废旧锌锰干电池回收利用的实验教学设计

废电池回收

180 Chemical Engineering & Equipment

化学工程与装备

2010年第12期

2010年12月

汞，镍，镉等[1,2]。废电池无论暴露在大气中，还是深埋在地下，其重金属成分都会随渗液溢出，造成地下水和土壤的污染，日积月累会严重危害人类健康[2]。对废旧锌锰干电池进行回收利用，不仅可以保护环境，而且能够回收很多有用物质（如锌、铜、氯化铵、二氯二氨合锌(II)、二氧化锰等）；并进而制得软磁铁氧体[3,4]和半导体[5]等功能材料。

回收利用废旧锌锰干电池主要方法有干法、湿法和生物法[6]。干法的优点是回收产品纯度较高、除汞效果好，缺点是能耗大、设备费用大。湿法的优点是设备投资少、费用低，缺点是产品纯度低、工艺流程长，可能会产生二次污染[2]。生物法技术目前还不成熟，因此鲜有报道。实验室对废旧锌锰干电池回收利用的研究多采用湿法技术[1,3,7]。根据该实验研究所涉及的无机、有机及分析化学知识，结合自身的教学实践，笔者对“废旧锌锰干电池回收利用”的实验命题进行了创新性设计，主要体现在：

（1）创新性。已有文献[1,3,7]对NH4Cl的回收没有考虑电解质中锌的氯化物（ZnCl2和Zn(NH3)2Cl2）和其它金属离子的分离。我们在实验中根据锌的氯化物分子共价性的特点，首次提出了采用丙酮萃取法分离氯化铵和锌的氯化物；在不往体系中引入杂质离子的前提下，除去电解质中的其它过渡金属离子。

为了防止锌皮快速氧化造成电解质的泄漏，常在锌皮中掺入汞，形成锌汞齐，而汞对环境有较大的危害性，已有文献[1,3,7]没有对锌皮中汞的含量进行分析测定。本实验根据ZnI2和HgI2溶解度的差异，对锌皮中的汞含量进行了定量测定。

盖利刚，姜海辉，马万勇

（山东轻工业学院化学工程学院，山东 济南 250353）

摘 要：介绍一个综合化学实验“废旧锌锰干电池回收利用”的实验教学设计。该实验采取湿法路线对废旧锌锰干电池中的氯化铵、锌化物和二氧化锰等进行回收利用，测定了锌皮中的汞含量，并分别采用酸碱滴定和氧化还原滴定法对回收的氯化铵和二氧化锰样品进行纯度检验。实验教学设计融合了化学键与分子结构、氧化还原反应、卤素、过渡金属、化合物分离与提纯等基本化学理论以及无机、分析和有机化学实验的基本操作，思考与设计贯穿实验教学的全过程，这有助于提高学生的实验兴趣，培养学生分析问题和解决问题的能力。

关键词：废旧锌锰干电池；回收利用；教学设计

废旧锌锰干电池含有很多有害成分，如锌、锰、铜、铁，

（2）综合、设计性。在有用化学品回收的基础上，实验设计要求采用甲醛-酸碱滴定法和高锰酸钾氧化法[8]分别对回收的氯化铵和二氧化锰样品进行纯度测定。在氯化铵和锌的氯化物分离及溶剂回收过程中，涉及萃取、蒸馏等有机化学实验基本操作。实验内容体现了无机、有机和分析化学实验的有机综合。在锌的氯化物回收基础上，要求思考并设计纳米氧化锌或硫化锌的制备方案，有利于培养并提高学生的科研思维。 1 实验目的

（1）了解锌锰干电池的构造、原理、用途及对环境的危害。

（2）根据干电池中待回收物质的性质差异，联系溶解、过滤、蒸发、结晶、加热、焙烧、蒸馏、萃取、滴定等实验操作，探索将NH4Cl和MnO2从混合物中逐一分离出来的方法，确定电解质中的锌含量、锌皮中的汞含量以及回收NH4Cl和 MnO2样品的纯度。

（3）通过回收干电池，防止污染，变废为宝，增强环保意识。

（4）通过实践感悟求知过程，拓展知识面，巩固实验操作技能，培养创新能力。 2 实验原理

2.1 锌锰干电池的构造和原理

日常生活用的干电池多为锌锰干电池，其负极是作为电池壳体的锌电极，正极是被MnO2和碳粉包围的石墨电极，电解质是氯化锌与氯化铵的糊状物，其电池反应为式(1)：Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 → Zn(NH3)2Cl2 + 2MnOOH (1)。图1是一节干电池的剖面图。

废旧锌锰干电池回收利用的实验教学设计