[发明专利]用废旧锌锰电池制备锌锰软磁铁氧体的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物的资源化领域，尤其涉及一种用废旧锌锰电池制备锌锰软磁铁氧体的方法。

背景技术

锌锰干电池是一种一次化学电源，具有价格便宜、储存性能好等特性，广泛应用于低功率便携式设备，如钟表、遥控器、收音机、照相机等。近年来，二次电池如锂离子电池、镍氢电池因为能量密度和功率密度高、使用成本低在频繁使用的较大功率便携设备中广泛取代了锌锰干电池。

尽管如此，锌锰电池在电池市场中仍占有相当大的份额，每年有大量的废旧电池产生。锌锰电池有两类，一类使用氯化铵和氯化锌作为电解质，在市场上称为碳性电池、酸性干电池或普通干电池（以下称为酸性电池）；一类使用氢氧化钾为电解质，在市场上被称为碱性电池。一般地，碱性电池比普通电池能量密度高，放电功率大，但价格也要高许多。

早期生产的电池为第一类，其中含有一些汞、镉等高危害性金属元素作为减轻锌腐蚀的缓蚀剂。这造成了干电池的污染一度被夸大，结果各大城市设立了电池回收桶，一些民间环保组织收集了大量的废旧电池。很快人们发现废旧电池堆积如山而不能很好的处理，或者即使处理也会造成二次污染。最近几十年来，世界各国掀起的无汞化运动已经使锌锰干电池中含汞、镉量大大降低，最新生产的电池中已不再使用汞和镉。人们对干电池中汞污染的担心被消除，结果又走向了另一个极端。认为将干电池混入生活垃圾是无害的。我国政府因此也建议在没有更好的资源化方法之前，先将干电池混入生活垃圾进行堆埋处理。

不过，锌锰电池中包含的大量锌、锰、铁金属元素以及其它添加元素如铟等仍引起了许多注意。已有众多的研究探讨了这些元素的回收和再利用问题，目前国内外也有一些企业从事相关的生产。例如，深圳格林美公司在湖北荆门新建了一个工厂，使用废旧干电池生产氧化锌、锰铁合金等等。瑞士Batrec公司也用废旧锌锰干电池生产金属锌、氧化锌、锰铁合金等等。在政府补贴的帮助下，二者都有一定的经济效益和社会效益。

总的来说，已有的锌锰电池再利用方案除了上述用火法还原来获得金属锌、氧化锌和锰铁合金以外，也有人考虑了市场上存在的两种锌锰电池的不同之处。例如，中国专利CN101104890A公开了一种回收碱性锌锰电池中铟的方法；CN1880273A和 CN1357936则公开了制备锌锰铁氧体的方法；CN 1321224C则公开了从废旧锌锰电池分离和提纯锌和二氧化锰的方法。所有这些专利各有侧重，方法各异，有一定的可行性。

发明内容

本发明提供了一种可以把两类废旧锌锰电池分开的方法，以及把其中各种成分，包括外壳、内容物、电解质、集电体用物理方法分离，并以分离获得的电池内容物为原料制备锌锰软磁铁氧体的方法。该方法考虑了不同时期制造的电池中含有的添加成分分离提纯的问题，使整个过程不产生二次污染，所有成分高效率地转化为有用的材料，为废旧锌锰电池的资源化提供了一条低成本的路线。

本发明所述的用废旧锌锰电池制备锌锰软磁铁氧体的方法利用废旧电池的锌和锰用于制备软磁铁氧体；铁质金属、锌皮、铜帽和Hg、Cd、Ni、In四种金属得到了回收；含碳物质被燃烧以获取热能。具体包括下述步骤：

1）  将从各种渠道收集来的废旧电池使用机械筛分的方法分为不同大小与形状的电池，然后使用磁选的办法分离为酸性电池、碱性电池和其它电池。所述其它电池为二次电池和纽扣电池。本发明只处理前两种，它们都是锌锰电池。用水清洗电池外壳。

2）使用机械方法把酸性和/或碱性废电池破碎，通过水洗，筛分或旋流分离，把体积较大的铁皮外壳、锌筒、铁盖、封口沥青、各种塑料件、碳棒、铜帽和粉末状的电池内容物分离开来。

原则上，酸性电池和碱性电池应该分开处理。这样可以利用碱性电池中的碱液。但是，如果碱性电池数量较少，也可以将他们混合处理。此时，因为下述反应可能会产生一些氨气。需要用水吸收：

                            NH₄Cl+ KOH = NH₃ + H₂O + KCl

较大颗粒的固体材料包括铁质外壳、铁盖、铁帽、锌筒、铜帽、碳棒、封口沥青和塑料件。使用磁选的方法去除铁质成分，锌筒因为体积较大可以筛分，其它物件可以通过水沉浮或旋流分离。小颗粒的锌片、铜帽、沥青、碳棒等沉于水面下方，塑料等浮于水面上方，将它们捞出；电池内容物中的固体粉末与水形成包含锌和锰的化合物、碳粉和电解质溶液的悬浊液。