分層分離，此時還原結(jié)束后不需要再進行二次熔化。

上述方法中所采用的還原罐為與工業(yè)皮江法煉鎂相似的還原罐，但還原罐為豎罐結(jié)構(gòu)，且還原罐內(nèi)有裝料坩堝，坩堝材質(zhì)為氧化鋁或氧化鎂或二氧化硅或陶瓷。上述方法中所用的加熱爐可以為電阻爐，也可以是燃氣爐。

上述方法中，步驟6中鋁粉的加入重量根據(jù)所要制取的鋁錳合金中的含鋁量確定，鋁錳合金中的含鋁量越多，則鋁粉的配入量越高，最終可制取含鋁量為5～90wt％的鋁錳合金。當制取鋁錳合金中的鋁含量較少時，獲得的鋁錳合金不能以液體形式流到還原罐內(nèi)坩堝底部，不能與渣分離，此時需要將還原罐內(nèi)的坩堝取出后放入到另一個電阻爐內(nèi)在1300～1500℃的溫度下將坩堝內(nèi)的錳鋁合金熔化與渣分離。上述方法中，制取的鋁錳合金可作為鋁合金的中間合金使用。

下面，通過實施例對本發(fā)明進一步詳細闡述。

實施例1

如圖1所示，本實施例廢鋅錳電池的回收利用方法如下：

取廢鋅錳電池1000g，用機械將廢鋅錳電池剖開，將電池不銹鋼皮、電池芯與電池內(nèi)的電解質(zhì)部分分離出來，將不銹鋼皮放入到感應(yīng)爐內(nèi)熔化獲得約100g鋼，將電池芯熔化獲得約10g銅。

將電池中的填充電解質(zhì)放入水溶液中，攪拌將填充物中的塑料膜從水溶液中取出去除。其中水與填充電解質(zhì)的液固比例約為(水的體積900ml：填充物的重量890g)為1:1。溶解后過濾，將濾液蒸發(fā)結(jié)晶獲得約20gkoh固體。過濾的濾渣放入到電阻爐內(nèi)在600℃的溫度下煅燒2小時，煅燒后濾渣粉碎至100目后，配入300g鋁粉，然后在60mpa的壓強下制團，制取的團塊放入到真空還原罐內(nèi)，在1100℃和真空度為1pa的條件下還原2小時，獲得200克結(jié)晶鋅和950g還原渣。還原渣粉碎后配入700g鋁粉，然后在電阻爐內(nèi)在1200℃的溫度下熔化，熔化后將上部的渣撈出后，鑄錠，獲得1030g鋁錳合金，鋁錳合金中含錳38wt％。

實施例2

如圖1所示，本實施例廢鋅錳電池的回收利用方法如下：

取廢鋅錳電池1kg，用機械將廢鋅錳電池剖開，將電池不銹鋼皮、電池芯與電池內(nèi)的電解質(zhì)部分分離出來，將不銹鋼皮放入到感應(yīng)爐內(nèi)熔化獲得100g鋼，將電池芯熔化獲得10g銅。

將電池中的填充電解質(zhì)放入水溶液中，攪拌將填充物中的塑料膜從水溶液中取出去除。其中水與填充電解質(zhì)的液固比例約為(水的體積1800ml：填充物的重量890g)為2:1。溶解后過濾，將濾液蒸發(fā)結(jié)晶獲得20gkoh固體。過濾的濾渣放入到電阻爐內(nèi)在600℃的溫度下煅燒2小時，煅燒后濾渣粉碎至100目后，配入100g石油焦粉，然后在100mpa的壓強下制團，制取的團塊放入到真空還原罐內(nèi)，在1200℃和真空度為1pa的條件下還原2小時，獲得200克結(jié)晶鋅和700g還原渣。還原渣粉碎后配入500g鋁粉，然后在電阻爐內(nèi)在1250℃的溫度下熔化，熔化后將上部的渣撈出后，鑄錠，獲得0.93kg鋁錳合金，鋁錳合金中含錳45wt％。

實施例3

如圖2所示，本實施例廢鋅錳電池的回收利用方法如下：

取廢鋅錳電池1kg，用機械將廢鋅錳電池剖開，將電池不銹鋼皮、電池芯與電池內(nèi)的電解質(zhì)部分分離出來，將不銹鋼皮放入到感應(yīng)爐內(nèi)熔化獲得約100g鋼，將電池芯熔化獲得約10g銅。

將電池中的填充電解質(zhì)放入水溶液中，攪拌將填充物中的塑料膜從水溶液中取出去除。其中水與填充電解質(zhì)的液固比例約為(水的體積1900ml：填充物的重量890g)為2:1。溶解后過濾，將濾液蒸發(fā)結(jié)晶獲得約20gkoh固體。過濾的濾渣放入到電阻爐內(nèi)在600℃的溫度下煅燒2小時，煅燒后濾渣粉碎至100目后，配入800g鋁粉，然后在60mpa的壓強下制團，制取的團塊放入到真空還原罐內(nèi)，在1200℃和真空度為1pa的條件下還原2小時，獲得200克結(jié)晶鋅和1689g還原渣。還原渣分為兩層，上部為富氧化鋁渣，下部為鋁錳合金錠，其中鋁錳合金錠重969g，含錳為43wt％。