关于化学电池调查报告

研究案例的背景：

环境是人类生存和发展的基本条件，是物质文明建设的基础。环境污染和生态破坏，工作和生活环境质量恶化，威胁着人民群众的健康。保护环境，实质就是保护物质生产活动持续稳定、协调发展的物质基础。一粒小小的钮扣电池可污染600立方米水，相当于一个人一生的饮水量；一节干电池可污染12立方米水、一立方米土壤，并造成永久性公害…… 人们在日常生活中，使用过的废旧干电池，一直没有得到很好的回收利用，造成了浪费，也污染了环境。其实，被废弃的干电池，其锌壳只损耗了一小部分，二氧化锰也只起了一点氧化的作用，碳粉、石墨棒和铜帽还远远没有被消耗。如果能加以回收和利用，就具有很好经济效益和社会效益。

一、化学电池的原理

化学电源是一种直接把化学能转变为电能的装置，习惯上称作电池。电池由正极、负极、电解质、隔膜和容器五个部分组成，其中最主要的是正极、负极和电解质三个部分。 一般地，电池放电时，负极上总是发生氧化反应，并放出电子；而正极上总是获得电子，发生还原反应。但有些电池的反应，并不都是按氧化还原反应进行，而是以“嵌入—脱嵌”的方式进行。

1．构成原电池的条件

（1）电极材料是由活性物质与导电极板所构成，所谓活性物质是指在电极上可进行氧化还原的物质。两电极材料活性不同，在负极上发生氧化反应；正极上发生还原反应。

（2）电解液：含电解质

（3）构成回路。

2．原电池正负极的确定

将铜锌两种金属放在电解质溶液中，用导线连接，便构成原电池的两极。由于Cu、Zn两种金属电势高低不同，所以存在着电势差．电子总是从低电势的极流向高电势的极． 电势的高低一般可根据金属的活泼性确定：金属越活泼其电极电势就越低，金属越不活泼其电极电势就越高．由于锌比铜活泼，所以电子总是从锌极流向铜极．

电化学上把电子流出的极定为负极，流入的极定为正极．锌为负极，铜为正极。电极反应：负极：Zn-2e-→Zn2+ 正极：2H+ ＋2e-→H2

以上介绍了铜——锌原电池，我们也可以利用同样的原理，把其他的氧化还原反应设计成各种不同的电池。在这些电池中，一般都用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子；在电池内部，两极之间填充电解液。放电时，负极上的电子通过导线流向用电器，从正极流回电池，形成电流。 下面，简单介绍一种比较常见的电池——干电池。

手电筒中的干电池一般是普通的锌—锰干电池，它的结构和反应原理如下：

锌—锰电池内的主要反应：

负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）

正极（碳棒）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H20

总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2

干电池的外壳是金属锌，作负极，中心碳棒（石墨）是正极，碳律周围由一层纸质包裹的黑色物质，这是石墨粉和二氧化锰的混合物，纸质和锌壳之间填满了糊状白色电解液，其成分是氯化铵、氯化锌和淀粉糊。干电池放电主要是通过锌筒上失去电子，而被氧化成Zn2+而进入电解质溶液中，电解质溶液中的NH4+获得电子被还原成NH3，从而使灯泡在电子转移的过程中获得电能而发光。

二、化学电池的种类

化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液，和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。化学电池放电到一定程度，电能减弱，有的经充电复原又可使用，这样的电池叫蓄电池，如铅蓄电池、银锌电池等；有的不能充电复原，称为原电池，如干电池、燃料电池等。 下面介绍化学电池的种类：

1．干电池：普通锌锰干电池的简称，在一般手电筒中使用锌锰干电池，是用锌皮制成的锌筒作负极兼做容器，中央插一根碳棒作正极，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；电池顶端用蜡和火漆封口。在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂,吸收正极放出的H2，防止产生极化现象,即作去极剂,淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。电池的电压1.5V—1.6V。在使用中锌皮腐蚀，电压逐渐下降，不能重新充电复原，因而不宜长时间连续使用。这种电池的电量小，在放电过程中容易发生气涨或漏液。而今体积小，性能好的碱性锌—锰干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性，负极也由锌片

改为锌粉，反应面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍。

2．铅蓄电池：铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，用含锑5%～8%的铅锑合金铸成格板，在正极格板上附着一层PbO2，负极格板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中。铅蓄电池的电压正常情况下保持2.0V，当电压下降到1.85V时，即当放电进行到硫酸浓度降低，溶液密度达1.18 g/cm3时即停止放电,而需要将蓄电池进行充电。当密度增加至1.28 g/cm3时，应停止充电。这种电池性能良好，价格低廉，缺点是比较笨重。

目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中。

3.银锌蓄电池

银锌电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。目前，有一种类似干电池的充电电池，它实际是一种银锌蓄电池，电解液为KOH溶液。

常见的钮扣电池也是银锌电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极盒一端充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液，溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜，将电极与电解质溶液隔开。 一粒钮扣电池的电压达1.59 V，安装在电子表里可使用两年之久。

4．燃料电池：燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池，所以燃料电池也是化学电源。它与其它电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内，而是在工作时，不断地从外界输入，同时把电极反应产物不断排出电池。因此，燃料电池是名符其实地把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。

把两个电极隔开。化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。燃料电池的特点是能量利用率高，设备轻便，减轻污染，能量转换率可达70%以上。?如氢氧化钠或氢氧化钾等? 燃料电池的正极和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。从负极连续通入氢气、煤气、发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体；从正极连续通入氧气或空气。电解液可以用碱

当前广泛应用于空间技术的一种典型燃料电池就是氢氧燃料电池，它是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，碳电极上嵌有微细分散的铂等金属作催化剂，如铂电极、活性炭电极等，具有很强的催化活性。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。

5．锂电池：锂电池是金属锂作负极，石墨作正极，无机溶剂亚硫酰氯(SO2Cl2)在炭极上发生还原反应。电解液是由四氯铝化锂(LiAlCl4)溶解于亚硫酰氯中组成。它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应，生成氯化锂、亚硫酸锂和硫：8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S 锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其它金属作负极相比较，能在较小的体积和质量下能放出较多的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间长，能在216.3—344.1K温度范围内工作，使用寿命大大延长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起博器上，以及作为火箭、导弹等的动力资源。

微型电池：常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池是锂电池。这种电池容量大,电压稳定,能在56.7℃—71.1℃温度范围内正常工作。

6．溴—锌蓄电池

国外新近研制的的基本构造是用碳棒作两极，溴化锌溶液作电解液。

三、废旧电池简介

1. 电池的组成：干电池、充电电池的组成成分：锌皮（铁皮）、碳棒、汞、硫酸化物、铜帽；蓄电池以铅的化合物为主。

2. 电池的种类：电池主要有一次性电池、二次电池和汽车电池。一次性电池包括纽扣电池、普通锌锰电池和碱电池，一次性电池多含汞。二次电池主要指充电电池，其中含有重金属镉。汽车废电池中含有酸和重金属铅。

3. 电池数量：DC、MP3等数码产品在以超猛的速度发展，而且都在使用着电池，电池的使用量在迅速增加，如果再不付诸行动的话，电池山的现象迟早会发生。

四、废旧电池的危害

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、锌等各种金属物质，废旧电池被遗弃后，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是不能降解，只能通过净化作用，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。因而废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量的重金属上。 重金属污染，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，加强废旧电池的回收就日显重要了。

五、废电池回收利用技术

1．锌锰干电池

①湿法冶金法

该法基于Ｚｎ，ＭｎＯ２可溶于酸的原理，将电池中的Ｚｎ，ＭｎＯ２与酸作用生成可溶性盐进入溶液，溶液经过净化后电解生产金属锌和电解ＭｎＯ２或生产其它化工产品、化肥等。湿法冶金又分为焙烧—浸出法和直接浸出法。

焙烧—浸出法是将废电池焙烧，使其中的氯化铵、氯化亚汞等挥发成气相并分别在冷凝装置中回收，高价金属氧化物被还原成低价氧化物，焙烧产物用酸浸出，然后从浸出液中用电解法回收金属，直接浸出法是将废干电池破碎、筛分、洗涤后，直接用酸浸出其中的锌、锰等金属成分，经过滤，滤液净化后，从中提取金属并生产化工产品。

②常压冶金法

该法是在高温下使废电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解和挥发以及冷凝的过程。 方法一：在较低的温度下，加热废干电池，先使汞挥发，然后在较高的温度下回收锌和其它重金属。

方法二：先在高温下焙烧，使其中的易挥发金属及其氧化物挥发，残留物作为冶金中间产品或另行处理。

湿法冶金和常压治金处理废电池，在技术上较为成熟，但都具有流程长、污染源多、投资和消耗高、综合效益低的共同缺点。19xx年，日本TDK公司对再生工艺作了大胆的改革，变回收单项金属为回收做磁性材料。这种做法简化了分离工序，使成本大大降低，从而大幅度提高了干电池再生利用的效益。近年来，人们又开始尝试研究开发一种新的冶金法——真空冶金法：基于废电池各组分在同一温度下具有不同的蒸气压，在真空中通过蒸发与冷凝，使其分别在不同温度下相互分离从而实现综合利用和回收。由于是在真空中进行，大气没有参与作业，故减小了污染。虽然目前对真空冶金法的研究尚少，且还缺乏相应的经济指标，但它明显克服了湿法冶金法和常压冶金法的一些缺点，因而必将成为一种很有前途的方法。

2．镍镉电池

Ｎｉ－Ｃｄ电池含有大量的Ｎｉ，Ｃｄ和Ｆｅ，其中Ｎｉ是钢铁、电器、有色合金、电镀等方面的重要原料。Ｃｄ是电池、颜料和合金等方面用的稀有金属，又是有毒重金属，故日本较早即开展了废镍隔电池再生利用的研究开发，其工艺也有干法和湿法两种。干法主要利用镉及其氧化物蒸气压高的特点，在高温下使镉蒸发而与镍分离。湿法则是将废电池破碎后，一并用硫酸浸出后再用Ｈ２Ｓ分离出镉。

3．铅蓄电池

铅蓄电池的体积较大而且铅的毒性较强，所以在各类电池中，最早进行回收利用，故其工艺也较为完善并在不断发展中。

在废铅蓄电池的回收技术中，泥渣的处理是关键，废铅蓄电池的泥渣物相主要是ＰｂＳＯ4，ＰｂＯ２，ＰｂＯ，Ｐｂ等。其中ＰｂＯ２是主要成分，它在正极填料和混合填料中所占重量为41％～46％和24％～28％。因此，ＰｂＯ２还原效果对整个回收技术具有重要的影响，其还原工艺有火法和湿法两种。火法是将ＰｂＯ２与泥渣中的其它组分ＰｂＳＯ4，ＰｂＯ等一同在冶金炉中还原冶炼成Ｐｂ。但由于产生ＳＯ２和高温Ｐｂ尘第二次污染物，且能耗高，利用率低，故将会逐步被淘汰。湿法是在溶液条件下加入还原剂使ＰｂＯ２还原转化为低价态的铅化合物。已尝试过的还原剂有许多种。其中，以硫酸溶液中ＦｅＳＯ4还原ＰｂＯ２法较为理想，并具有工业应用价值。

此法还原过程稳定，速度快，还可使泥渣中的金属铅完全转化，并有利于ＰｂＯ２的还原。 还原剂可利用钢铁酸洗废水配制，以废治废。

Ｎｉ-ＭＨ电池、新型的锂离子电池随着近年手持电话和电子设备的发展得到了大量的应用。这些废Ｎｉ-ＭＨ电池的正、负极材料中含有许多有用金属，如镍、钴、稀土等。因此，回收Ｎｉ-ＭＨ电池是十分有益的，有关它们的再生利用技术亦在积极开发中。

我们要把回收废电池的活动开展起来，积极探索回收旧电池行之有效的回收废旧电池的新途径。保护环境需要每一个人的努力。大害无声，让我们携手共进，保护我们的家园。

第二篇：化学调查报告

对金属废弃物回收的调查报告

调查地点：甘家口增光路21号院

1、调查品种：易拉罐、电池、电子产品、金属制家具

2、回收情况：在本小区设有专门的电池回收箱，箱中有少量电池。电子产品与易拉罐定期有专人收购。但在小区垃圾箱中发现有易拉罐混杂其中。

3、回收价格： 易拉罐：1角/个；电视机：50元/台；冰箱100元/台。

4、建议：专人定期收购，设立专用垃圾箱并在旁边竖立标志牌（介绍普及回收知识）、学习外国先进技术提高回收率。适当提高回收价格。

5、讨论：金属废弃物中的金属材料大部分可以回收。易拉罐含有大量铝。废电池含有大量的有色金属，而有色金属是地球上不可再生的宝贵资源。对于废电池的最佳处理办法是再生利用，提取其中的有用成分，将废物变为资源。可从中提炼出汞、锌、锰、铁、铜、镍等。回收电子产品也可帮助回收贵金属。金属废弃物如果不能单独回收，做特殊处理，而和普通垃圾一起处理，因金属的特殊性，不能降解，会造成不可逆的环境污染。通过这次对金属废弃物回收的调查，了解到金属废弃物的回收再利用，可以节约我们有限的资源，缓解开采压力，保护我们的生存环境，为建立可持续发展的社会起到重要作用。同时，通过查阅资料，发现目前我国回收后再利用的技术还很落后，不能完全提取可利用物质。综上所述，我们应该积极宣传对废金属回收再利用的重要性，提高全民对废金属回收再利用的意识；提高对废金属再利用的技术，变废为宝。