一、蓄电干电池的收后危害与回收
〔研究目的〕了解废旧干电池对环境的危害，加强环保意识
〔研究方法〕查资料，何处回收上网，废旧调查，电池电解实验
〔研究步骤〕1、蓄电提出感兴趣的收后课题
2、明确目标和制定计划
3、何处回收查阅资料,废旧实验
4、完成论文和演示文稿
5、电池电解成果展示，蓄电答辩
〔课题组组员〕童龙欢、收后陈曦、何处回收谭万花、废旧胡卫、电池电解谢刚、刘生其、刘应乾、冯秀均
〔指导老师〕段照川向丘陵刘娟
〔内容提要〕随着经济的发展,干电池在我们生活中的作用日显重要,使用量也正迅速增加,几乎深入到我们生活的每一个角落，然而这些使用后的废弃干电池却未能得到妥善的处理。虽然废旧干电池的体积和质量都非常小,在生活垃圾中是微不足道的,但它含有多种金属物质,如果处理不当就会污染到水源、土壤、空气等,进而直接或间接危害到人们的健康,影响人们的正常生活,可见废弃干电池的危害确实不小。
〔关键词〕废弃干电池重金属危害污染回收环保
一、研究目的
"垃圾围城"已为我们敲响了警钟,我们想通过课题的研究,让人们更多的了解废旧干电池的危害和回收状况。保护环境人人有责,希望大家共同来关注废弃干电池的回收状况,多研究一些处理方法，变害为利。我们知道，个人的力量也许微不足道，但把我们——全人类每个人的力量联合起来，筑成一道环境的“绿色长城”，便足以托起一种文明，一种可持续发展的文明。
二、废旧干电池简介
1、干电池的构造、组成:我们常用的干电池称为锌锰电池,也叫碳锌电池。它的负极为锌做的圆筒,做成筒状的目的是用来储存电解液等化学药品。正极是一根碳棒,它的周围被二氧化锰、碳粉和氯化铵的混合剂所包围,总称为碳包。碳包和锌筒之间填充着氯化铵、氯化锌的水溶液和淀粉等组成的糊状物,称为电糊。电池口上用沥青、松香等配成的封口剂封牢。干电池工作时,锌和氯化铵发生反应,产生氢气,附着在碳棒上面。由于氢电阻很大,电池工作时,会发生"极化现象"，在电池附近产生相当大的电压,使路端电压降低，所以电池中加入二氧化锰作为"去极化剂",加入碳粉导电和吸收反应过程中生成的部分气体。电糊中的主要成分是氯化铵,它相当于伏打电池的稀硫酸。电糊中的氯化锌的作用是增加溶液中的锌离子浓度,缓和氯化铵对锌筒的腐蚀,延长电池的使用时间。组成：含锌皮（铁皮）、碳棒、汞、硫酸化合物、铜帽等。例如1号废旧锌锰电池的组成，重量70克左右，其中碳棒5.2克，锌皮7.0克，锰粉25克，铜帽0.5克，其他32克。
2、我国电池生产与消费状况：我国是一次干电池的生产和消费大国。 1999年生产电池150亿只，2000年为163亿只，2001年为174亿只，并逐年递增。据有关部门统计，我国每年消耗干电池量80亿只，而且以10%的速度递增，以上还不包括镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、铅酸蓄电池等二次电池。所以，我国每年都产生了极大数量的废电池。
三、废弃干电池的危害
1、废旧电池的危害性
一粒纽扣电池可污染60万升水，等于一个人一生的饮水量。一节电池烂在地里，能够使一平方米的土地失去利用价值，所以把一节节的废旧电池说成是“污染小炸弹”一点也不过分。我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等各种重金属元素。将废旧干电池遗弃后，电池的外壳会慢慢腐蚀，其中的重金属物质会逐渐渗入水体和土壤，造成污染。重金属污染的最大特点是它在自然界里是不能降解的，只能通过人工净化作用，将污染消除，同时也由于重金属容易在生物体内积蓄，从而随时间的推移达到一定量之后，产生致畸或致癌变的结果，最终导致生物体死亡，重金属对人体产生危害的另一个途径是通过食物链传递。鱼虾吃了含有重金属的浮游生物后，重金属在鱼虾体内积蓄，人再吃了这样的鱼虾后，重金属就会在人体内积蓄,达到一定程度后也会对人的身体产生严重影响。废旧电池的危害主要集中在其中含有的少量的重金属上。
镉：从呼吸道和消化道摄取而蓄积的，慢性中毒导致肺气肿、贫血、骨擀改变，急性中毒易致全身瘫痪。
锰：过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。
锌：锌的盐类能使蛋白质沉淀,对皮膜粘膜有刺激作用。当在水中浓度超过10-50毫克/升时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。
铅：铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官，能抑制血红蛋白的合成代谢过程，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它将导致儿童体格发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童的智力低下。
镍：镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经，引起血管变异，严重者导致癌症。
铬：可导致消化功能紊乱、肺癌、胃肠道溃疡。
汞：它在这些重金属污染物中是最值得一提的，这种重金属，对人类的危害，确实不浅。据我们调查，长期以来，我国在生产干电池时，要加入一种有毒的物质——汞或汞的化合物，我国的碱性干电池中的汞的含量达到1-5%,中性干电池为0.025%,全国每年用于生产干电池的汞具有明显的神经毒性,此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。
路线：电池→土壤→微生物→植物→动物→食物→人体→神经→久积发病
汞、镉、铅、锌、铬等重金属，能够使蛋白质变性，威胁着人类的健康，人类如果忽视对重金属污染的控制，最终将吞下自酿的苦果。因此，加强废旧干电池的回收日显重要。
2、废弃干电池危害的其他表现
目前世界上生活垃圾处理主要是卫生填埋、焚烧、堆肥和再利用这四种方式，混入生活垃圾的废旧干电池在这四个过程中的污染作用体现在：
填埋：废旧电池的重金属通过渗透作用污染水体和土壤。
焚烧：废旧电池在高温下，腐蚀设备，某些重金属在焚烧炉中挥发在飞灰中，造成大气污染；焚烧炉底重金属堆积，给产生的灰渣造成污染。
堆肥：废旧电池的重金属含量较高，造成堆肥的质量下降。另外，电池之间可能相互发生作用，加速重金属的融出，污染会相应增大。
再利用：一般采用反射炉火冶金法，工艺虽然容易掌握，但是回收率只有82%，其余的铅以气体和粉尘的形态出现，同时冶炼过程中的二氧化硫会进入空气中，造成二次污染，直接危害操作工人的健康。
3、通过做实验，了解废旧干电池的危害
活动目的：安排一些实验，让学生了解废弃干电池污染物对植物、动物的影响，让学生学会与他人分工合作、设计实验、做观察记录。通过查找资料，进一步了解废干电池的危害。
实验一：废弃干电池污染物对植物生长的影响
实验工具：容器两个。
实验材料：大蒜四个、电池二节、矿泉水若干。
实验步骤：
1、解剖电池，取其内部物质溶于矿泉水，配成2L溶液。
2、把大蒜分别放入清水和电池液的容器中浸泡，观察大蒜的变化情况。
实验数据及图片：
①刚加入时的情况：
图1：清水中大蒜无变化图2：电池液中大蒜无变化
②加电池液后的6小时：
图3：清水中大蒜无变化图4：大蒜有点变色
③加电池液的第3天：
电池液中大蒜有些发蔫，清水中大蒜无变化。
④加电池液的第5天：
盛在电池液中大蒜表面出现小坑，而在清水中大蒜仍然新鲜。
⑤加电池液的第7天：
在电池液中的大蒜表面的坑变大了，而在清水中大蒜无明显变化。
⑥加电池液的第10天：
在电池液中的大蒜表面发黑，顶部明显发黄，根部完全变黑。而在清水中大蒜无明显变化。
实验二：废弃干电池污染物对水生动物生长的影响
实验工具：鱼缸三只
实验材料：金鱼两尾、配制液若干、矿泉水六瓶
实验步骤：先将适量矿泉水分别加入两鱼缸中，把两条外型、大小相同的金鱼分别放在两容器中；再将电池废液倒入其中一鱼缸中，5分钟后捞出此内金鱼，放入另一盛清水鱼缸中观察现象；接着，重放回原缸观察。
实验数据及图片：
⑴初期：
图1：外型、大小相同的金鱼在清水中自由游动
⑵中期：清水中金鱼无变化，但被电池液浸泡过5分钟的金鱼则游动状况不佳。
⑶后期：重点观察电池液中金鱼的变化
①加电池液后的第4小时：盛有电池液容器的金鱼活波程度明显减少；清水中金鱼无变化。
废旧电池潜在的污染已引起社会各界的广泛关注。我国是世界上头号干电池生产和消费大国，有资料表明，我国目前有1400多家电池生产企业，1980年干电池的生产量已超过美国而跃居世界第一。1998年我国干电池的生产量达到140亿只，而同年世界干电池的总产量约为300亿只。废旧电池潜在的污染已引起社会各界的广泛关注。我国是世界上头号干电池生产和消费大国，有资料表明，我国目前有1400多家电池生产企业，1980年干电池的生产量已超过美国而跃居世界第一。1998年我国干电池的生产量达到140亿只，而同年世界干电池的总产量约为300亿只。
如此庞大的电池数量，使得一个极大的问题暴露出来，那就是如何让这么多的电池不去破坏污染我们生存的环境。据我们调查，废旧电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液。如果随意丢弃，腐败的电池会破坏我们的水源，侵蚀我们赖以生存的庄稼和土地，我们的生存环境面临着巨大的威胁。如果一节一号电池在地里腐烂，它的有毒物质能使一平方米的土地失去使用价值；扔一粒纽扣电池进水里，它其中所含的有毒物质会造成60万升水体的污染；废旧电池中含有重金属镉、铅、汞、镍、锌、锰等，其中镉、铅、汞是对人体危害较大的物质。而镍、锌等金属虽然在一定浓度范围内是有益物质，但在环境中超过极限，也将对人体造成危害。废旧电池渗出的重金属会造成江、河、湖、海等水体的污染，危及水生物的生存和水资源的利用，间接威胁人类的健康。废酸、废碱等电解质溶液可能污染土地，使土地酸化和盐碱化，这就如同埋在我们身边的一颗定时炸弹。因此,对废旧电池的收集与处置非常重要，如果处置不当，可能对生态环境和人类健康造成严重危害。随意丢弃废旧电池不仅污染环境，也是一种资源浪费。有人算了一笔帐以全国每年生产100亿只电池计算，全年消耗15.6万吨锌，22.6万吨二氧化锰，2080吨铜，2.7万吨氯化锌，7.9万吨氯化铵，4.3万吨碳棒。
汞的毒性
汞即我们俗称的“水银”，是一种常温下为液体的物质，可以阻止电池中阴极金属锌的氧化，这一作法提高了电池的贮存寿命。因此，早在以前采用的锌做阴极度的电池几乎都有一定量的汞做防腐剂。但是汞和汞的化合都具有神经毒性，对内分泌系统，免疫系统等也有不良影响，它会引发人的口齿不清、步态不稳、四肢麻痹，最后导致全身痉挛，精神失常而死。
随着科技的进步，电池开始逐渐实行低汞化和无汞化，汞的代替品表面活性剂Forafac氟化聚合物，在防止锌的腐蚀上取得了良好的效果。
长期以来，我国在生产干电池时，要加入一种有毒物质——汞或汞的化合物。我国的碱性干电池的镉的毒性
镉不是人体所必需的痕量元素，新生婴儿体内并没有镉，而是随着年龄的增长，逐渐累积起来的。镉具有肾毒性，它所致的肾损伤是不可逆的。同时肾损伤后还可能继发骨质疏松、软骨症和骨折。在1993年，国际抗癌联盟就将镉定为IA级致癌物。基于以上原因，许多发达国家已建议禁止使用镉镍电池而镍氢电池已取代镉镍电池，避免了镉的使用。而我国的绝大多数电池生产企业仍用镉作为生产电池的原料，使得电池的危害进一步加大。
废电池虽小，危害却甚大。但是，由于废电池污染不象垃圾、空气和水污染那样可以凭感官感觉得到，具有很大的隐蔽性，所以没有得到应有的重视。目前，我国以成为电池生产和消费的大国，废电池污染是迫切需要解决的一个重大环境问题。
尽管先进的科技已给了我们正确的指向，但我国的电池污染现象仍不容乐观。目前我国的大部分废旧电池混入生活垃圾被一并埋入地下，久而久之，经过转化使电池腐烂，重金属溶出，既可能污染地下水体，又可能污染土壤，一旦种植作物，重金属则可能在作物中积聚，通过食物链而最终影响人体健康。
二、处理废旧干电池的化学方法
处理废旧干电池的化学方法目前有三种：
（1）热处理将旧电池磨碎，然后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，它同样是贵重金属。铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金。或者直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售。不过，热处理的方法花费较高，瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费。
（2）“湿处理”除铅蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来。
（3）真空热处理法首先需要在废电池中分拣出镍镉电池，废电池在真空中加热，其中汞迅速蒸发，即可将其回收，然后将剩余原料磨碎，用磁体提取金属铁，再从余下粉末中提取镍和锰。
废旧电池对土壤和地下水污染严重，直接或间接地危害着人们的身体健康。为此回收废旧电池很有必要。国际上通行的废旧电池处理方式大致有三种：固化深埋、存放于废矿井、回收利用。前两种做法不仅花费太大而且还造成浪费，现在，人们的环保意识有了很大提高，相信不久的将来，废电池回收利用的问题必定会得到很好的解决。
三、废电瓶水最后怎么处理了
废旧电池中的电解液和重金属物质需要妥善处理,以达到无公害排放的目的。主要的处理方法如下:
1.电解液回收。可以通过真空蒸发、离心分离等方法收集和回收电解液中的硫酸。回收后的硫酸可以用于生产新电池。这种方法可以最大限度减少电解液的排放。
2.重金属回收。电池中含有大量的铅、镉、汞等重金属,需要通过高温还原熔炼、电解 refined等方法回收利用,避免重金属污染。
3.固体焚烧法。在高温下燃烧电池,氧化分解电极和电解液,将有害物质转化为氧化物等稳定物质。然后收集烟气和烟灰处理,达到无害化排放。这需要专门的废电池焚烧炉和烟气处理系统。
4.中和混合法。使用石灰、氢氧化钠等中和电解液,然后和红泥、粉煤灰等混合,产生安定的中和化合物进行固化填埋。要严格控制填埋场的渗透性,避免二次污染。
5.综合利用法。对电池进行物理破碎,分离可利用物质。电解液用于生产甲基化工产品,重金属用于各种合金的生产,氧化锰用于生产锰酸钾等。最大限度实现资源综合利用。
除此之外,对废旧电池分类收集也是减少环境污染的重要一步。各产业和生产企业应建立集中式的废旧电池回收系统,选择无公害的处理方法进行系统处理。个人也应将使用过的电池分类收集,参与到废旧电池的回收利用体系中。
总之,对废旧电池无公害处理的关键是最大限度回收利用电解液和重金属,选择焚烧法、中和法等将危险有害物转化为安定物,并建立系统的废旧电池回收网络,使之达到零排放或低排放的目的。这需要政府、企业与个人的共同参与与配合。
参考资料:溶剂萃取
