废干电池处理中汞的行为研究.docx
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废干电池处理中汞的行为研究
重庆市应用基础研究项目
立项申请书
项目名称：
废干电池处理中汞的行为研究
申请者：
严明英年龄：
37职称：
高级工程师
工作单位：
重庆钢铁研究所（公章）
起止年限：
2002年6月—2003年12月
填报时间：
2002年3月27日
重庆市科委编制
二00二年一月
填写说明
1、凡申报重庆市科委应用基础研究计划的项目须填写此立项申请书。
2、立项申请书由项目的主承担者填写，经项目主承担者工作单位或区、县（自治县、市）科委审查同意后一式三份报送重庆市科委。
3、立项申请书所列内容都要据实填写，表达应明确、完整、严谨、扼要（外文名词要同时用中文表达）。
4、立项申请书一律要求用A4纸张打印，否则不予受理。
重庆市科技计划项目基本信息简表
专项名称
环境污染治理关键技术与设备研究及工程示范
项目名称
废干电池处理中汞的行为研究
承担单位
重庆钢铁研究所
组织部门
重钢集团
单位地址
重庆市江北区溉澜溪
邮编
400025
单位性质
2
1.高等院校2.科研院所3.企业4.其它
工商注册登记类型
1
1.国有2.集体3.股份合作4.联营企业5.有限责任公司6.股份有限公司7.私营企业8.港澳台商投资企业9.外资企业10.其它企业
单位法定代表
姓名
蒋肃增
联系电话
67991674
手机
单位传真
67994238
项目负责人
姓名
严明英
联系
电话
67991364
手机
E-mail
Gangtiey@
项目主要协作单位
计划类别
1
1.应用基础2.攻关3.火炬4.推广5.星火6.产业化7.科技合作
8.软科学9.院士专项10.创新能力建设11.科研院所转制
项目主要服务行业
10
1.农、林、牧、渔业2.制造业3.交通运输、仓储及邮电通信业4.金融、保险业5.社会服务业6.卫生、体育和社会福利业7.教育、文化艺术及广电业8.科学研究和综合技术服务业9.国家机关、政党机关和社会团体10.其它行业
项目所属技术领域
4
1.电子信息2.生物医药3.农业4.环境保护5.新材料6.光机电
7.交通、能源8.社会事业9.其它
起止时间
2002.6－2003.12
总投资
5万元
申请资助
3万元
主要研究内容
（限100字）
废旧电池回收处理的最大困难就是能否经济有效地回收处理干电池，而且无二次污染，尤其是汞的污染。
因此，对废旧电池回收处理过程中汞的行为研究具有深远的意义。
从本所进行的实验室试验中发现，汞在浸出、分离及沉淀过程中的行为很不稳定，形态及分布无明显的规律性，工艺条件的微小变化都会引起汞形态及分布的显著变化。
由于汞在处理过程中的上述行为，使得干电池回收处理中汞的控制十分困难，使汞的二次污染成为干电池回收处理的主要难题。
本项目拟通过了解汞在各处理阶段的存在形态及分布情况，掌握汞在各个处理环节发生的化学反应及其反应机理，为有效控制汞的形态及分布提供理论依据，为制定工艺及工艺参数选择提供理论依据，确保废旧电池处理过程中不产生汞的二次污染。
目前还未见有这方面的研究报道。
预期成果形式或达到的目标
（限100字）
本项目拟通过了解汞在各处理阶段的存在形态及分布情况，掌握汞在各个处理环节发生的化学反应及其反应机理，为有效控制汞的形态及分布提供理论依据，为制定工艺及工艺参数选择提供理论依据，确保废旧电池处理过程中不产生汞的二次污染。
注：
此简表的选择项均为单选项。
一、目的意义、国内外水平、发展趋势和市场需求：
一、废旧干电池回收处理的目的、意义及现状
随着各种轻便电器的大量普及，干电池的消耗量在迅速增长。
自1995年以来，我国电池产销量一直以15％的速度在增长，90年代中期产量就达到了80亿只，目前已成为世界锌锰干电池第一生产大国。
由于干电池中含有较多的有机和无机元素，特别是微量的汞和镉，对环境污染严重，一节小小的纽扣电池就可污染60万升水。
另一方面，组成干电池的主要物质在电池放电过程中仅有很少一部分参加了反应，且也只是形态发生了变化，完全可以回收利用。
据统计，我国每年用于干电池生产的锌约15万吨、MnO2约为25万吨，若能回收利用可见社会经济效益巨大。
干电池使用后丢弃，不仅造成所含有用组分的浪费，而且使空气和土壤受到所含有毒物质的严重污染。
丢入生活垃圾的废干电池随垃圾一起焚烧的过程中，还会引起氯和汞的挥发，造成环境污染。
因此，不论从资源循环利用或环境保护方面考虑，都必须予以回收利用。
世界各国对废电池的回收工作都开展得十分活跃。
瑞士和奥地利早在1967年就建立了废电池的回收体系，是世界上最早开始回收废电池的国家。
日本废物回收与再生利用中心从1984年成立起，即广泛开展废电池的回收与再生利用工作。
德国、比利时、苏联以及美国等国家也先后开展了废电池的回收利用研究。
但迄今为止，各国现有研究成果中，应用于工业生产的成熟的再生利用工艺尚少，许多国家都是进行了回收而未进行综合利用处理。
我国废干电池的回收工作仍处于初级阶段，并且仍在争论中不断探索，但庆幸的是这项工作已经成为我国各级政府和广大公众的良好共识。
国家科技部就将“干电池处理技术”列入2001年度“科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南”中，引导广大中小型科技企业对干电池的处理技术进行攻关；国家环保总局在某企业的支持下也成立了干电池处理的基金，用于研究干电池处理的相关政策。
近20年来，我国陆续有不少科研单位和生产企业对废干电池的回收利用进行了研究，提出了不少回收处理方法，但均未能有效地控制回收处理过程中的二次污染或处理成本。
可以说能否经济有效的回收处理且又能防止二次污染，成为其回收处理技术是否具有实用价值的重要特征。
二、废旧干电池回收处理技术现状
由于锌-锰干电池既有锌合金外壳，又有多种化合物混合组成的电芯和电糊或纸板隔离层，还附加有防漏防潮的沥青、塑料与铁壳等物，且为了延长干电池的存放期，其结构越来越紧密和多样化，封闭越来越坚固。
这就增加了处理工艺的难度，以致利用一般的化学冶金分离方法都不易达到预期的目的。
根据有关报道，目前对干电池综合回收利用所研究的再生工艺主要有以下几种：
（1）破剖与手选法
人工用刀具或机械设备将废电池破开，剔除电芯等物料后选出锌壳回炉，该法劳动强度大、生产效率极低，锌壳回炉冶炼时由于可能附着有汞，易造成二次污染，并危害工人健康。
（2）直接酸浸—结晶法
该法采用盐酸或硫酸等无机酸溶解废干电池，浸出液经净化后，通过结晶法生产锌盐与锰盐。
该法难于对汞进行处理，酸浸后汞仍以单质汞的形式存在，极易造成污染。
另外，干电池均含有强碱性物资，采用酸浸将消耗大量的酸，显然是不经济的。
（3）焙烧—酸浸—电解法
电池经焙烧后，将焙烧产物进行水洗与用硫酸溶解，使锌、锰进入溶液，溶液经净化后进行锌—锰同槽电解，在阴极获得金属锌，阳极产出二氧化锰。
该工艺的主要缺点有：
（a）焙烧量大，汞存在于烟气中，烟气污染严重；（b）MnO2还原率不高，锰的浸出率低；（c）氯的脱除率低，导致锌—锰同槽电解困难；（d）焙烧产物中残存锌粒大小不一，以至浸出过程时间太长；（e）设备投资较大。
（4）电解溶解锌壳法
将锌锰干电池剥去包装纸后作阳极进行电溶解，获得锌粉，锌壳溶解后，剩下物经筛分进行分别回收。
该工艺对于没有外加铁壳的电池处理较为方便。
但是，在电解过程中汞难于控制，还会出现锌壳溶解不均匀、不完全的问题。
电解残余物中汞的回收、控制也难于解决。
从以上介绍中不难看出，几种方法均未能有效地对干电池中的最为有害的元素――汞进行回收或无害化处理。
特别是在焙烧过程中，由于焙烧量较大，燃烧物组成复杂，烟气中同时存在有机废物和无机废物，不容易回收控制汞蒸气。
并且，烟气净化系统投资、占地均较大，且处理效率较低、操作及维护都较困难。
再者，焙烧时干电池中的塑料将放出有毒有害气体，如不能有效控制将造成严重的二次污染。
另外，上述方法中，没有一种方法能对干电池中的有价元素全部回收利用。
三、本所回收处理废旧干电池的技术特点
本着寻找简易的和适应性广的处理方法的目的，自1999年底开始，在对现有处理工艺进行充分研究的基础上，结合本所40多年来进行综合利用的实际经验，我们采取了采用非酸浸出处理废电池的工艺技术并进行了试验室试验，立足点是我所早期开发的复铜料浸出处理技术。
在进行回收处理时，对普通锌锰干电池可直接进行非酸浸出处理，对于外加铁壳的干电池可先进行剪切，再进行非酸浸出处理。
浸出后，锌、铜及镉进入溶液中，氧化锰、乙炔黑以粉状物存在，铁壳、塑料、纸、石墨棒以固态块状物存在。
通过筛分分出铁壳、塑料、纸、石墨棒等块状物料，再通过过滤，将锌与氧化锰等粉状物分离。
溶液中的锌可以通过热分解以氧化锌或其它形式回收。
而在浸出过程中汞主要以络合物形式沉淀进入氧化锰等组成的粉状物中，通过稀酸洗涤将粉状物中的汞络合物转化成汞离子进入溶液，实现汞与渣的分离。
再通过处理形成汞的难溶化合物达到无害化处理的目的。
滤饼主要是氧化锰粉和乙炔黑，经洗涤后的锰粉和乙炔黑，可通过焙烧再生MnO2，返回电池生产线，也可以其它形式回收。
有害元素镉在浸出时进入浸出液中，可通过镉锌分离分别加以回收，
通过试验室试验证实，该工艺切实可行，具有其它工艺无法比拟的优点：
1、采用选择性浸出技术，为各种元素的分离创造了条件；
2、有害元素汞和镉在处理过程中始终得到有效控制或回收，避免造成二次污染；
3、各种元素分离彻底、工艺路线合理可行；
4、设备要求不高（不需耐高温、高压、强酸、强碱等），投资少，操作安全、简单；
5、干电池中的大多数有益元素均能有效回收利用，初步试验证明，锌的回收率达89％，锰的回收率
达90％；
6、无粉尘、有毒有害气体等产生；
7、所有废弃物均可达标排放。
综上可知，废旧电池回收处理的最大困难就是能否经济有效地回收处理干电池，而且无二次污染，尤其是汞的污染。
因此，对废旧电池回收处理过程中汞的行为研究具有深远的意义。
从本所进行的实验室试验中发现，汞在浸出、分离及沉淀过程中的行为很不稳定，形态及分布无明显的规律性，工艺条件的微小变化都会引起汞形态及分布的显著变化。
由于汞在处理过程中的上述行为，使得干电池回收处理中汞的控制十分困难，使汞的二次污染成为干电池回收处理的主要难题。
本项目拟通过了解汞在各处理阶段的存在形态及分布情况，掌握汞在各个处理环节发生的化学反应及其反应机理，为有效控制汞的形态及分布提供理论依据，为制定工艺及工艺参数选择提供理论依据，确保废旧电池处理过程中不产生汞的二次污染。
目前还未见有这方面的研究报道。
二、主要研究内容及预期目标：
（说明研究项目的具体内容并明确重点解决的问题、创新点以及预期要达到的目标等）
一、主要研究内容：
1、通过化学分析及物相分析了解汞在整个流程中的形态及其分布情况；
2、通过模拟及条件试验，研究反应条件对汞的形态及分布的影响。
3、通过热力学、动力学方法，分析研究汞在浸出过程中可能发生的化学反应及其反应的机理。
二、预期目标
本项目拟通过了解汞在各处理阶段的存在形态及分布情况，掌握汞在各个处理环节发生的化学反应及其反应机理，为有效控制汞的形态及分布提供理论依据，为制定工艺及工艺参数选择提供理论依据，确保废旧电池处理过程中不产生汞的二次污染。
三、拟采取的研究方法、技术路线及工作进度安排：
（包括可行性论证，可能遇到的问题及其解决办法等）
一、研究方法
1、进一步调研有关汞及其化合物的物理化学性质、热力学性质、收集相关热力学数据等；
2、对试样及各工序的产出物进行化学分析及物相分析，研究汞的存在形态及分布情况；
3、通过模拟及条件试验，研究反应条件对汞的形态及分布的影响。
4、采用正交法研究、筛选选择性浸出的最佳工艺参数；采用原子吸收光谱分析汞在浸出处理过程中的分布及控制
5、通过热力学、动力学方法，分析研究汞在浸出过程中可能发生的化学反应及其反应的机理。
二、进度安排
2002年6月－9月资料调研
2002年10月－2003年2月条件实验及试样的化学分析和物相分析
2003年3月－5月实验数据及分析数据的分析
2003年5月－9月化学反应及反应机理研究
2003年10月－12月撰写论文，结题。
四、成果提供形式：
本项目是关于废旧干电池处理中汞的性质及行为的研究，通过掌握废旧干电池处理过程中汞存在的形态及分布情况，为有效控制汞的形态及分布提供理论依据，为选择最佳工艺及工艺参数提供理论依据，对废旧干电池的处理具有深远的意义，可通过选择工艺及有效控制工艺参数避免处理废干电池时汞的二次污染，并以适当的形式对汞进行有效的回收。
五、已有研究工作基础及研究条件：
已进行大量资料调研，对国内外废旧电池回收处理的技术工艺作了详细的了解，并在实验室条件进行了一年多的探索性试验，试验结果证明，拟采用的工艺路线切实可行、无二次污染、处理成本较低。
在此基础上对汞的性质及行为进行了初步分析和研究。
六、申请者业务简历及项目组成员：
（包括主要学历和研究工作简历，近期取得的与本项目有关主要科研成果、论著名称及其获奖情况）
申请者业务简历:
严明英，女37岁，高级工程师，1987年毕业于成都科技大学化冶专业。
长期从事有色金属湿法冶炼工艺及科研开发工作，近期研究成果《硫化铜矿的湿法工艺》获国家发明专利（专利号ZL95113004.8）。
撰写的科技论文主要有《硫化铜矿的酸浸工艺》、《全湿法处理高冰镍制取硫酸镍和氧化镍》、《硫化铜矿在酸性氯酸钠溶液中浸出的研究》、《溶剂萃取在硫化铜矿湿法工艺中的应用研究》等。
1999年曾承担市科委的应用基础研究项目《氯酸钠浸出硫化铜矿的机理研究》的研究工作，按期完成，并获得好评。
项目组其他成员情况
姓名
性别
年龄
专业技术职务
所学
专业
工作单位
在本项目中
的分工
每年用于本项目工作
的月数
严逊
男
46
高级
工程师
湿法
冶金
重庆钢铁
研究所
热力学分析
10
张尚斌
男
25
工程师
稀有
金属
重庆钢铁
研究所
物相分析
12
七、经费预算：
（单位：
万元）
项目总经费：
5万元
申请资助金额：
3万元
其他经费来源及金额：
自筹2万元
预算支出内容
资金用途
金额（千元）
计算根据及理由
试验、研究费
20
购买试验用化学试剂等
分析费
15
外协物相分析等
其它
15
资料调研、差旅、论文发表等
八、审查、审批意见：
申请者所在单位审查意见：
同意申报。
单位负责人：
（公章）
年月日
市科委审批意见：
（公章）
年月日
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