基于真空技术的废旧锌锰干电池干湿法综合处理技术

摘要：在机械分离废旧干电池外层金属分离技术基础上，提出了一种基于真空技术的干湿法废旧锌锰干电池综合处理工艺技术方法，它具有回收利用率高、能耗小、二次污染小、设备投资少的优点，利于中小城市乃至城镇对废旧干电池的处理与回收利用，具有较大的经济效益和社会效益。可供从事相关领域研究的技术人员参考。
关键词：废旧干电池；回收处理；真空技术
0引言
我国是一个干电池生产、消费大国。自从1980年我国干电池生产量超过美国跃居世界第一以来，2003年我国电池产量已达262亿只，一次性电池产量为246.03亿只，仅锌锰电池的出口量就达181.5亿只[1]。干电池的生产每年都要消耗大量的矿产资源，而我国是矿产资源比较贫乏的国家，如果能将废电池中的金属资源回收利用，必将延缓我国资源消耗的速度。据初步测算，如将我国每年报废的干电池回收30%，那么就可回收锌3万t、MnO2 5万t、汞15t，价值达4～5亿元人民币[2]。
废电池虽小，随意丢弃，却危害很大，造成极大的环境污染。在废旧锌锰干电池中含有很多有害物质，如汞、镉、铅、锌、锰、废碱等，它们严重威胁到人们的健康，关系到子孙后代的生存与发展。
因此，研究废旧电池处理与资源回收利用技术，有利于节约和再利用资源，减少环境污染，改善人类生存环境，形成节约型、可持续发展型的循环经济，符合国家长期稳定可持续发展的战略目标，具有巨大的经济效益和社会效益。
1国内外研究应用现状
常用的废旧干电池的处理回收利用技术主要分为干法、湿法、干湿法3大类。
干法：也称高温分解法，可分为常压冶金法和真空冶金法。基本原理是在高温下使废旧干电池中的金属和化合物氧化、还原、分解、挥发和冷凝，优点是过程中不引进新的杂质，回收产品纯度较高、除汞效果好，缺点是能耗大、设备费用高。此法在瑞士、日本、瑞典、美国等国家得到了广泛应用。
湿法：基于废干电池中的金属及其化合物易溶于酸的性质，先将其溶解，溶液用于生产化工副产品硫酸锌、硫酸锰等或将溶液净化后经电极生产Zn、MnO2等。优点是设备投资少、操作费用较低；缺点是加入化学物质多、产品纯度低，工艺流程长，可能会产生二次污染。德国、奥地利等国采用此法建立了废干电池处理回收工厂。
干湿法：将干法与湿法结合起来，利用各自的优点，避免各自的缺点，形成新的废旧电池处理回收利用工艺技术和方法，世界上也有不少国家正在研究或使用这种方法对废旧电池实施处理回收利用。
国内研究起步较晚，取得了一定的研究成果，获得了一些新的废旧电池处理回收利用技术和方法，但工业化利用程度和推广应用较少。国内具有代表性的废旧电池处理回收利用工艺技术主要有：焙烧-浸出法[3]；利用废旧电池生产化工产品氧化锌与电池级二氧化锰的工艺[4]；选矿法处理废干电池[5]；利用废干电池生产锌锰复合肥工艺[6]；利用废旧干电池生产硫酸锌和立德粉工艺[7]；多次酸浸法[8]；利用废电池回收锌、锰，生产出口饲料级一水硫酸锌及碳酸锰工艺[9]。
2基于真空技术的废旧干电池回收处理技术
干法中的真空冶金法，具有除汞效果好、不引进新的杂质，回收产品纯度较高、对环境的污染小。不足之处：为了回收干电池中的铁、二氧化锰要在高温下还原，能耗高。有些金属可通过其他相对简捷的方法回收，却也在真空中长期加热，增加了处理量和能耗。
湿法的优点是设备投资少、操作费用较低。单纯的湿法有不足之处；汞的回收不彻底，工艺复杂流程长，处理过程中所形成的化合物，可能产生二次污染。本研究课题的重点是有机地结合干法与湿法的优点，避免其不足。与传统的干湿法处理技术相比。
其特点在于先采用专用机械分离设备，分离废旧干电池外层金属(约占废旧干电池金属含量的80%)，通过初步筛选成中心物质和外层物质，采用真空法先分离回收低熔点金属和易蒸发的有害化合物，再筛选、水洗分离回收可再利用金属和其他物质，最后采用湿法处理分离残渣中的高熔点金属和有害物质。在整个处理过程中，对废旧电池处理回收利用效率高、能耗小、设备投资少，利于中小城市乃至城镇对废旧干电池的处理与回收利用，具有较大的经济效益和社会效益。
处理技术的基本工艺流程如图1所示。

图1处理技术基本工艺流程
在图1所示流程中，真空处理包含有真空蒸馏分离、真空热解、真空热还原冶金等处理工序，是本研究有效处理有害物质的关键工序之一。
3废旧锌锰干电池所含各种成分的真空回收工艺方法
本研究所提出的真空回收工艺方案是以低能耗、低污染、低成本的方式，处理与回收废旧锌锰干电池的资源和有害物质，并回收其中高价值的物质如：电解二氧化锰、金属锌、铁、铜等，并达到节能减排、资源再利用的目的。