湿法冶炼废旧锌锰干电池回收工艺研究(2)
1.1.2锌锰干电池
锌锰电池是由锰粉、炭棒、二氧化锰、锌皮、铁皮、铜帽、氯化铵、汞、沥青、电糊、乙炔黑、塑料、包装纸等组成，其中锌、锰占有较大的比例。
（1） 酸性锌锰干电池
酸性锌锰干电池是以锌筒作为负极，并经汞齐化处理，使表面性质更为均匀，以减少锌的腐蚀，提高电池的储藏性能，正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。正极材料中间插入一根碳棒，作为引出电流的导体。在正极和负极之间有一层增强的隔离纸，该纸浸透了含有氯化铵和氯化锌的电解质溶液，金属锌的上部被密封。这种电池是19世纪60年代法国的勒克兰谢（Leclanche）发明的，故又称为勒克兰谢电池或炭锌干电池。
电池表达式为：（－）Zn|NH4Cl（20%）ZnCl2|MnO2，C（+）
尽管这种电池的历史悠久，但对它的电化学过程尚未完全了解，通常认为放电时，电池中的反应如下：
正极为阴极，锰由四价还原为三价：2MnO2+2H2O+2e→2MnO(OH)+2OHˉ
负极为阳极，锌氧化为二价锌离子：Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2H﹢+2e
总的电池反应为：2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2
（2） 碱性锌锰干电池
碱性锌锰干电池(简称为碱锰电池)在结构上采用与普通锌锰电池相反的电极结构，增大了正负极间的相对面积，采用高导电性的碱性电解液，正负极采用高能电极材料，所以，碱锰电池的容量和放电时间是同等型号普通电池的3～7倍，低温性能两者差距更大，碱锰电池更耐低温，而且更适合于大电流放电和要求工作电压比较稳定的用电场合。碱性锌锰干电池是在1882年研制成功，1912年就已开发，到了1949年才投产问世。人们发现，当用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。
它的电池表达式为：（－）Zn︱KOH，K2[Zn(OH)4]︱MnO2，C（+）
它的电极反应如下：
正极为阴极反应：MnO2+H2O+e→MnO(OH)+OHˉ
MnO(OH)+H2O+OHˉ→Mn(OH)4
Mn(OH)4+e→Mn(OH)4
负极为阳极反应：Zn+2OHˉ→Zn(OH)2+2e
Zn(OH)2+2OHˉ→Zn(OH)42ˉ
总的电池反应为：Zn+MnO2+2H2O+4OHˉ→Mn(OH)42ˉ+Zn(OH)42ˉ
1.2电池的使用情况
目前，环境保护是国际上最关心的重大课题之一，也是世界各国正在悉心研究的课题。电池被人们称为“电的罐头”，它可产生光、声、电、热、力等能量，给人们的生活带来很大方便。其中，干电池不仅适用于手电筒、半导体收音机、收录机、而且也适用于国防、科研、电信、航海、航空、医学等国民经济中的各个领域，十分好用。随着生活水平的提高，电池的使用量和废电池的数量亦随之大幅上升。废旧电池对环境的污染已是一个不争的事实，关注废旧电池的回再利用，创建无污染、无公害的绿色环境已迫在眉睫，刻不容缓。废旧电池对环境的污染主要是酸、碱等电解质溶液及重金属的污染。其重金属污染特别是汞，废弃电池中所含汞会逐渐渗入土壤、地下水中，污染环境；通过食物链进入植物和动物体内，则会引起人的积蓄中毒，有害于人体健康。人轻微中毒会出现记忆力衰退、嗜睡、头昏、失眠等精神障碍，严重时会出现舌和手指震颤、耳聋、失明、神经失常甚至死亡。20世纪50年代，日本熊本县水俣湾附近，由于一家氮肥厂将含有甲基汞的废水大量排放到水俣湾，水俣湾附近渔村的渔民摄入富集在鱼类和贝类中的甲基汞而引起中枢神经疾病，所以又称水俣病。水俣病至今没有有效的治疗方法，患者大多残疾或死亡。我国是干电池的生产和消费大国，据统计我国一年的产量达250亿只，居世界第一位，占世界总量的四分之一左右[1]。70％的干电池是锌锰干电池，以每年生产100亿只干电池计算，全年将要消耗15．6万t锌，22．6万t二氧化锰，2 080 t铜，2．7万t氯化锌，7．9万t氯化铵，4．3万t碳棒，相当于3～4个大冶炼厂的年产锌、锰量[2]。有些电池放电完毕后, 甚至有70%～75% 的Zn 未参与反应[3]。如此多的金属资源随意丢弃将造成大大的浪费，不符合现代社会可持续发展的要求。