应用超声波技术提高废旧锌锰电池中锰浸出率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及提高浸出率的方法，具体涉及一种应用超声波技术提高废旧锌锰电池 中锰浸出率的方法。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上生产干电池最多的国家，约占全世界总产量的34%。其中，70%的电 池为锌锰电池。我国每年报废的锌锰电池大概有60多万吨，若能将这些报废的电池回收利 用，每年可获得7. 1万吨的锌和11. 2万吨的锰，这不仅降低了环境污染，而且有效地降低 了金属资源的浪费。目前，我国最常见的处理废旧锌锰干电池的方法为人工分选、干法、湿 法和干湿法。其中湿法处理技术较为适合大面积推广，该方法是将剖开的电池分选出正、负 极材料后进行预处理得到电池粉末，并将其浸于酸性溶液中，然后利用化学沉淀、电化学沉 积、离子交换或萃取分离的方法使目标组分以纯金属或金属盐的形式得以回收。然而，废旧 锌锰电池在湿法回收过程中仍有诸多关键科学和技术问题尚未得到解决，特别是在浸出过 程中，存在浸出时间长，酸浓度高，反应温度高，液固比过大，浸出效率低等缺点。近几年来， 人们发现超声波技术可以强化有价金属在浸出过程中的浸出率，其作用机理主要体现在以 下几个方面：（1)创造新的活性表面；（2)促使矿物表面原有裂隙发育并使表面产生新裂 纹；（3)加大浸出过程中溶质的迀移速率；(4)改善固液界面的润湿性；（5)促进化学反 应等。本发明提出一种应用超声波技术提高废旧锌锰电池中锰浸出率的新方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种应用超声波技术提高废旧锌锰电池中锰浸出率的方 法，在废旧锌锰电池正极材料的酸浸过程中采用超声波技术，增大固、液的接触面积，加速 固、液界面的流动和交换，使固体颗粒表面保持高度活性，以缩短浸出反应时间，提高锰的 浸出率。
[0004] 具体步骤为： (1)原料预处理：首先将废旧的锌锰电池剖开，筛分出其正极材料；将所得的正极材 料用蒸馏水浸泡24小时后，抽滤，蒸馏水洗涤3~4次，在80 °C下干燥12小时，研磨分散后 得到预处理好的正极材料粉体。
[0005] (2)超声波强化浸出：在三口烧瓶中加入浓度为2. 0~4. 0 mol/L硫酸溶液并置于 超声波反应器中，三口烧瓶上分别加接机械搅拌装置、冷凝回流装置和温度计，启动机械搅 拌装置至400 r/min，当硫酸溶液的温度达到30~70 °C时，按浓度为2. 0~4. 0 mol/L硫酸溶 液与步骤（1)所得正极材料粉体的液固比(液体体积mL与固体质量g之比)为6~14:1的比 例向三口烧瓶中加入步骤（1)所得正极材料粉体，同时开启超声波(频率45 kHz，功率40~80 W)，并加入5 mL质量百分比浓度为30%的双氧水，反应20~100分钟后，进行固液分离得到 浸出液。
[0006] 本发明的优点是采用超声波技术，缩短了废旧锌锰电池浸出反应时间，提高了其 中锰的浸出率。
【具体实施方式】
[0007] 下面通过实施例对本发明进行了具体的描述，需要指出的是以下实施例是对本发 明进行进一步的说明，而不是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述 内容做出一些非本质的改进和调整。
[0008] 实验原材料：废旧的南孚牌无汞锌锰电池； 实验仪器：超声波清洗器（KQ2200DE)、电动搅拌机（SJB-S) 实施例1 : 超声波功率的影响： (1)原料预处理：首先将废旧的锌锰电池剖开，筛分出其正极材料；将所得的正极材 料用蒸馏水浸泡24小时后，抽滤，蒸馏水洗涤3次，在80 °C下干燥12小时，研磨分散后得 到预处理好的正极材料粉体。
[0009] (2)超声波强化浸出：在250 mL的三口烧瓶中加入30 mL浓度为3.0 mol/L硫酸 溶液并置于超声波反应器中，三口烧瓶上分别加接机械搅拌装置、冷凝回流装置和温度计， 启动机械搅拌装置至400 r/min，当硫酸溶液的温度达到50 °C时，按浓度为3. 0 mol/L硫 酸溶液与步骤（1)所得正极材料粉体的液固比(液体体积mL与固体质量g之比)为10:1的 比例向三口烧瓶中加入3.0 g步骤（1)所得正极材料粉体，同时开启超声波(频率45 kHz， 功率分别为40 W、50 W、60 W、70 W、80 W)，并加入5 mL质量百分比浓度为30%的双氧水， 反应60分钟后，进行固液分离得到浸出液。
[0010] 通过改变超声波功率，得到实验结果见表1。
[0011] 表1 :超声波功率对锰浸出率的影响
【主权项】
1. 一种应用超声波技术提高废旧锌锰电池中锰浸出率的方法，其特征在于具体步骤 为： (1) 原料预处理：首先将废旧的锌锰电池剖开，筛分出其正极材料；将所得的正极材 料用蒸馏水浸泡24小时后，抽滤，蒸馏水洗涤3~4次，在80 °C下干燥12小时，研磨分散后 得到预处理好的正极材料粉体； (2) 超声波强化浸出：在三口烧瓶中加入浓度为2. 0~4.0mol/L硫酸溶液并置于频率 为45kHz的超声波反应器中，三口烧瓶上分别加接机械搅拌装置、冷凝回流装置和温度计， 启动机械搅拌装置至400r/min，当硫酸溶液的温度达到30~70 °C时，按浓度为2. 0~4. 0 mol/L硫酸溶液与步骤（1)所得正极材料粉体的液固比即液体体积mL与固体质量g之比为 6~14:1的比例向三口烧瓶中加入步骤（1)所得正极材料粉体，同时开启频率45kHz、功率 40~80W超声波，并加入5mL质量百分比浓度为30%的双氧水，反应20~100分钟后，进行 固液分离得到浸出液。
【专利摘要】本发明公开了一种应用超声波技术提高废旧锌锰电池中锰浸出率的方法。首先将废旧的锌锰电池剖开，筛分出正极材料，浸泡、抽滤、洗涤、干燥、研磨分散后得到正极材料粉体，然后以硫酸作为浸出剂、以双氧水为还原剂在超声波作用下进行浸出反应。本发明方法采用超声波技术，缩短了浸出反应时间，提高了废旧锌锰电池在酸浸过程中锰的浸出率。
【IPC分类】H01M6-52
【公开号】CN104779403
【申请号】CN201510199505
【发明人】姚金环, 李延伟, 吕奕菊, 丘雪萍
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月24日