一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，属于废旧电池无害化处理及物质再利用领域。该方法是先用锤式破碎机等将废旧干电池破碎，再将破碎得到的混合物送入真空加热炉中加热，之后排出炉气并除尘，再利用冷凝器回收汞，然后升温使挥发性物质分解、蒸发，将真空加热炉中残渣随炉冷至室温，筛分除去铁皮、铜片等，再加以粘结剂，造球成团，可得到锰球团成品，其可直接用作制备锰系铁合金用的原料。本发明工艺流程简单、对电池中锰的回收利用效率高、回收能耗小、设备投资低、无二次污染，可以实现废旧锌锰干电池的低成本无害化回收利用。
【专利说明】一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废旧电池的无害化处理与物质再利用，特别涉及一种回收废旧锌锰干电池用于制备锰系铁合金用原料的方法。
【背景技术】
[0002]我国是干电池的生产大国，也是消费大国，其中，多数干电池是一次性的锌锰干电池。如果不对废旧锌锰干电池回收和处理，那么其中的锰、锌等工业原料不但无法被回收和利用，而且大量会随生活垃圾埋入地下造成对土壤和地下水的污染。目前，国内很重视对废锌锰干电池资源化再利用的研究，但对处理废旧锌锰干电池尚无较好的实际应用方法，例如用固化法处理废干电池填埋后的废锌锰干电池中的锌、锰等有用物质不能回收，也不利于土地资源的开发与利用。若以每年生产100亿只锌锰干电池计算，全国一年要消耗15.6万吨锌，22.6万吨氧化锰，相当于三、四个大冶炼厂的年产锌、锰量。对于放电完毕的废旧锌锰干电池，其中还含有锌约20%，氧化锰约40%，若加以回收利用，其价值相当可观。对废旧锌锰干电池中含有的可再生资源回收利用，不仅可以避免锌、锰等资源的浪费，又对环境保护和资源节约具有重要的意义。
[0003]现在，国外处理废旧锰锌干电池的主要方法为火法，其制定有相关法律、法规并开发有成熟技术，已形成产业化。国内在废旧锌锰干电池回收处理利用方面也多有研究，如程建良等人的《废旧锌锰电池回收制备锰锌铁氧体》(参见:中国锰业，第22卷第I期，2004年2月)，崔培英等人的《利用废旧电池制备锌锰复合微肥的研究》(参见:化学世界，第I期第44卷)等，关于废旧锌锰干电池回收方法的专利有《浸出法回收干电池》(参见:中国发明专利，CN1402368A, 2003-03-12),《用废旧干电池回收锌锰并直接制备工业用脱硫剂的方法》(参见:中国发明专利，CN101532088A，2009-09-16)等，但是由于工序复杂，成本高，经济上不可行或技术缺陷等原因，到现在还没有真正适合于产业化回收利用废旧锌锰干电池的技术，只停留在实验室规模。
[0004]所以，减少繁琐的操作工序，降低回收利用成本，充分利用废旧锰锌干电池中的资源，获得高附加值产品是废旧锌锰干电池回收利用的发展方向。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，该方法工艺简单、成本低廉且回收效率高。
[0006]为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
[0007]本发明提供的一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，该方法包括如下步骤:
(1)破碎:不论普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池，利用锤式破碎机等将废旧锌锰干电池破碎；
(2)除汞:将经步骤(I)处理后的破碎电池送入真空加热炉中，将压力设置为500Pa，升温至28(T320°C，保持2?3小时，排出炉气并除尘，再利用冷凝器冷却至100°C以下，汞蒸气在冷凝器内壁冷凝为金属汞粒子，经定期水洗加以回收；
(3)筛分:将真空加热炉中残渣随炉冷却至室温，残渣混合物(含有铁皮、铜片和锰氧化物等)，按其粒度，采用不同目数筛子进行多次筛分得到含锰、铁粉状混合物；
(4)造球:对步骤(3)筛分得到的粉状混合物加以粘结剂，造球制得锰球团；
(5)干燥:将步骤(4)得到的锰球团干燥，得到的产物可直接用作制备锰系铁合金用的原料。
[0008]进一步的，所述步骤(2)中将步骤(I)处理后的破碎电池先与生石灰混合再送入真空加热炉中，所述破碎电池与生石灰按约5?7:1的比例混合；所述步骤(2)排出汞后，将系统压强调至250?300Pa，先升温至400°C加热35分钟，再升温至800°C?850°C，保持时长I小时，抽出炉气、除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
[0009]进一步的，所述步骤(2)排出汞后，将系统压强调至25(T300Pa，升温至850?950°C下焙烧，保持时长1.5小时，抽出炉气、除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
[0010]进一步的，所述步骤(2)排出汞后，将系统压强恢复至常压，升温至950?1050°C，保持时长2小时，抽出炉气、除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
[0011]更进一步的，在所述步骤(4)得到的锰球团中添加氧化锰矿粉以提高其含锰量。
[0012]本发明是为了解决废旧干电池的回收利用问题，以废锌锰干电池为原料，将其不做分类直接破碎后，直接高温焙烧，去汞提锌，获得含锰混合物，经筛分后造球成团，作为制备锰系铁合金用原料。需要补充说明的是:本发明可以根据改变压强、添加生石灰等条件来改变加热工艺从而提取锌，还可以通过添加氧化锰矿粉来调节锰球团中锰的品位。但是，这些工序是可以根据实际情况来加以调节的。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下技术效果:
(O工艺流程简单，设备投资费用低，综合成本低廉；
(2)工艺实现了废旧锌锰电池的无害化处理，相对湿法提取工艺，不存在二次污染；
(3)锰元素的回收利用效率高，回收能耗低。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为废旧锌锰干电池处理(不提锌)工艺示意图；
图2为废旧锌锰干电池处理(提锌)工艺示意图；
其中:图中实线、虚线并列路径表示该步骤可选择性进行。
【具体实施方式】
[0015]以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0016]实施例1:不对废旧锌锰干电池中的锌回收
(I)不论普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池，利用锤式破碎机将废锌锰干电池破碎。
[0017](2)将经步骤(I)处理后的混合物送入真空加热炉中，将压力设置为500Pa，升温至28(T320°C，保持2?3小时，排出炉气并除尘，再利用冷凝器冷却至100°C以下，汞蒸气在冷凝器内壁冷凝为金属汞粒子，经定期水洗加以回收。[0018](3)将系统压强恢复至常压，继续加热I小时，使其他挥发性物质分解、蒸发。
[0019](4)将真空加热炉中残渣随炉冷至室温，筛分残渣混合物。混合物中含有铁皮、铜片和锰氧化物等。按其粒度，采用不同目数筛子进行多次筛分。
[0020](5)对上述步骤(4)筛分得到的粉状混合物，测定其中锰、铁、锌等元素含量。
[0021](6)根据上述步骤(5)测定的元素含量，对步骤(4)筛分得到的粉状混合物加以水玻璃粘结剂，造球成团。(其中，电池大部分锌会进入球团中，另外也有少量杂质元素的含量，不影响其在矿热炉冶炼生产时使用，可在锰系铁合金冶炼粉尘中对锌进行再次回收)。
[0022](7)对上述步骤(6)得到的锰球团干燥，并测定其粒度、强度、熔化性能等，其可直接用作制备锰系铁合金用的原料。
[0023]实施例2:常压下不加入生石灰对废旧锌锰干电池中的锌回收
(I)不论普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池，利用锤式破碎机将废锌锰干电池破碎。
[0024](2)将经步骤(I)处理后的混合物送入真空加热炉中，将压力设置为为500Pa，升温至28(T320°C，保持2?3小时，排出炉气再利用冷凝器冷却至100°C以下，汞蒸气在冷凝器内壁冷凝为金属汞粒子，经定期水洗加以回收。
[0025](3)将系统压强恢复至常压，升温至95(T105(TC，保持时长2小时，使锌和其他挥发性物质分解、蒸发。
[0026](4)抽出炉气，除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
[0027](5)将真空加热炉中残渣随炉冷至室温，筛分残渣混合物。混合物中含有铁皮、铜片和锰氧化物等。按其粒度，采用不同目数筛子进行多次筛分。
[0028](6)对上述步骤(5)筛分得到的粉状混合物，测定其中锰、铁等元素含量。
[0029](7)根据上述步骤(6)测定的元素含量，对步骤(5)筛分得到的粉状混合物加以水玻璃粘结剂，造球成团。
[0030](8)对上述步骤(7)得到的锰球团干燥，并测定其粒度、强度、熔化性能等，其可直接用作制备锰系铁合金用的原料。
[0031]实施例3:真空处理不加入生石灰对废旧锌锰干电池中的锌回收
(I)不论普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池，利用锤式破碎机将废锌锰干电池破碎。
[0032](2)将经步骤(I)处理后的混合物送入真空加热炉中，将压力设置为500Pa，升温至28(T320°C，保持2?3小时，排出炉气再利用冷凝器冷却至100°C以下，汞蒸气在冷凝器内壁冷凝为金属汞粒子，经定期水洗加以回收。
[0033](3)将系统压强调至25(T300Pa，升温至85(T950°C，保持时长1.5小时，使锌和其他挥发性物质分解、蒸发。
[0034](4)抽出炉气，除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
[0035](5)将真空加热炉中残渣随炉冷至室温，筛分残渣混合物。混合物中含有铁皮、铜片和锰氧化物等。按其粒度，采用不同目数筛子进行多次筛分。
[0036](6)对上述步骤(5)筛分得到的粉状混合物，测定其中锰、铁等元素含量。
[0037](7)根据上述步骤(6)测定的元素含量，对步骤(5)筛分得到的粉状混合物加入水玻璃粘结剂，造球成团。
[0038](8)对上述步骤(7)得到的锰球团干燥，并测定其粒度、强度、熔化性能等，其可直接用作制备锰系铁合金用的原料。[0039]实施例4:真空处理且加入生石灰对废旧锌锰干电池中的锌回收
(I)不论普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池，利用锤式破碎机将废锌锰干电池破碎。
[0040](2)将经步骤(I)处理后的混合物，与生石灰按大约5:1的比例混合，送入真空加热炉中，将压力设置为500Pa，升温至28(T320°C，保持2?3小时，排出炉气再利用冷凝器冷却至100°C以下，汞蒸气在冷凝器内壁冷凝为金属汞粒子，经定期水洗加以回收。
[0041](3)将系统压强调至25(T300Pa，先升温至400°C左右加热35分钟，再升温至8000C?850°C，保持时长I小时，使锌和其他挥发性物质分解、蒸发。
[0042](4)抽出炉气，除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
[0043](5)将真空加热炉中残渣随炉冷至室温，筛分残渣混合物。混合物中含有铁皮、铜片和锰氧化物等。按其粒度，采用不同目数筛子进行多次筛分。
[0044](6)对上述步骤(5)筛分得到的粉状混合物，测定其中锰、铁等元素含量。
[0045](7)根据上述步骤(6)测定的元素含量，对步骤(5)筛分得到的粉状混合物加入水玻璃粘结剂，造球成团。
[0046](8)对上述步骤(7)得到的锰球团干燥，并测定其粒度、强度、熔化性能等，其可直接用作制备锰系铁合金用的原料。
[0047]实施例5:向最终筛分所得的粉状混合物加入氧化锰矿粉提高其含锰量 值得说明的是，可以根据改变压强、添加生石灰等条件来改变加热情况从而提取锌，
还可以通过添加氧化锰矿粉来调节锰球团中锰的品位(以真空处理并加石灰回收锌工艺为例):
(I)不论普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池，利用锤式破碎机将废锌锰干电池破碎。
[0048](2)将经步骤(I)处理后的混合物，与生石灰按大约5:1的比例混合，送入真空加热炉中，将压力设置为500Pa，升温至28(T320°C，保持2?3小时，排出炉气再利用冷凝器冷却至100°C以下，汞蒸气在冷凝器内壁冷凝为金属汞粒子，经定期水洗加以回收。
[0049](3)将系统压强调至25(T300Pa，先升温至400°C左右加热35分钟，再升温至8000C?850°C，保持时长I小时，使锌和其他挥发性物质分解、蒸发。
[0050](4)抽出炉气，除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
[0051](5)将真空加热炉中残渣随炉冷至室温，筛分残渣混合物。混合物中含有铁皮、铜片和锰氧化物等。按其粒度，采用不同目数筛子进行多次筛分。
[0052](6)对上述步骤(5)筛分得到的粉状混合物，测定其中锰、铁等元素含量。
[0053](7)根据上述步骤(6)测定的元素含量，对步骤(5)筛分得到的粉状混合物加入水玻璃粘结剂，可依据生产实际的需求，添加适量氧化锰矿粉提高其含锰量，造球成团。
[0054](8)对上述步骤(7)得到的锰球团干燥，并测定其粒度、强度、熔化性能等，其可直接用作制备锰系铁合金用的原料。
【权利要求】
1.一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: (1)破碎:利用破碎机将废旧锌锰干电池破碎； (2)除汞:将经步骤(I)处理后的破碎电池送入真空加热炉中，将压力设置为500Pa，升温至28(T320°C，保持2?3小时，排出炉气并除尘，再利用冷凝器冷却至100°C以下，汞蒸气在冷凝器内壁冷凝为金属汞粒子，经定期水洗加以回收； (3)筛分:将真空加热炉中残渣随炉冷却至室温，残渣混合物按其粒度采用不同目数筛子进行多次筛分，得到含锰、铁粉状混合物； (4)造球:对步骤(3)筛分得到的粉状混合物加以粘结剂，造球制得锰球团； (5)干燥:将步骤(4)得到的锰球团干燥，其可直接用作制备锰系铁合金用的原料。
2.如权利要求1所述的一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中将步骤(I)处理后的破碎电池先与生石灰混合再送入真空加热炉中，所述破碎电池与生石灰按5?7:1的比例混合；所述步骤(2)排出汞后，将系统压强调至250?300Pa，先升温至400°C加热35分钟，再升温至800°C?850°C，保持时长I小时，抽出炉气、除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
3.如权利要求1所述的一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，其特征在于，所述步骤(2)排出汞后，将系统压强调至25(T300Pa，升温至850?950°C下焙烧，保持时长1.5小时，抽出炉气、除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
4.如权利要求1所述的一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，其特征在于，所述步骤(2)排出汞后，将系统压强恢复至常压，升温至950?1050°C，保持时长2小时，抽出炉气、除尘，通过冷凝器冷却至500°C以下，使锌氧化物冷凝下来。
5.如权利要求1至4任一所述的一种利用废旧锌锰干电池制备锰系铁合金用原料的方法，其特征在于，在所述步骤(4)得到的锰球团中添加氧化锰矿粉以提高其含锰量。
【文档编号】H01M6/52GK103545538SQ201310543280
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】章俊, 王振, 吴宝国 申请人:安徽工业大学