Waste Zinc-Carbon Battery Recycling: Focus on Total Material Recovery

Abstract

Нині цинково-вугільним батареям приділяють менше уваги, хоча вони все ще широко використовуються й належать до основних типів батарей, що збираються та переробляються. Технології переробки, які застосовують зараз, не дають змоги повністю відновити ресурси, не є самодостатніми та потребують додаткового фінансування. Тому метою цієї роботи є вивчення можливості повної переробки відпрацьованих цинково-вугільних батарей і пропозиція практичного використання кінцевих продуктів, що утворюються в процесі переробки. Обґрунтовано можливість комплексної переробки відпрацьованих цинково-вугільних батарей із застосуванням механічного розділення та переробки компонентів батареї (сталевого корпусу, цинкового електрода, графітового електрода, поліпропіленових і паперових ізоляторів). Досліджено відокремлення відпрацьованих електролітів від інших компонентів батарей за допомогою соляної кислоти. Показано, що вилучення катіонів Zn2+ і NH4+ відбувається після додавання еквівалентної кількості розчину Na3PO4 та осадження нерозчинної у воді солі NH4ZnPO4. Відпрацьований агломерат (суміш MnO2, MnO(OH) і графіту) регенеровано до початкового складу (MnO2, графіт) за температури 300–325 °C; гідроксид мангану(III) окиснено до діоксиду мангану(IV). Термічна деструкція поліпропіленових і паперових ізоляторів із додатковим уведенням поліетилену до первинної суміші дала як продукти піролізну рідину, піровуглець і піролізний газ. Показано практичне використання одержаних продуктів і відповідність запропонованого методу переробки відпрацьованих батарей екологічним вимогам.

Currently, less attention is paid to zinc–carbon batteries, although they are still widely used and are among the major types of batteries collected and recycled. The recycling technologies currently in use do not allow the complete recovery of resources, are not self-sufficient and require additional financing. Therefore, this paper aims to study the possibility of complete recycling of waste zinc–carbon batteries and to suggest the practical use of the final products generated in the recycling process. The possibility of complex processing of spent zinc–carbon batteries using mechanical separation and processing of the battery’s components (steel case, zinc electrode, graphite electrode, polypropylene and paper insulators) is justified. The separation of spent electrolytes from other components of batteries with hydrochloric acid was studied. It was shown that the extraction of Zn2+ and NH4+ cations takes place following the addition of an equivalent amount of Na3PO4 solution and water-insoluble NH4ZnPO4 salt sedimentation. Waste agglomerate (mixture of MnO2, MnO(OH), and graphite) was regenerated to its initial composition (MnO2, graphite) at a temperature of 300–325 °C; manganese (III) hydroxide was oxidized to manganese (IV) dioxide. Thermal destruction of polypropylene and paper insulators with additional introduction of polyethylene into the primary mixture produced pyrolysis liquid, pyrocarbon and pyrolysis gas as products. The practical use of the products obtained and compliance with the environmental requirements of the suggested method of waste batteries recycling were shown.