外文翻译还原酸废锌碳电池和氧化沉淀–浸出–MnZn铁氧体纳米粒子

废锌碳电池的复原酸浸和Mn-Zn铁氧体纳米粒子的氧化沉淀摘要：非磁性8网孔筛下物材料可以通过粉碎，磁选和筛分含有23.9%锰，14.9%锌和4%铁的废锌碳电池得到。在固/液比为1:10，温度为60°C时，用2mol/dm2的H2SO4和0.39mol过氧化氢复原酸浸60分钟该材料可提取97.9%的锰，98%锌和55.2%铁。通过添加Mn〔II〕，Zn〔II〕和Fe〔II〕的硫酸盐调整浸出白酒类的组成物使得Mn：Zn∶Fe的摩尔比为1:1:4时适用于生产MnZnFe4O8铁氧体粉末。pH值的影响：在80°C，pH值范围在5–12时，使用流量为1.3分钟/dm3的氧气对锰锌铁氧体粉沉淀可以超过60分钟。在pH=12时，沉淀出的20nm的锰锌铁氧体颗粒，有一个尖晶石结构。经测定不同锌含量〔x=0.2–0.8〕的锰锌铁氧体粉〔Mn1−xZnxFe2O4〕的饱和磁化强度是39–91emu/g。关键词：锌碳电池硫酸浸出氧化沉淀锰锌铁氧体1、介绍工业上有用的各种次要来源的材料和金属的回收率一直是韩国的一个重要问题，因为自然资源是有限的，并且在战略金属上它的需求有上升的趋势。国内锰金属的年需求量为约70万吨，这都消耗在制造电池，有色金属合金和炼钢上。金属锌被用作电镀材料，涂层材料，和合金元素。仅在2005年，锌矿石进口了115万吨，而只有30万吨锌矿石被挖掘于国内，而且国内市场的锰锌铁氧体价值近320美元。每年在韩国有超过10亿的废电池作为废物产生。为了解决环境问题，以节省天然资源，回收技术为废弃电池的开发〔Vatistas等，2001年；席等人，2004;塔斯和Depietre，2004;Shin等人，2007〕。在2003年，生产商保证金制度取而代之的延伸生产者责任制度〔EPR〕，从而实行废物回收利用的生产商或进口商责任高于产生废物的产品和包装材料。在再循环列表中的废弃电池包括氧化银电池，锂原电池和镍镉电池。在2005年，锂离子电池沿废参加列表。锌碳和碱性锰电池也包含在2021年的EPR列表中。所以，在韩国大局部废电池类型目前已列入在再循环列表。自1996年以来，在韩国制造的所有的碱性锰和锌碳电池，不包含任何附加汞因为与锌汞合并的被替换成第一铅及铅铟，镓和铝镓。因此，预计该填埋处理碱土锰和锌碳电池不直接构成重大健康或环境风险。自钴，锰，金属锌，镍作为战略以来，积累了国内回收行业；从废旧电池中回收金属的价值可刺激，从而解决潜在的环境的问题。用锌碳性和碱性锰电池的回收流程，应制定实现环境保护资源以及有效的工具。另外，在当前的工作中进行了实验，以合成高纯度的锰锌系铁氧体粉末〔MnZnFe4O8〕用作变压器磁性材料使用的非磁性局部的复原硫酸浸出粉碎锌碳电池和氧化共沉淀混合金属。2、实验过程2.1样品制备图1一个典型的锌碳电池截面示意图图1是一个典型的锌碳电池的示意图。废锌碳电池是由锌，二氧化锰，以及氧化锌和Mn2O3产生从放电反响〔贝纳德斯等人，2004年;Park等人，2006年〕。它们还含有磁性材料，少量的碳，塑料，和电解质。机械处理废弃电池产生过小的非磁性局部具有高的锌和锰的组合物。该过程包括破碎，筛分，磁别离，细粉碎，分级序列〔Park等，2006;金等，2021〕。因此，物理治疗在此取得了三种种馏分，即磁性材料和非磁性8目〔2.46毫米〕的尺寸过大和过小。8目筛下的组合物，用作后续实验中的原料，用原子吸收光谱法〔AAS〕确定含有：23.9％的Mn，14.9％的Zn，和4％的Fe。2.2复原浸出氧化沉淀Mn-Zn铁氧体粉末从8目筛下的生产包括两个阶段：〔ⅰ〕复原酸浸，及〔ii〕氧化碱性共沉淀〔图2〕。起初，用2mol/dm3的H2SO4和0.39mol过氧化氢，在60℃下的固/液比为1:10与搅拌速度为200rpm下，硫酸浸出实验进行了60分钟。浸出液过滤，用原子吸收光谱法分析酒和残留的Zn，图2用废弃锌碳电池制取锰锌铁氧体的流程图图3锰，锌，和铁8目筛下的硫酸萃取浸出局部的时间函数Mn和Fe的浓度。为了合成锰锌铁氧体粉末，50立方厘米样品的浸出液稀释至700立方分米准备的原料解决方案通过参加含有所需的锰：锌：铁的摩尔比为1:1:4的硫酸锌2.91克〔ZnSO4.7H2O〕，和23.15克的硫酸亚铁〔FeSO4.7H2O〕。在不同pH值下对沉淀物进行研究，以确定完全沉淀的最有效的pH。在浸酒被放置在反响器中，并在80℃，200转，O2气流量为1.3dm3/min时，调整后的摩尔比的沉淀被允许发生在60分钟内。过滤后的共沉淀物用蒸馏水彻底洗涤至中性pH并在100℃下进行12小时枯燥，以获得铁氧体粉末。2.3锰锌铁氧体的表征滤出沉淀物，在200℃下枯燥3小时。采用原子吸收光谱法测定了铁氧体粉末的化学成分〔光谱AA-400，Varian公司〕;形态检查使用扫描型电子显微镜〔JSM-6380LA，JEOL〕和透射电子显微镜〔JSM-6380LA，JEOL，日本〕。利用X-射线衍射仪〔RTC-300，日本理学公司〕与CuK-α辐射和振动样品磁强计〔VSM，LDJP600〕测定了晶体定向排列和铁氧体磁性能。图4对氧化物的溶解平衡常数的温度效应〔HSC6.1数据〕3、结果与讨论3.18目筛下的硫酸浸出在设定的浸出条件下8目筛下的硫酸浸出的Zn，Mn和Fe〔式〔1〕-〔6〕〕的提取物作为时间的函数集示于图3。快速溶解初始金属/氧化物可以提取约38％铁，48％的锰，和80％锌。为增加锰的提取，铁提取30分钟后，仍然相对不变。这说明Fe的参与〔II〕中的Mn〔Ⅳ〕或Mn〔Ⅲ〕氧化物的复原浸出，这可能导致沉淀铁在形式Fe〔Ⅲ〕的氧化物根本枯燥〔亚克2003年亚克和Das，2004年Avraamides等，2006〕。更快的浸出锌与锰和图3所示的铁相比，与先前报告的用SO2/H2SO4系统浸锌碳电池〔Avraamides等人，2006年〕的结果相一致。60分钟后，金属提取被认为是97.9％的锌，98.0％的锰，55.2％的铁，浸出液中产生23.4g/dm3的锰，14.6g/dm3的锌，和2.2g/dm3的铁。浸出反响：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(1)ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O(2)MnO+H2SO4=MnSO4+H2O(3)Mn2O3+H2SO4=MnSO4+MnO2+H2O(4)MnO2+H2SO4+H2O2=MnSO4+2H2O+O2(5)Mn3O4+3H2SO4+H2O2=3MnSO4+4H2O+O2(6)3.2浓度-pH和电位-pH图图5铁-锌-锰体系在80°C和1×10−4mol/dm3可溶性物种的电位-pH图〔基于HSC6.1〕图4示出的平衡常数的温度效应基于锌，锰，铁的金属氢氧化物/氧化物的溶解。减少的平衡常数随温度增加说明，这些金属离子可在高温和高pH值时从浸出溶液中被沉淀。图5示出的锌-锰-铁系的电位-pH图在80℃时突出显示，所有三种金属离子在pH值大于9.2，在氧的存在下，以氧化亚铁〔II〕，铁〔III〕时可以被成功的沉淀。这些图中的锰锌铁氧体—3.3节中讨论的降水的相关结果合理化是有用的。3.3Mn-Zn铁氧体的氧化沉淀图6预测〔a〕和测量〔b〕在80℃下溶解的金属离子与pH的函数〔根据图4中的K值和表1〕图7pH值对金属离子沉淀的摩尔比的影响〔根据表1的数据〕浸出液用于在调整后的Mn〔II〕：锌〔II〕：Fe〔Ⅱ〕的摩尔比为1：1：4时制备铁氧体粉末用作起始溶液所描述的实验步骤。表1示出在浸出液中的沉淀后的锰，锌，和铁的组合物，用5mol/dm3NaOH溶液调整pH值在5-12范围内的变化〔Shin等人，2007年〕。结果发现，金属的不完全沉淀发生在pH值为5-10的范围内，但所有三种金属离子可以在pH值大于10时沉淀。图6a示出的预测的pH值在80℃下对金属离子的溶解度选择平衡点的影响，即[M(III)/(Ⅱ)]-pH值的斜坡关系〔-2或-3〕可用于预测沉淀的品种的性质。图6b显示了被测金属离子浓度作为pH的函数研究中所涉及的沉淀反响的实际物种的对数图。例如，图6a预测10-6.3mol/dm3的溶解的锌〔II〕在pH为8时的浓度。然而，测得的在pH值为8，接近10-4.1nol/dm3的Zn〔II〕的浓度〔图6b〕，大于30倍预测值。测定锌〔II〕的浓度较高显示离子和离子缔合或该类型的锌复合物重要性。形成Zn(OH)+，Zn(OH)2和Zn(OH)3，在80℃下的平衡计算。这种尝试超越本研究的范围。然而，预测图6a中Mn〔II〕，Fe〔II〕，Zn〔II〕浓度的降顺序在图6b所示被观察到的pH显示在9-10范围内。锌和锰析出曲线的斜率接近-2，pH值的范围分别为7-9和9-11，并且符合预测图6A的斜坡。然而，斜率为-3的情况下，在图中的铁沉淀的pH显示为9-10范围内。图6b示出的氧化铁〔II〕，铁〔III〕沉淀在pH=11沉淀物是几乎完全反响，在剩余的酒中只有0.17mg/dm3锰，0.05mg/dm3,锌，0.07mg/dm3铁。沉淀反响(0<x<1)：(1−x)Mn2++2(1−x)OH−=(1−x)MnO+H2O(7)xZn2++2xOH−=xZnO+xH2O(8)2Fe2++0.5O2+4OH−=Fe2O3+2H2O(9)(1−x)Mn2++xZn2++4Fe2++O2=(MnO)1−x(ZnO)x(Fe2O3)2(10)Mn(OH)2+Zn(OH)2+4Fe(OH)2+O2=MnZnFe4O8+6H2O(11)图7示出根据表1中的数据析出的铁/锌，铁/锰和锌/锰在不同的pH值的摩尔比，。从最初摩尔比锌〔II〕：锰〔Ⅱ〕：铁〔II〕=1:1:4的溶液中富锌的Fe/Mn氧化物析出物在5-7的pH范围内具有类似铁/锌，铁/锰和锌/锰的比值。在pH值为8，，铁沉淀出有一个大的增加，这可能与磁铁矿的析出〔四氧化三铁〕有关，由图5中所示的在pH范围为7-9时它的稳定性。然而，这两个的Fe/Mn及Zn/Mn的比率保持不变，在pH10-12范围内对应的的摩尔比Mn：Zn：Fe=1.2:1.0:3.8。因此，析出的固体十分类似于式(MnO)1.2(ZnO)1.0(Fe2O3)1.9。如图8所示，X射线衍射〔XRD〕的结果证实了锰锌铁氧体单晶具有尖晶石结构的结晶形状。因此，很显然，锰锌系铁氧体用锌碳电池通过湿法冶金工艺可直接合成。此外，该锰锌铁氧体粒子粉末结晶的形状用TEM分析显示直径为20nm〔图9〕。3.4合成Mn-Zn铁氧体的磁学性质图8从废锌碳电池合成的MnZn铁氧体样品的XRD图谱图9从废锌碳电池合成的MnZn铁氧体TEM图像图10不同锌含量(x=0.2–0.8)的锌碳电池合成的(MnO)1−X(ZnO)x(Fe2O3)的磁化曲线锰锌铁氧体是一种重要的磁铁氧体，具有高磁磁导率，低损耗，高的饱和磁化强度和使用在电子应用中，如变压器，噪声滤波器，偏转线圈，扼流线圈，磁放大器等。锰锌铁氧体要求更高的性能和更小的尺寸。因此，它需要较高的饱和磁化强度通过离子替换〔Zheng等人，2021年〕。合成Mn1-xZnxFe2O8纳米粒子的饱和磁化强度是在室温下用VSM测定的。各种Zn〔x=0.2，0.4，0.5，0.6，0.8〕含量的M-H曲线如图10所示。磁化曲线显示出一个典型的没有滞后行为的超磁性。它也可以看出，锰锌铁氧体的磁化是与锌含量直接相关的。(MnO)1−x(ZnO)x(Fe2O3)2的磁化强度是随ZnO含量在0.2>x>0.5范围内增加而增加，但它随着ZnO含量在0.6>x>0.8范围内增加而减少。合成锰锌铁氧体粉末的饱和磁化强度是在39-91emu/g范围内的。4、总结和结论1〕在这项研究中，用过氧化