我国废旧手机电池回收利用方案的探究.docx

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我国废旧手机电池回收利用方案的探究

我国废旧手机电池回收利用方案的探究

目录

摘要…………………………………………………………………1

1.前言………………………………………………………………

2.导论…………………………………………………………………

2.1研究的背景与意义…………………………………………………………

2.2研究的方法和思路……………………………………………………………

2.3研究的内容和重点……………………………………………………………

3.废旧手机电池回收利用方案的理论基础…………………………

3.1手机电池的概念、分类和特性……………………………………………

3.2废旧手机电池的危害…………………………………………………………

3.3废旧手机电池回收利用的必要性……………………………………………

4.废旧手机电池回收体系的构建……………………………………

4.1国内外废旧手机电池回收现状…………………………………………………

4.2废旧手机电池回收方案………………………………………………………

5.废旧手机电池处理方案的研究…………………………………

5.1国内外废旧手机电池处理技术现状…………………………………………

5.2废旧手机电池（锂离子）的处理方案………………………………………

6..结论与展望……………………………………………………

7.参考文献…………………………………………………………

我国废旧手机电池回收利用方案的探究

杨琴201010703124

（昆明理工大学再生资源科学与技术专业）

摘要：

移动通信的快速发展和手机的大量使用，手机废旧电池给环境带来的危害必将日益明显。

本文对国内外手机废旧电池回收利用现状进行了综合的分析和比较，对各种手机废旧电池的处理方案进行了比较，最终提出了自己的看法和观点，针对废旧手机电池的回收利用提出了方案。

关键词：

废旧手机电池；回收利用；方案

AStudyintheRecyclingSystemofMobilePhoneBatteries

Abstract:

Withfastdevelopmentofmobilecommunicationandtheusingofcell-phonesinalargescale,thedangerbroughtbyoldanduselessbatteriesofcell-phonestoenvironmentwillbeobviousdaybyday.Thisarticleintendstopresentasystematicanalysisonthecurrentstateofmobilephonebatteryrecyclingsystem.Bymethodsofinspectionandcomparison,anoriginalstatementregardingthereusabilityisalsoproposed.

Keywords:

oldanduselessbatteriesofcell-phones；recycling;project

1.前言

我国是一个发展中国家，也是一个危险废物产生大国。

改革开放以来，随着城市化和工业化进程加快，固体废物和危险废物的产生量也迅速增长。

根据我国的年度统计数据，每年的危险废物产生量在1000万t左右。

近年随着国民经济的快速发展，人民生活水平的大幅提高，移动通信行业呈现迅猛发展，随之而来的废旧手机及电池等配件回收利用和环境污染问题，日益受到社会各界和公众的广泛关注。

目前，废旧手机电池已成为电子垃圾的重要组成部分，如果处理不当，必然会给人类健康和生态环境带来潜在的威胁和污染；如果加以科学合理的回收利用、循环利用，又会变废为宝，给人类社会带来巨大的经济效益和社会效益。

因此，研究废旧手机电池回收利用问题，逐渐引起世界各国尤其是发达国家的重视，成为电子垃圾处理的热点问题。

2.导论

2.1研究的背景与意义

中国已是世界上第一大手机使用国，2012年2月手机用户数突破10亿大关，另外一个数字是，国际研究资料显示，全球每年废弃手机4亿部，其中一亿部在中国。

与此同时，手机产量的增长速度也相当惊人，2007年我国手机生产总量达到5-6亿部，约占全球市场份额的50%【1】。

手机是一种消费类电子产品，其设计使用寿命一般在7—8年，而手机电池的使用寿命更短，一般在3年左右【2】。

权威统计显示，全球移动用户更新手机的周期平均在2年左右，而在一些经济较为发达的国家和地区，用户更换手机的周期更短。

由于手机越变越小，功能越来越多，价格越来越低，人们换手机的频率也越来越快。

按照亚洲用户平均每部手机配1.8块电池来计，一部手机在其使用寿命内可以配置2至4块手机电池【3】。

由此可见，手机电池的保有量巨大，这也意味着废旧手机电池正以成倍于手机的淘汰速度进入社会环境。

当前，废旧手机电池已成为我国电子垃圾的重要组成部分。

而引起社会和公众广泛关注，其实这也是一把双刃剑：

一方面，如果处理不当，必然会给人类健康和环境生态带来潜在的威胁和污染，另一方面，如果加以科学合理地回收、循环利用，又会节约资源，变废为宝，给人类社会带来巨大的经济效益和社会效益。

因此，废旧手机电池回收利用，日益引起世界各国尤其是发达国家的重视，成为电子垃圾处理的热点问题。

2.2研究的方法和思路

本论文主要采用文献研究的方法，通过大量文献的收集和阅读，以手机电池的理论知识（手机电池的种类、特征、危害，生产工艺等）为基础。

分析国内目前手机回收利用的现状，其中存在的问题和不足。

在广泛借鉴国外废旧手机电池回收利用理论研究和经验做法的基础上，深入分析我国废旧手机电池回收利用的重要意义，深入探讨废旧手机电池回收利用的方案，最终通过分析、比较、综合提出自己独立的见解和观点，提出一个废旧手机电池回收利用方案。

技术路线图

2.3研究的内容和重点

全文主要从以下几个层面对我国废旧手机电池回收利用问题进行了系统研究，第一个层面是理论基础层面，主要是概括了手机电池的概念、构成、分类、特征和废旧手机电池的危害。

第二层面是国内外废旧手机电池回收利用研究和实践层面，分析了国外废旧手机电池回收利用研究及实践情况，总结了国内废旧手机电池回收利用中存在的问题和不足。

第三层面是废旧手机电池回收利用政策研究层面，研究提出了我国废旧手机电池回收利用途径、对策措施和政策建议。

重点是通过分析、比较、综合，提出自己独立的见解和观点，提出一个手机废旧电池回收和利用方案。

3.废旧手机电池回收利用方案的理论基础

理论知识是行动的先导，通过对手机电池的概念、构成、分类、特征和废旧手机电池的危害，总结概括了废旧手机电池回收利用的理论基础，这些构成了废旧手机电池回收利用的理论支撑，对其实践起到了指导作用。

3.1手机电池的概念、分类和特性

（1）手机电池的概念

手机电池属化学电池，也是可充电电池，是指通过电化学反应，把正极、负极活性物质的化学能转化为电能的一类装置。

随着移动通信行业的迅猛发展，作为手机配件的手机电池产业也得到了快速发展，手机电池作为可充电电池可反复充放电循环使用。

可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化。

（2）手机电池的分类及特性

手机及其配件的技术正日新月异的发展，电池的种类和型号也非常繁杂，但现在主要为：

镉镍电池（Cd-Ni）、镍氢电池（MH-Ni）和锂离子电池三大类。

由于镉镍电池质量重和对环境的污染严重，现在已很少用它,取而代之的是锂离子电池，锂离子电池因其具有电压高、质量轻、比能量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等优点，目前它已成为手机用户的首选电池。

3.2废旧手机电池的危害

手机的充电电池和其他配件中含有诸如砷、汞、锑、镍、镉、金、锂、钴等一些有毒的金属元素。

当废旧手机电池被丢弃在自然界或者是与生活垃圾混在一起填埋堆放时，里面的重金属和酸碱等泄露出来，进入土壤或水体，然后通过各种途径进入人的食物链。

进入土壤的重金属的迁移过程为：

重金属→土壤→微生物→农作物→食物→人体神经系统→沉积发病。

日本曾发现某些地区由于长期食用被污染的含镍量很高的米和水而发生骨痛病大流行【4】。

表1、2简要说明了废旧锂离子电池中的主要金属含量及对人体健康的危害。

如果手机及其电池被废弃后不做任何处理，或者一埋了之，就会严重污染土壤和地下水资源，易使人类，尤其是儿童患癌症和神经系统紊乱。

如果选择焚烧，会造成空气污染，最终形成酸雨进入土壤。

废电池污染及其处理是目前社会最为关注的环境保护焦点之一。

因此从环境保护的角度来讲，对废旧手机电池实行科学的绿色回收是非常有必要的。

3.3废旧手机电池回收利用的必要性

手机电池分为镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池3种，镍氢电池解体可得正极和负极，正极主要为镍、负极为储氢合金（以镧系为例）、电解液为氢氧化锂。

电极材料含有可以回收的有价金属含量约为，正极：

镍（Ni）0.47g/g、钴（Co）

0.0367g/g；负极：

镍（Ni）0.445g/g、钴（Co）0.0945g/g、镧（La）0.111g/g、钕（Nd）0.0575g/g。

Li离子二次电池有价金属含量约为:

Co168g/kg、Cu78-96g/kg、Ni10-11g/kg、Li24-28g/kg[5]。

其外包装也有一些可以回收的材料，这些金属在我国都是比较稀缺的资源，回收利用可以有效地缓解我国贵金属需求的压力。

从环境保护的角度来讲，对废旧手机电池实行科学的绿色回收也是非常必要的。

虽然废旧手机会给环境带来污染，但通过一项负责任的回收计划就可使那些废旧手机变成宝贵的资源。

通过细致的处理过程，可以从废旧手机和电池中提炼出金、银、铜、钴、锂和其他贵金属，再次用于工业生产。

4.废旧手机电池回收体系的构建

4.1国内外废旧手机电池回收现状

关于废旧手机的回收处置，欧洲及美国和日本等国家和地区已经建立起了比较成熟的体系，尤其是在欧盟的一些国家，如丹麦、瑞典、瑞士、英国等，这些国家国土面积小、人口少、城市化水平高、经济发达，公民环境意识和法律意识较高，较早意识到了回收废旧手机等电子垃圾的必要性。

相比之下，我国城市化水平低，经济发展不均衡，更重要的是，全社会对环境保护的意识比较淡薄，需要政府相关部门和手机厂商对公众进行宣传教育，逐步培养其环境保护的意识。

欧盟在环境保护领域一直引领全球，欧盟的政界、企业界以及普通公众都对回收旧手机及其电池采取了积极合作的态度。

2003年7月初，为解决日益严重的废弃电子产品污染环境问题，欧盟正式颁布了修改后的废弃电器及电子产品处理指导法令（WEEE），明确要求欧盟所有成员国在2004年8月13日以前将此法令纳入本国正式法律条文中。

欧盟要求成员国确保从2006年7月1日起，投放市场的新电器和电子设备中（包括电池）不含铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚和聚溴联苯等六种有害物质【6】。

欧盟的主要成员国英国就率先实施了“FONEBAK”计划，这是一项专门针对废旧手机及其电池进行回收利用的环境保护计划。

该计划要求移动电话制造商和发行商负责采用环保方法回收和再生废旧手机及其配件【7】。

而且要求达到规定的目标回收率。

目前，在我国对于废旧手机电池的回收没有制定具体的政策和法规，我国至今还没有建立一套完整的废电池回收体系。

对于任何种类的废电池都没有按照危险废物来管理，绝大部分废旧手机电池被当作普通生活垃圾来处理。

其次，居民们对废旧电池危害认识不足，没有形成普遍的自觉收集、自觉上交的意识，废旧手机电池回收率低。

在我国，目前有一些非法的手机回收渠道存在，主要是一些

街头小贩，他们回收的手机及其电池一般有两个出路：

对还能使用的旧手机和电

池进行翻新后，以次充好、以旧充新，再以暴利卖到市场；对不能用的废手机和

电池拆下玻璃、塑料等器件卖钱，其余当垃圾扔掉。

这些含有大量有害物质的“垃

圾”最终会被当作普通垃圾填埋或焚烧。

或者将废旧手机和电池扔入硫酸中把电

路板的塑料成分腐蚀掉后提取贵重金属，而酸液等大量有害物质源源不断地被排

入河流、渗入地下，对环境的破坏相当严重。

4.2废旧手机电池回收方案

我国目前对废旧手机电池等电子废弃物管理缺乏具体的政策和法规，每年报废的手机电池绝大部分没有回收利用，而是随意处置，对生态、环境和公众健康构成了潜在威胁，也使得大量可再利用资源没有利用起来，造成稀缺资源的浪费。

其主要表现是：

缺乏具体的废旧手机电池管理法规及实施细则，对于生产、运输、回收处理、综合利用等尚无明确、具体要求；废旧手机电池管理体系不健全，在回收、运输储存、再生利用方面都没有完善的管理制度；缺乏合理的废旧手机电池管理运行机制，政府相关部门协调管理机制没有建立起来；对废旧手机电池可能造成的环境危害及其再利用价值的宣传力度不够，社会还远未形成良好氛围；此外，手机电池生产标准等也有待进一步完善等。

通过综合的分析比较，本人认为可以在销售者与消费者之间实行“押金制度”，即电池销售时收取一定的押金，要求消费者在废弃电池时，将电池送至指定的回收点，取回押金，整个回收体系形成网络化。

该制度在我国其他行业曾经施行，效果良好，可以较好地实行废物回收。

废旧手机电池处理谁来买单，这也是废旧手机电池回收利用中的一大问题，发达国家有不少消费者付费的处理模式，但我国由于经济因素的制约，据在南方某一城市调研发现，愿意付费进行电池回收利用的公众不到一半，在经济相对落后地区愿意付费的公众更少，为避免收不到电池的尴尬，暂不宜采用消费者付费的模式。

本人认为废旧手机电池处理的费用，可以本着“谁污染，谁治理”的原则，对电池生产厂家适当征收环境治理税，国家补贴相结合，统一由专门的部门来处理。

5.废旧手机电池处理方案的研究

5.1国内外废旧手机电池处理技术现状

目前,国外一些公司对锂离子电池进行了回收利用。

有代表性的如瑞士某公司，主要工艺是把回收来的电池经筛选和人工分拣后,经高压常温破碎→中和锂→金属分离→镍铬合金、钴及氧化锰和塑料等。

而日本回收处理废电池一直走在世界前列,其工艺流程为电池组→解体塑料和金属壳回收,单体电池焙烧→粉碎→分选→筛上物磁选出铁,筛下物→酸溶解→过滤→收入溴酸反应→过滤→溴酸钴→干燥→钴化合物。

国内有关单位研究采用硫酸介质还原浸出生产草酸钴的工艺,工艺流程为破碎解体→分选→硫酸还原浸出→净化→草酸沉钴【8】。

（1）Cd-Ni电池的回收处理技术

这几年淘汰的Cd-Ni电池数量巨大。

废镍-镉电池有多方面的用途，回收涉及面很广,Cd-Ni电池回收工处理艺主要有火法冶金回收和湿法冶金回收两种。

但应用较广泛的是湿法回收。

湿法回收工艺如下【9】：

（2）锂离子电池的回收处理技术

钴是一种稀有的贵重金属，在锂离子电池中的含量相对较高，因此对废旧锂离子电池，主要是回收其中的钴等金属。

近年来，我国在废旧锂离子电池回收浸出处理技术方面的研究，也取得了一些进展，目前废旧锂离子电池的回收技术可归为三类：

（1）浸出回收技术；

（2）煅烧与浸出相结合的回收技术；（3）其它的回收方法。

①浸出回收技术

主要包括电池破碎或剥离、酸（盐酸、硝酸及硫酸等）浸出和分离（沉淀、络合

及萃取等方法）等过程。

操作条件温和，浸出温度一般低于80℃，但浸出液成分

复杂，分离步骤较多。

其主要的工艺流程如下图所示【10】:

②煅烧与浸出相结合的回收技术主要包括破碎（或剥离）、焚烧、热处理和浸出分离等过程，特点是工艺相对简单，但该方法的热处理能耗较高，电解液和电极中其他成分通过燃烧转变为二氧化碳等气体及其他有害成分（如五氧化二磷等），会造成二次污染。

到目前为止，国内对废旧电池还没有完善的回收处理措施，在相关技术上的研究也刚刚起步，仅停留在实验室阶段，与发达国家相比差距较大。

因此，当务之急是该研究工作应向实用化方向发展，尽快丌发出安全、有效、经济的废电池处理技术。

5.2废旧手机电池（锂离子）的处理方案

钴是一种稀有的贵重金属，在锂离子电池中的含量相对较高，因此对废旧锂离子电池，主要是回收其中的钴等金属。

尽管不同锂离子电池的成分有所差异，但一般都含有15%的有机溶液和7%的塑料，以及若干有价元素，如5%-20%的钴和5%-7%的锂。

锂离子电池的主要材料构成如下【11】：

正极材料-锂化合物、LiCoO、LiNi02/LiMn04/LiMn204；

负极材料-石墨、天然或人造炭黑、铅碳纤维、中碳粉、微碳粉；

溶液-有机溶剂、LiPF6、丙烯碳酸盐、乙烯碳酸盐；

隔离物-聚丙烯（PP）、聚脂（PE）。

目前国内外对废弃锂离子电池正极废料的回收工艺复杂，流程长，投资大，难以形成大规模的生产。

其关键在于钴酸锂锂极片的处理过程。

根据国内外锂离子电池回收利用现状，方案从环保的角度出发，要找到成本相对低廉的回收废弃手机锂电池中的钴。

对于湿法提取手机锂离子电池中的钴，本人认为主要要考虑以下几方面：

①寻求最佳溶解条件，从而有效分离铝箔。

②分析影响钴浸出的因素，寻求合理的浸钴条件，从而提高钴的浸出率。

③寻求最佳的沉钴实验条件，从而提高钴的沉淀率。

④对于其他组成成分作到环保排放，不造成二次污染。

（1）废旧锂离子电池的前处理

电共物料的物料分离过程：

括破碎过程、放电稳定化过程、再破碎、磨矿、磁选等，分离出铁磁性的铁。

（2）有机溶剂对电池的溶解与有机溶剂的回收

粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）具有强极性，根据“相似相溶”原理，PVDF应溶于强极性有机溶剂。

而四种强极性的有机溶剂【12】分别为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基哑砜和四氢呋喃，其最佳溶解的选择则可以根据实验研究来选择。

对于有机溶剂的回收，则可以选择循环利用【13】。

（3）稀硫酸和双氧水溶解浸渣

经有机溶剂分离法处理后的钴锂膜，得到黑色粉末浸渣与铝箔固体，铝箔经洗涤、干燥后可直接作为产品回收；而黑色粉末浸渣中主要含有钴酸锂与乙炔黑，还含有少量Cu和Fe元素，对黑色粉末浸渣处理的主要目的就是分离碳和钴等金属元素，因为碳不溶于酸性浸出体系，所以采用合适的酸性浸出体系，可以浸出钴，实现钴与碳的分离【14】。

应原理如下：

2LiCoO2+3H2S04+H202Li2S04+2CoS04+4H20+02

（4）水解沉淀铁离子和铜离子

水解沉淀法根据金属氢氧化物沉淀的所需pH值不同来达到金属分离的目的

【15】。

（5）草酸铵沉淀钴离子

常用来沉钴的方法有碳酸盐沉钴、草酸盐沉钴、氢氧化物沉钴等，由于浸出液经过除铝后，溶液中主要含有C02+和Li+等离子，如果采用碳酸盐沉钴，Li+会与碳酸根离子反应生成碳酸锂，因此采用草酸盐沉钴，由于Li+与草酸根不发生反应，既可以得到较纯的草酸沉淀钻，又可以避免增加除Li+的工序【16】。

其反应式为:

（NH4）2C204+COS04CoC204+（NH4）2S04

（6）碳酸钠沉淀锂离子在回收钴后的浸液中，通过加入饱和碳酸钠溶液的方法使锂沉淀下来，回收得到碳酸锂产品。

由于钴的回收物中含有的少量杂质主要为镍和锂，钴则是碳酸锂中的主要杂质，这些回收物质将可作为制备锂离子电池正极钴酸锂电极材很好的躯体【17】。

处理流程如下图所示：

总之，对废旧手机电池进行回收，既要求工艺简单、流程短、成本低、资源回收率和产品纯度高，又要求不造成二次污染，是一个清洁生产工艺。

6.废旧手机电池回收和处理方案可行性分析

对于方案的可行性，将从下面三方面分析：

①本文对我国废旧手机电池回收利用的体制机制研究不够深入。

虽然本文己进行

了相关分析研究，但分析的还不够透彻，提出的对策建议也不够完善。

实际上这

是影响废旧手机电池回收利用的重要因素。

把废旧手机电池回收利用作为研究的

题目，更加注重对我国废旧手机电池回收利用的现状、问题及对策措施的分析研

究，但在理论创新上则仍显乏力。

②由于我国目前还处于发展中，经济水平不是很高，而在整个手机回收到处置中

将花费巨大的费用，主要包括：

收集费用，处置费用，回收废电池过程中的环保

费用。

根据国内外锂离子电池回收利用现状，方案从环保的角度出发，寻求成本

相对低廉的回收废弃手机锂电池中的钴。

③由于知识水平的局限和不足，废旧手机电池（锂离子电池）处理方案中，类似

最佳溶剂的选择，最佳沉钴条件等，需要进行科学实验来寻找。

7.结论与展望

（1）通过深入分析研究，本文得出主要结论如下：

①废旧手机电池作为电子废弃物，是一种固体危险物，既可能对生态、环境和人类健康构成潜在的危害，又有回收利用的巨大价值，废旧手机电池回收利用对于加强环境保护、节约资源能源、建设节约型环境友好型社会，对于实现移动通信行业可持续发展具有重要意义。

②我国废旧手机电池回收利用研究还处在探索发展过程中，许多理论和实践问题需要进一步探讨，既需要大胆借鉴国外发达国家的成熟经验做法，也要不断总结我国在实践中的经验做法，以建立完善我国废旧手机电池回收利用模式和体系。

③我国废旧手机电池回收利用存在的问题和困难主要是：

缺乏具体的废旧手机电池管理法规及实施细则，对于生产、运输、回收处理、综合利用等尚无明确、具体要求；废旧手机电池管理体系有待健全，主要是回收、储运、再生利用方面都没有完善的管理制度；缺乏合理的废旧手机电池管理运行机制，政府相关部门如何协调管理机制还没有建立起来；宣传教育不够，社会上还远未形成良好环境氛围；缺乏先进可行适用的废旧手机电池再生利用、处理技术，制约了回收体系及其他管理环节的发展，造成回收处理成本较高。

此外，手机电池生产标准等也有待进一步完善。

（2）今后的研究方向

①深入研究运用循环经济原理解决废旧手机电池回收利用问题。

在未来相当长的时期内，这将是电子废弃物处理领域研究的重点和热点。

②从定量角度研究我国废旧手机电池回收利用的影响因素及效果情况。

健全完善废旧手机电池回收利用效果的评价指标体系，构建适用的数学模型进行定量评价。

也可以从计量经济学角度，对各种影响因素进行分析，得出有益于决策的科学结论。

③进一步研究废旧手机电池回收利用的立法问题。

进一步加强立法研究，建立完善的法律法规体系，推行生产者责任延伸制度，促使建立生产者、经销者、运营者、消费者利益关系统一的废旧手机电池回收利用机制。

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