[发明专利]一种以废旧锌锰电池生物淋滤液为原料制备锰锌铁氧软磁体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以废旧锌锰电池生物淋滤液为原料制备锰锌铁氧材料软磁体的方法，属于固体废物资源化处理技术领域。

背景技术

锌锰电池是当今产量最大、用量最多、价格最低的电池类型，广泛用于照相机、收录机、对讲机、游戏机、玩具、遥测器、报警器、计算器、手电筒等仪器设备的电源供给，尤其是在我国这样的发展中国家。作为一次电池，锌锰电池的使用寿命与其他可多次充电的二次电池相比低了许多。因此，世界各地每年都有数量巨大的废旧锌锰电池产生并进入环境。据估计，全球锌锰电池年消耗量约400亿只，占电池总消耗量的50%。锌锰电池中锌和锰含量大致为22%和26%；按400亿只计算生产所需锌62万吨及二氧化锰90万吨，两项价值近30亿美元。大量的废旧锌锰电池排入环境，不但造成严重的生态危害和健康威胁，而且导致极大的资源浪费和有价金属流失。从废旧锌锰电池中回收锌锰离子既具环境效益又具经济效益，废旧锌锰电池的资源化处理一直是固体废物处置领域的热点课题。

废旧锌锰电池中有价金属锌锰的回收早期采用火法冶金。该工艺流程简单、金属回收效率高、无复杂前处理过程，但投资巨大、能耗极高、技术要求苛刻，存在严重大气污染，目前已基本被淘汰。当前，湿法冶金是处理包括废旧锌锰电池在内的各种废旧电池的主流工艺。即通过高浓度强酸如硫酸、硝酸和盐酸的高温酸释作用辅以特定的氧化还原反应从废旧锌锰电池浸提锌锰离子，再通过电积、沉淀、萃取等工艺将锌锰离子分离纯化并制取相应的单质态或化合态物质如电解锌、二氧化锰、氯化锌/锰、硫酸锌/锰、碳酸锌/锰等。与火法冶金相比，湿法冶金能耗减小、技术要求减低、二次污染减轻。但这种以高浓度强酸为工作介质的湿法浸提对设备材质和安全的要求依然很高；而且需要加入大量还原性物质如H₂O₂才能获得锰的还原浸提，这又大幅增加了溶释成本。另一方面，回收产品如硫酸锌、电解锌、二氧化锰、碳酸锰等价格较低，导致其回收利用的经济效益几乎为零。浸提过程的高成本和回收产品的低价格使得现有湿法工艺难以被市场接受。因此，环境污染小、浸提成本低、产品价格高、具有良好市场接受度的废旧锌锰电池资源化处理新技术急待研究。

软磁材料是现代电子工业中重要的功能材料，在宇航、通信、自动控制、广播电视、计算机技术等方面应用广泛。锌锰铁氧软磁材料更以高磁导率、高电阻率、低损耗率以及卓越的机械加工性能、良好的化学稳定性、易于模压成型等特性成为应用最广的软磁材料；而高档锌锰软磁材料的市场价格已超万元/吨。目前锌锰铁氧软磁体制备主要采用干法，其以Fe₂O₃、ZnO和MnO或铁、锌、锰的金属盐为原料通过研磨、干燥、煅烧、初步实现铁氧体化；后经二次研磨、干燥、造粒获得锌锰铁氧体颗粒；再经颗粒粘结、成型、烧结处理获得工业产品。虽然工艺简单、操作简便、配料易于调整，但前驱体纯度要求严、合成温度高、混合难度大，以致能耗大、成本高、均一性差。近年来，以含高浓度锌锰离子的废旧锌锰电池酸浸液为前驱体，通过共沉淀法制取锌锰铁氧软磁材料得到广泛研究，成为废旧锌锰电池资源化处理的重要方向。

以废旧锌锰电池酸浸液替代高纯度Fe₂O₃、ZnO和MnO或铁、锌、锰的金属盐为前驱体制备锌锰铁氧软磁材料，可以大幅减低材料制备成本；而且液相共沉淀法反应温度低、过程易于控制、产品均一性好。此工艺将污染严重的废旧锌锰电池制成高纯度、高磁通、高价值的锌锰铁氧软磁材料，显示出极好的应用前景。但如前所述，用于锌锰铁氧软磁材料制备的锌锰浸提液源于废旧锌锰电池的高温强酸溶释，耗酸量大、浸提成本高、操作条件苛刻、存在安全隐患；而且高价态锰的溶释还需加入高浓度有机或无机还原剂，导致浸提成本进一步增加。最近，经济高效、绿色环保、节能低耗的生物淋滤技术被用于包括废旧锌锰在内的多种废旧电池中有价金属的浸提，有望替代以化学强酸为工作介质的传统湿法冶金工艺，被成为新一代湿法冶金技术。通过淋滤菌株的直接或间接作用，废旧锌锰电池中锌锰离子在常温常压的温和条件下得以高效溶释。所以，以生物浸提液为前驱体通过共沉淀制备锌锰铁氧软磁材料对于废旧锌锰电池的资源化处理具有重要意义。但生物浸提液与化学浸提液的组成存在很大不同，前者除含有高浓度锌锰离子之外还含有多种可溶性培养液组分以及微生物代谢产物。应用生物浸提液作为前驱体制备锌锰铁氧软磁材料未见报道。

发明内容

本发明目的是为了解决现有锰锌铁氧软磁材料制备方法存在的成本高、能耗大和均一性差的问题，提出一种以废旧锌锰电池生物淋滤液为原料制备锰锌铁氧软磁材料的方法。