基于真空技术的废旧锌锰干电池干湿法综合处理技术

在确定各种废旧锌锰干电池成分的回收方式时，必须先了解他们在干电池中的作用和形成的废弃物质形态，以及各自在废旧干电池的分布，最后确定回收处理工艺和方法。
3.1氯化铵的回收处理工艺方法
3.1.1氯化铵在锌锰电池中的作用
氯化铵(NH4Cl)在电池中的作用有三：1)作为活性物质，它直接参加电池反应；2)作为电解质；3)它可以降低正极附近的pH值，改善电池的放电性能。氯化铵只在制造普通锌锰干电池时加入(碱性锌锰干电池的制造不需要氯化铵)。氯化铵在糊式干电池中是以溶液的形式存在于电糊中。在纸板式干电池中，氯化铵是以溶液的形式浸入纸板中。它在干电池中的含量与氯化锌相比较少。
3.1.2氯化铵在废旧锌锰干电池中的分布
废弃没多久的普通锌锰干电池中，氯化铵主要存在于内部粉状物质中。
废弃时间比较久的普通锌锰干电池，由于外包装破损，电解液渗漏，使得外包装纸、塑料等上面有少量氯化铵。在混合回收的干电池中，由于电解液渗漏，使得碱性锌锰干电池外包装上也有少量氯化铵。
氯化铵在废旧普通锌锰干电池中的另一种电化学反应产物是Zn(NH3)2Cl2，它存在于内部粉状物质中，它是废旧普通锌锰干电池长期放电后的一种产物。
3.1.3氯化铵的回收处理新工艺方法
氯化铵的回收可以利用它的易挥发性，在加热蒸发过程中将其回收。
1)氯化铵的回收处理工艺。由机械装置将废电池外层物质剥离，经筛选后将中心物质(包括：包装纸、塑料、纤维、黑色粉末、电解液、锌粉、碳棒、铜棒、铜帽等)，送入真空设备进行加热，蒸馏分离，冷凝回收氯化铵。
电池剥离物经筛选后，将外层物质另送真空设备，进行蒸馏分离，冷凝回收氯化铵。
对于存在于废旧普通锌锰干电池中的Zn2(NH3)Cl2，在真空加热时容易分解：
Zn(NH3)2Cl2=ZnCl2+2NH3↑
对分解后产生的NH3，在真空设备中也被回收处理。
2)氯化铵的回收处理时机。由氯化铵的物理性质可知，它在常温下就极容易挥发，所以在真空中，稍微加热蒸发便可送入氯化铵冷凝器冷凝回收。
回收时，由氯化铵的饱和蒸汽压决定回收效率，饱和蒸汽压p与温度之间的关系可按如下公式计算：
lgp=A-B/(t+C)[10]
式中：p为饱和蒸汽压，Pa；t为回收温度，℃；A=9.3557；B=3703.7；C=232。经计算得：
t=100时，p=0.0159Pa；t=200时，p=808.075Pa；t=300时，p=33025Pa。
因此，氯化铵在常压下，加热至100℃时开始显著挥发，加热至350℃升华，沸点为520℃。所以，当真空炉的工况在200℃，压强为700～800Pa时，氯化铵被蒸发分离完毕，停止对氯化铵的冷凝回收。
Zn(NH3)2Cl2中分解的NH3回收，在回收氯化铵后，用水吸收，得到氨水。
3.2汞及其化合物的回收处理新工艺方法
3.2.1汞在锌锰电池中的作用
汞在锌锰干电池的制造过程中主要以氯化汞(HgCl2，也称升汞、氯化高汞)或氧化汞的形式存在，它在电池中起缓蚀作用，阻止或减少锌负极在电液中的腐蚀，它在电液中遇锌后生成锌汞齐。
3.2.2汞及其化合物在废旧锌锰干电池中的分布
锌锰干电池中汞的分布是比较分散的，在浆层纸、电解质、碳棒、锌皮、铜帽、铜棒、锌粉、锰环、等物质中都含有汞，经研究发现既便是新普通锌锰电池和碱性锌锰电池，其中汞不仅仅存在于制造时的汞载体中，也或多或少存在于电池各组分中，随着腐蚀程度的不同，电池各组分中的汞含量会发生变化[11]。
3.2.3汞及其化合物的回收处理工艺方法
汞是有毒的物质，而且在电池中的分布极为分散，汞的回收问题应该是在整个废旧锌锰干电池回收处理工艺设计与设备设计中需要重点研究的课题之一。
1)汞及其化合物的回收处理工艺的选择。常见的废旧锌锰干电池回收处理工艺是将废旧电池进行简单拆解后，经水洗后直接回收利用。由于纯汞和氧化汞不溶于水，水洗只能去除粘附在表面的少量汞和氧化汞，大部分仍存在于锌皮或锌粉中[11]。
含汞废物处理回收常用的方法有干法、湿法两类。
湿法，多用酸浸出，然后用还原法、硫化法处理得到汞盐或汞，将其分离。湿法有很多的不足，比如难于控制浓酸的加入量、反应产物的成分多样化、消耗金属粉末、产生酸性有毒气体等。
许多学者认为干法在汞的回收上比湿法要好。
而普通干法在常压下燃烧，通过除尘器后，加硫收集汞，但由于在常压下燃烧时，干电池中的各种成分易于氧化，如铁、铜等，增加了废旧电池氧化物的还原量，能源消耗较大。如果直接回收利用氧化物，其经济效益非常有限，直接废弃将造成二次环境污染。
2)汞及其化合物的回收处理工艺方法。本项目研究中，对于汞及其化合物的回收处理，采用真空加热干法处理回收汞。主要工艺流程为：经专用分离机械分离电池外层金属物质，将中心剩余物质和外层金属物质分别送入真空分离设备，在加热到300～350℃，30～40Pa压强下保压蒸馏4h[12]，分解蒸发分离汞及其化合物，并经汞冷凝器回收Hg。