本发明涉及一种从锌空气电池放电后的锌阳极和电池溶液中回收高纯度金属锌粉及电池液的再生的工艺。
技术背景
由于煤炭、石油等不可再生能源频频告急，后石油时代的来临，使人们寻求、开发和利用新能源的脚步越来越急切，电池电源系统行业的发展也越来越受到人们的关注。“21世纪的新型能源”锌空气电池的发明已经有上百年的历史，以其能量大、容量大、能量高、工作电压平稳、使用寿命长、性能稳定、无毒无害、安全可靠、没有爆炸隐患、资源丰富、成本低廉等诸多优点而被公认为非常优秀的储能材料。1995年以色列电燃料（ElectricFuel）有限公司首次将锌空气电池用于电动汽车上，使得锌空气电池进入了实用化阶段。美国以及德国、法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙和南非等多个国家也都在电动汽车上积极地推广应用锌空气电池。前不久我国北京中航长力、上海Powerzinc公司的大手笔又使锌空气电池再一次“闪亮登场”。
锌空气电池已有上百年的历史，技术上已成熟。就这种电池而言，由于每天锌粉的使用量比较大，一般每辆公共汽车14小时需要使用500-700公斤的金属锌粉，虽然电池本身的材料成本不是很高，但是未能进行大规模放电后的锌阳极完全回收再利用的生产，致使使用成本比较高，受市场影响大，难于得到大规模的发展。目前必须建立起相应的能工业化回收再利用的配套技术，让“21世纪理想动力源”-锌空气电池真正的服务人类。
本发明正是基于放电后的锌阳极、电池溶液为原料循环再生金属锌和NaOH、KOH溶液的再生利用。做到完全的回收再利用，并且整个生产过程不产生二次污染。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种锌空气电池放电后的锌阳极、电池液为原料循环再生金属锌和NaOH、KOH溶液的再生利用方法，获得高纯度金属锌粉及电池液的再生方法。
本发明是对放电后的锌空气电池的再利用，并分别以放电后的锌空气电池的锌阳极和电池溶液为原料循环再生高纯度金属锌粉及电池液，所得高纯度金属锌粉及电池液再次运用在锌空气电池上。
为了达到上述目的，本发明是这样进行的：
所述的高纯度金属锌粉及电池液的再生的方法，锌阳极回收高纯度金属锌粉：首先将放电后的锌阳极粉碎至0.1-2mm以下后，接着加入配制好的1-4moL/L氢氧化钾或氢氧化钠、氢氧化钠与氢氧化钾的混合溶液中浸出，并恒温在10-70℃，加入催化剂，控制搅拌转速60-80转/分钟，搅拌30-90分钟，把未氧化的金属锌粉过滤，过滤后的金属锌粉制成锌空气电池阳极；含锌滤液继续加温至15-70℃，加入分离剂分离出铅、铜、锰、铁等杂质后过滤，滤渣用2%的碱溶液和水洗涤后回收出售，洗涤液返回做浸出液使用；滤液打入陈化釜进行陈化，陈化1-3天后的滤液直接进电解槽进行电解，最后，在阴极上沉积获得纯度为99.5-99.95的金属锌粉，电解结束后溶液加入石灰再生碱返回浸出釜继续浸出流程。
所述的放电后的锌阳极包括氧化锌、未完全放电的金属锌、碳酸锌，其主要成分为ZnO、Zn、Zn(OH)2、ZnCO3。
所述的催化剂为：氧化铜、氧化铁、氧化镁，催化剂的加入量为0.1-5g/L。
所述的分离剂为硫化物。硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化钙、硫代硫酸钠、焦硫酸钠。
所述的高纯度金属锌粉及电池液的再生的方法，电池液中回收高纯度金属锌粉：所述的电池溶液是放过电需要更换的NaOH或者KOH溶液，主要成分是20-60%的NaOH或者KOH溶液及氢氧化锌、锌酸钾、锌酸钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸锌的混合体；首先将溶液加温至10-80℃，加入分离剂，控制搅拌转速60-80转/分钟，搅拌30-60分钟后，分离出铅、铜、铁等杂质后过滤，滤渣用2%的碱溶液和水洗涤后回收出售，洗涤液返回做浸出液使用；滤液打入陈化釜进行陈化，陈化1-3天后的滤液直接进电解槽进行电解，在阴极上沉积获得纯度为99.95％以上的金属锌，电解结束后的溶液加入石灰再生碱，再生后的NaOH或者KOH溶液直接循环运用新的锌空气电池。
电解结束后的溶液加入石灰再生碱，采用任何石灰加入量，再生后的NaOH或者KOH溶液直接循环运用新的锌空气电池。
电解结束后溶液加入石灰再生碱NaOH或者KOH溶液直接循环运用新的锌空气电池和返回浸出釜继续浸出流程。
电解出的阴极锌粉直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。
所述的电解部分的阴极采用纯钛及钛合金材料的板材，阳极采用316L不锈钢为主材料的板材。
本发明的整个流程中碱溶液和锌都做到完全回收循环利用，对环境不造成污染。电解出的阴极锌粉直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。
本发明具有以下优点
1、本发明能做到完全的循环利用再生锌阳极及电池电解液。
2、采用本发明循环利用再生的锌阳极只需采用新的锌粉做锌阳极成本的1/10，如果锌价提高，则成本差距更大。
3、采用本发明能保证锌空气电池的运行成本稳定，促使锌空气电池车的产业化发展。采用本发明能避免以前放电后的锌阳极做氧化锌所造成的环境污染。
附图说明
图1为锌空气电池放电后锌阳极回收金属锌粉工艺流程图。
图2为锌空气电池放电后的电池溶液中回收高纯度金属锌粉及电池液的再生的方法。
具体实施方式
实施例1
锌阳极的回收再生循环利用。
采用某电池公司的锌空气电池放电后的锌阳极为原料，主要成分包括70%左右的氧化锌、2%碳酸锌和28%未完全放电的金属锌混合体。先对放电后的锌阳极进行适当粉碎，粉碎到0.1-2mm以下，以1：15的KOH溶液/锌阳极粉比例在10-700C的条件下，加入催化剂：氧化铜、氧化铁、氧化镁，控制搅拌速度60转左右/分钟，搅拌90分钟，进行浸取，把未氧化的金属锌粉过滤，过滤后的金属锌粉制成锌空气电池阳极,滤液加入分离剂继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出铅、铜、铁等杂质，滤渣经清洗测试无毒性，可以集中再回收，滤液直接电解，纯度为99.95％以上的金属锌沉积于阴极上。电解结束后，溶液直接用于循环下一个浸取流程。整个流程中碱溶液和锌都做到完全回收循环利用，对环境不造成污染。电解出的阴极锌粉经过滤直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。经放电测试回收后的锌阳极的放电效果比原生球形锌粉做阳极更好，放电率更高。锌阳极经多次放电、再生循环都能做到回收完全，放电效果不变。
实施例2
锌阳极的回收再生循环利用。
采用某电池公司的锌空气电池放电后的锌阳极为原料，主要成分包括70%左右的氧化锌、2%碳酸锌和28%未完全放电的金属锌混合体。先对放电后的锌阳极进行适当粉碎，粉碎到0.1-2mm以下，以1：5的NaOH/锌阳极粉比例在10-700C的条件下，加入催化剂：氧化铜、氧化铁、氧化镁，控制搅拌速度80转左右/分钟，搅拌70分钟，进行浸取，把未氧化的金属锌粉过滤，过滤后的金属锌粉制成锌空气电池阳极,滤液加入分离剂继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出铅、铜、铁等杂质，滤渣经清洗测试无毒性，可以集中再回收，滤液直接电解，纯度为99.95％以上的金属锌沉积于阴极上。电解结束后，溶液直接用于循环下一个浸取流程。整个流程中碱溶液和锌都做到完全回收循环利用，对环境不造成污染。电解出的阴极锌粉经过滤直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。经放电测试回收后的锌阳极的放电效果比原生球形锌粉做阳极更好，放电率更高。锌阳极经多次放电、再生循环都能做到回收完全，放电效果不变。
实施例3
锌阳极的回收再生循环利用。
采用某电池公司的锌空气电池放电后的锌阳极为原料，主要成分包括70%左右的氧化锌、2%碳酸锌和28%未完全放电的金属锌混合体。先对放电后的锌阳极进行适当粉碎，粉碎到0.1-2mm以下，以1：10的KOH溶液/锌阳极粉比例在10-700C的条件下，加入催化剂：氧化铜、氧化铁、氧化镁，控制搅拌速度70转左右/分钟，搅拌50分钟，进行浸取，把未氧化的金属锌粉过滤，过滤后的金属锌粉制成锌空气电池阳极,滤液加入分离剂继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出铅、铜、铁等杂质，滤渣经清洗测试无毒性，可以集中再回收，滤液直接电解，纯度为99.95％以上的金属锌沉积于阴极上。电解结束后，溶液直接用于循环下一个浸取流程。整个流程中碱溶液和锌都做到完全回收循环利用，对环境不造成污染。电解出的阴极锌粉经过滤直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。经放电测试回收后的锌阳极的放电效果比原生球形锌粉做阳极更好，放电率更高。锌阳极经多次放电、再生循环都能做到回收完全，放电效果不变。
实施例4
放电后的电池溶液中回收金属锌粉及电池液的再生循环利用。
采用某电池公司的锌空气电池放电后的锌空气电池液为原料，主要成分是38%的KOH溶液及50g/L的氢氧化锌、碳酸钾、少量碳酸锌等混合体。加热到10-800C的条件下，控制转速60转左右/分钟，搅拌30分钟，加入分离剂继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出铅、铜、铁等杂质，滤渣经清洗测试无毒性，可以集中再回收。滤液直接电解，纯度为99.95％以上的金属锌沉积于阴极上。电解结束后，废电解液加入分离剂、石灰继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出硫化锌，滤液直接用于做新的锌空气电池的电解液。整个流程中碱溶液和锌都做到99%以上回收循环利用，对环境不造成污染。电解出的阴极锌粉经过滤直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。经放电测试回收后的锌阳极和电解液的放电效果不变。锌阳极和电解液经多次放电、再生循环都能做到回收完全，放电效果不变。
实施例5
放电后的电池溶液中回收金属锌粉及电池液的再生循环利用。
采用某电池公司的锌空气电池放电后的锌空气电池液为原料，主要成分是38%的KOH溶液及50g/L的锌酸钾、碳酸钾、少量碳酸锌等混合体。加热到10-800C的条件下，控制转速80转左右/分钟，搅拌20分钟，加入分离剂继续慢速搅拌15分钟，过滤分离出铅、铜、铁等杂质，滤渣经清洗测试无毒性，可以集中再回收。滤液直接电解，纯度为99.95％以上的金属锌沉积于阴极上。电解结束后，废电解液加入分离剂、石灰继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出硫化锌，滤液直接用于做新的锌空气电池的电解液。整个流程中碱溶液和锌都做到99%以上回收循环利用，对环境不造成污染。电解出的阴极锌粉经过滤直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。经放电测试回收后的锌阳极和电解液的放电效果不变。锌阳极和电解液经多次放电、再生循环都能做到回收完全，放电效果不变。
实施例6
放电后的电池溶液中回收金属锌粉及电池液的再生循环利用。
采用某电池公司的锌空气电池放电后的锌空气电池液为原料，主要成分是38%的KOH溶液及50g/L的氢氧化锌、锌酸钾、碳酸钾、少量碳酸锌等混合体。加热到10-800C的条件下，控制转速70转左右/分钟，搅拌20分钟，加入分离剂继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出铅、铜、铁等杂质，滤渣经清洗测试无毒性，可以集中再回收。滤液直接电解，纯度为99.95％以上的金属锌沉积于阴极上。电解结束后，废电解液加入分离剂、石灰继续慢速搅拌30分钟，过滤分离出硫化锌，滤液直接用于做新的锌空气电池的电解液。整个流程中碱溶液和锌都做到99%以上回收循环利用，对环境不造成污染。电解出的阴极锌粉经过滤直接压成锌阳极再次运用在锌空气电池上。经放电测试回收后的锌阳极和电解液的放电效果不变。锌阳极和电解液经多次放电、再生循环都能做到回收完全，放电效果不变。