国内废旧锌锰电池资源化路径模式研究

回收后的存放的问题，是面临的第一个问题，涉及场地、存放方式、管理等。
第一阶段的第二个环节是电池的分拣分类问题。目前报道的情况多是人工从废旧电池中挑选出所要处理的碱性锌锰电池或者传统的锌锰电池。实际上，从认知与识别角度看，这一挑选过程包括了锌锰电池种类识别、电池尺寸识别、电池形状识别以及电池小类别识别等复杂过程，这些过程都是在人脑瞬间完成后指挥上臂和手完成了一系列复杂动作得到最后的结果。实践证明：在实验室或者以研究为目的时，这种方式是可以的。但是面对成吨或者数十吨、上百吨的废旧电池的时候，人工分拣显然是不现实，而且人工成本急剧上升，对设备和装备来讲，要达到相同的目的就相对复杂得多。为此，我们结合现实的需要设计发明了电池自动分类/分拣设备，先将电池按照尺寸大小自动分类后，再利用统一尺寸电池的种类不同其重量不同的物理特点，结合各自的电磁性差异，进行进一步的分类和分拣，效率是人工的100多倍以上。
2.2.2废旧电池处理模式
第二阶段是用物理或化学方法对废旧电池进行粉碎、溶解、熔融等的破坏阶段。包括废旧电池的破坏、转化、分离、纯化和后处理等环节。目前使用的“一把火”、“一锅煮”或“机械粉碎”方法简单易行，但破碎、粉碎或者高温蒸发、熔炼或化学腐蚀过程，实际上将电池中相对分离的组分变为物理或化学混合物，其存在的破坏路径模式如图2所示。

2.2.3废旧锌锰电池转化模式
转化过程与分离是废旧锌锰电池资源化的重要操作单元。其包括物理分离、化学转化与化学分离过程，物理分离是利用点磁性、比重、尺寸等将粉碎后的电池按照电磁性组分、轻料与重料、粉末与块状等差异进行分离；化学转化与分离是利用溶液中各个组分如锌盐、铁盐、锰盐的性质差异，通过沉淀反应、离子吸附、浮选、结晶等手段进行的转化和分离。
对于废旧电池的化学转化和分离，是湿法和火法处理电池的基本路径，具体方法虽然不同，但具有如图3所示的共同模式。

2.2.4废旧电池处理路径模式示例
按照现有处理技术路径和模式，作者也进行了图4所示的研究，显然是电池第一阶段、第二阶段和第三阶段相结合的湿法处理工艺流程。当用硫酸浸泡锌锰电池后，电池中锌金属、锌氧化物、部分锰氧化物均发生化学反应生成硫酸锌和硫酸锰。这个过程实际上就是化学破坏过程，也是组分的化学转化过程。后继的结晶、分离等是纯化过程，废水、废渣是该工艺流程的残留物。整个过程的锰转化率56%～68%，渣中锰残留量5%～8%。实验过程中有氢气产生，应注意安全。

图5是作者提出的干法、湿法结合处理锰包的工艺流程。主要是利用锰在碱性介质中可以被氧化转化为锰酸钾、高锰酸钾的化学性质，将锰包转化为锰酸钾。

从现有工艺实际效果看，无论用干法、湿法、干湿结合法等，处理的路径都是相对固定的模式，无法取得显著的成效或者实质上的突破。其根本原因在于以下几点：
（1）都是将电池中相对独立的结构组分如外壳、锰包、取电棒、铜帽以及封口物，通过物理或化学方法转变为混合物。这一步决定了后继处理的模式和路径。
（2）混合物形成后，后继的密度、电磁分离或者化学转化与分离，其所用原理是相同或相似的，决定了其路径与模式无法改变。
（3）多金属多组分的分离与纯化，一直是工业上的难题之一。原理的雷同，决定了工艺过程的相似和相同是必然的。
3废旧电池回收处理路径模式的启示
从以上讨论可见：废旧电池回收利用的不同方法之间也有相对类同的模式，决定了研究开发与生产工艺路径选择选择上的相对固定，也决定了创新思维上的定势。要解决锌锰电池回收成本过高（每吨赔2000～4000元）的难题，消除汞、镉、铜、铅等的危害，必须在电池设计、制造源头考虑回收问题。
（1）设计电池时，应该考虑各个组分的相对分离；需要发生接触的，在现有界面隔离层方式解决传质问题的基础上，解决界面物质的粘结问题，以利于后继的分离。
（2）电池包装外壳的设计应该利于开裂与解离，避免现有反扣、焊接等硬结合方式的出现。