废干电池的综合利用.

1、1废干电池的综合利用废干电池的综合利用一、实验目的一、实验目的 1、了解废干电池中有效成分的回收利用方法。2、熟悉无机物的实验室制备、提纯、分析等方法与技能。3、分析废干电池黑色粉体中二氧化锰、氯化锌、氯化铵、二氯化锰、碳粉的含量并分析锌片纯度。4、利用黑色粉体制备二氧化锰、氯化铵，用废锌片制备七水硫酸锌。5、分析氯化铵、二氧化锰、七水硫酸锌的产率和纯度。二、实验意义二、实验意义环境保护是当今国际上最关系的重大课题之一，也是世界各国正在悉心研究的课题。关注废旧电池的回收再利用，创建无污染、无公害的绿色环境以迫在眉睫，刻不容缓。电池给人们的生活带来很大方便，如果不合理回收，不仅造成资源浪费，也会

2、给环境造成严重污染。.但这些干电池用完后,一般被当作垃圾仍掉,这不仅浪费了宝贵的金属资源,而且对环境造成严重的污染,破坏生态环境危害人类的身体健康.然而,对于这样的浪费和污染在我国大农村地区,人们还没意识到这样的危害,许多人竟然把它扔进农家肥堆当作农家肥，据报道，我国干电池生产年消耗锌接近 25 万吨，约为年锌总产量的 15%左右，其资源价值十分可观。另外，信息产业的高速发展，产生了大量的电子废弃物，仅全国手机和免提电话每年淘汰的废电池就达千吨之多。其中大量的废镍镉电池、锂电池回收利用价值很大。因此，本着环境保护，节约能源，变废为宝的原则，我们进行此次实验。三、废干电池回收与利用实验验收指标三

3、、废干电池回收与利用实验验收指标 1. 回收的二氧化锰产率与质量；2.锌片（洗净，干重）中锌含量； 3. 制得的氯化铵、七水硫酸锌产品中氯化铵、七水硫酸锌的含量；4. 废干电池黑色粉体（干重）中氯化锌、氯化铵、二氯化锰的含量；5. 制得的氯化铵、七水硫酸锌产品的质量；6.分析氯化铵、二氧化锰、七水硫酸锌的产率和纯度。四、实验原理：四、实验原理：2锌锰电池的构造图 1 锌 - 锰电池构造图1- 火漆； 2- 黄铜帽； 3- 石墨； 4- 锌筒； 5- 去极剂；6- 电解液 + 淀粉； 7- 厚纸壳日常生活中所用的干电池为锌锰电池。其负极为电池壳体的锌电池，正极是被二氧化锰(为增弹导电性,填充有碳

4、粉)包围的石墨电极,电解质是氯化锌及氯化铵的糊状物。电池反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)Cl2+2MnOOH.在使用过程中，锌皮消耗最多，二氧化锰只起氧化作用，氯化铵做为电解质没有消耗，碳粉为填料，电池里黑色物质为二氧化锰，碳粉，氯化铵，氯化锌，氯化锰的混合物，使其混合物溶于水，滤液为 NH4Cl,ZnCl2,MnCl2,混合物，滤渣为二氧化猛、碳粉及其它少数有机物，加热可除去碳粉和其他少数有机物，加酸溶解可分离出碳粉。锌皮可以与 H2SO4反应：Zn+H2SO4= ZnSO4+H2 将溶液用 NaOH 调节 PH=8 使 Zn2+完全沉淀，以达沉淀最大量，再加入稀硫酸，控

5、制 PH=4，此时 Zn(OH)2溶解,最后将滤液酸化，蒸发浓缩，结晶，即得 ZnSO47H2O。ZnSO4+2NaOH=Zn(OH)2+Na2SO4 ZnSO4+7H2O=ZnSO4.7H2O依靠 NH4Cl 和 ZnCl2混合溶液溶解度不同，可以从中回收 NH4Cl。NH4Cl 和 ZnCl2各温度下的溶解度：3温度/K273 283 293 303 313 333 353 363 373氯化铵29.4 33.2 37.2 31.4 45.8 55.3 65.6 71.2 77.3氯化锌342 363 359 437 452 488 541 - 614 NH4Cl 在 100 摄氏度挥发，

6、338 摄氏度开始分解，350 摄氏度升华。利用氯化铵溶解度的特点，通过反复抽提来提纯产品纯度。氯化铵与甲醛作用生成六亚甲基四胺和盐酸，后者用 NaOH 标准液滴定，便可求出产品中 NH4Cl 的含量，反应式为：4NH4Cl+6HCHO(CH2)6N4+4HCl+6H2O 测定结果可以按下式计算：W(氯化铵)= *100%mMVC*在二氧化锰产品中加入一定过量草酸，及在硫酸的作用下沸水浴中溶解，用高锰酸钾滴定多余的草酸到终点为粉红色，即可间接测定二氧化锰含量。反应式为：MnO2+H2C2O4+H+Mn2+CO2+4H2O2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2+10CO2+8H2O本实验流

7、程如图：纸等杂物滤液氯化锰、氯化锌、氯化铵过滤废电池黑色粉体滤渣二氧化锰、碳粉锌皮硫酸锌七水硫酸锌五、实验仪器和药品五、实验仪器和药品： 仪器：天平，电子天平，50ml、100ml、200ml、300ml、500ml 烧杯个一个，抽滤装置，蒸发皿，滤纸，普通漏斗，酒精灯，剪刀，PH 器，电炉装置，玻璃棒，三角架，坩埚钳等 主要药品：2 个废电池，2mol/l 浓硫酸，2mol/L 盐酸，1：1 盐酸，2mol/l4和 0.2mol/l 氢氧化钠两份，1：1 氨水，NHH2ONH4Cl,蒸馏水，3%双氧水，50%甲醛，酚酞指示剂，铬黑 T 指示剂，已标定好的高锰酸钾，已标定好的EDTA，二甲基酚

8、橙指示剂，H2C2O4，等。六、实验步骤：六、实验步骤：1、剪开电池，取下塑料垫圈和铁帽，剪下锌皮，其黑色粉末置于烧杯中称重待用，用蒸馏水冲洗干净碳棒和锌皮上的黑色粉末。2、取 20 克黑色粉末放入 200ml 烧杯中，加入 50ml 蒸馏水加热溶解，然后用抽滤机并水洗 3 次，滤液放到烧杯中用酒精灯加热浓缩到有晶体液膜（在加热到溶液只有一半的时候改用小火加热）抽滤得氯化铵，氯化锌，氯化锰混合物称量，待用来分析各含量。3、二氧化锰的制备：将滤渣蒸干并称量，取 2g 滤渣灼烧以除去碳粉，直到没有火星冒出时停止加热。冷却所得黑色粉末为二氧化锰，称重。4、碳粉的制备：取 2g 滤渣溶于 2mol/L

9、 盐酸中，反应完毕后抽滤，所得的不溶物即为碳粉，干燥，称重。5、七水硫酸锌的制备：称量 2g 锌片用水清洗干净，转入 100ml 小烧杯中，加适量 2mol/L 硫酸将其溶解。过滤，将得到滤液加热近沸，加 3%双氧水 10 滴，在不断搅拌的情况下滴加 2mol/LNaOH 溶液直到溶液 PH=8。抽滤，将得到的白色滤渣转入大烧杯中加水搅拌，再抽滤，反复 3 次。将白色沉淀转入烧杯中边搅拌边滴加 2mol/L硫酸，白色沉淀会逐渐溶解，滴加 2mol/L 硫酸直到溶液 PH=4，加热至沸，然后趁热过滤。将滤液转入蒸发皿中用酒精灯加热蒸发，直到有晶体膜析出，停止加热，自然冷却后将得到白色针状晶体为七

10、水硫酸锌。用滤纸吸干，称量。6、氯化铵的制备： 将氯化铵，氯化锌，氯化锰混合物溶解后转入蒸发皿中,用蒸汽浴蒸发,待蒸发皿底部有晶体析出且只剩余少量液体时停止蒸发,将起抽滤。所得滤渣继续用蒸汽浴蒸发,反复抽滤、蒸发，最后得到白色晶体即为氯化氨。7、EDTA 的标定：5准确取 ZnO 0.6g 于烧杯中，加水润湿，然后逐滴加入（1：1）HCL，边加边搅拌至完全溶解，然后定容 250ml。用 25ml 移液管吸取 Zn 离子标准液置于250ml 的锥形瓶中，逐滴加入（1：1）的氨水，同时不断摇动直至开始出现白色沉淀。在加 5mlNHH2ONH4Cl 缓冲溶液，50ml 水和 3 滴鉻黑 T，用 ED

11、TA 标准溶液滴定至溶液由红色变为纯蓝色即为滴定终点。记下 EDTA 溶液的用量。平行滴定 3 次。8、氯化氨的纯度分析：称取 0.20 克 NH4Cl 产品，用 10ML 蒸馏水溶解后于 250ml 容量瓶中定容，取 10ml 加入 50%甲醛 3ML，充分反应后以酚酞为指示剂，用 0.1mol/L 氢氧化钠滴定至溶液变成淡红，平行滴定三次。WNH4Cl=（MNH4Cl*CNaOH*VNaOH）/1000*MNH4Cl*100%9、七水硫酸锌的纯度分析：取产品 0.2g 用 100ml 蒸馏水溶解,用氨水调 PH=10，以铬黑 T 为指示剂，用 EDTA 滴定其锌含量。WZnSO47H2O=

12、(M ZnSO47H2OCEDTAVEDTA)/1000m ZnSO47H2O100% 10、二氧化锰的纯度分析：取 0.2g 产品溶于硫酸中，加入一定过量的 H2C2O4，待二氧化锰与 C2O42-作用完毕后，用高锰酸钾标准液滴定过量的 C2O42-，即可算出二氧化锰含量。WMnO2=(mH2C2O4/MH2C2O4-5/2CKMnO4*VKMnO4)*MMnO2/m*100%七、实验结果七、实验结果1、剪开电池称取的黑色粉末为 20.13g2、NH4Cl 的纯度分析：制备得到的精制 NH4Cl/g2.87滴定次数123NAOH 体积/ML1.361.361.40平均体积/ML1.32称取

13、0.2gNH4Cl 产品配制 250ml 溶液，取 10ml，则由公式：WNH4Cl=（MNH4Cl*CNaOH*VNaOH）/1000* m NH4Cl*100%得出 NH4Cl 的纯度：6WNH4Cl =（53.51.370.125/1000）/0.2100%=91.62%3、Zn SO4.7H2O 纯度分析滴定次数123ZNSO4.7H2O 质量/g0.2EDTA 体积/ML3.383.423.36EDTA 平均体积/ML3.39制备得到的七水硫酸锌质量 3.14g，称取的锌片质量为 3.0g称取 0.20g 配制 100ml 溶液，取 10ml 溶液，由公式： WZNSO47H2O=(

14、M ZNSO47H2OCEDTAVEDTA)/1000m ZNSO47H2O100% 得七水硫酸锌的纯度：WZNSO47H2O=(2870.023.3910/(10000.2)100%= 97.29%4、MnO2含量分析： 称量的黑色粉末质量是 2.05 g 灼烧后得到 MnO21.75g，则黑色粉末中 MnO2含量（产率）为： 1.752.05100% = 85.37%5、MnO2纯度分析：滴定次数123称取精制的MnO2/g0.100.100.10KMNO4用量/ML12.3012.4011.90平均用量/ML 12.20称取的 MnO2产品质量是 0.10g 来配制溶液,由公式WMNO2

15、=(mH2C2O4/MH2C2O4-5/2CKMNO4*VKMNO4)*MMNO2/m*100% 得出 MnO2纯度：WMNO2=(0.2/90-5/20.0512.20/1000)87/0.1100%= 60.25%6、锌片中锌的含量分析溶解的锌片质量/g0.80滴定次数123EDTA 体积/ML1.801.851.88平均体积/ML1.84称取的锌片质量为 0.80g 用硫酸溶解，配制 100ml 溶液，取 10ml 稀释 10 倍滴定，由公式：WZNSO4=(M ZNSO4CEDTAVEDTA)/1000m ZNSO4100% 得锌片中锌的含量：WZN=(65.39O.O61.84100

16、)/(10000.80)100%=90.24%77、碳粉的含量去 2.06g 滤渣，反应后称得碳粉质量为 0.53g，则碳粉质量分数为0.53/2.06100%=25.73%八、实验分析与讨论八、实验分析与讨论1 在取下锌皮后，没有充分清洗黑色物质，在后面用硫酸溶解时有干扰，而由于锌皮中含有少量的铁，在用硫酸溶解过程中会生成，为了制得纯度较高2Fe的，可用沉淀法将其除去，即先用双氧水将氧化成，然OHZnSO2472Fe3Fe后调 PH 至 34，然后过滤弃去滤渣。但在做实验过程中，当我们滴加碱液将PH 调至 34 我们并没有见到有沉淀生成，就没有过滤，直接蒸发结晶；2、在灼烧制取二氧化锰的实验

17、过程中，由于酒精灯火力较弱，另外灼烧时间不够，使得灼烧不充分，在取得的产物中还含有一定量的碳粉，在纯度分析时可以看出明显的误差；3、七水硫酸锌的制备过程中，进行调节 pH 值至 4 这一步时，加入硫酸量过多，后又用 NaOH 中和，造成溶液量增大，用蒸发皿加热到即将形成膜时有物质迸溅，造成一定的损失；4、氯化铵的制备中，在反复抽滤的过程中有少部分物品粘于滤纸和布氏漏斗壁上，造成损失，所得氯化铵纯度较高而且产品有晶体的形状，但是颜色不够干净，原因是用来灼烧过二氧化锰的蒸发皿洗的不够干净，在洗蒸发皿时应用硫酸浸泡一段时间后再清洗，以除去蒸发皿中残留的物质。九、注意事项九、注意事项：1、滴定时速度不

18、能太快，以免滴定过量；当有颜色变化时要等颜色稳定后才判断终点。2、注意各种仪器使用过程的操作规范。3、使用电炉时注意用电安全。十、实验心得与体会十、实验心得与体会1、通过本次实验了解了废电池在综合回收利用的途径和方法；2、学会了独立思考和自己设计实验的能力，学会了怎样设计和操作一个完整的实验，并学会了怎样书写一份完整的实验报告；3、通过本次实验，让我们重新复习了几种常用的滴定方法：酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法，清楚地了解了它们滴定反应所需要的条件及注意事项；4、实验中所有的溶液都要我们自己动手配置及标定，增强了我们的动手能力。还让我了解到在实验的过程中一定要谨慎、小心操作，否则会对实验结果造成 很大误差。不能完全照搬实验步骤，应该根据实际情况灵活变通；5、通过这次实验的锻炼，在以后的实验过程中，我们应该熟悉操作细节，规范自己的操作；87、对实验内容应该熟练掌握，提前查阅相关资料，做好实验准备，提高实验效率。十一、参考文献：十一、参考文献