由废电池制备碳酸锰

由废电池制备碳酸锰一草酸法摘要：实验室用废电池中的二氧化锰作原料，以草酸作还原剂的同时加入稀硫 酸，可得到硫酸锰，再让其与过量的碳酸氢铵作用，即生成碳酸锰。关键字：废电池碳酸锰二氧化锰草酸实验室引言锌锰电池使用方便，应用广泛，但电池中含有多种重金属，不妥善处理很容 易污染环境，而且乱扔废旧电池也造成了大量金属资源浪费，尤其是锰资源。在 高含量锰矿逐渐枯竭的背景下，研究回收废旧电池中二氧化锰的方法显得很有必 要。本实验主要就废旧锌锰电池中回收锰并制备碳酸锰讨论。碳酸锰为玫瑰色三 角品系菱形品体或无定形亮白棕色粉末，可用于制造软磁铁氧体，也用于瓷釉颜 料、清漆催干剂、肥料、医药、磷化处理剂、脱硫催化剂、电焊条敷料等。正文一、实验部分:1. 实验目的（1）.了解由MnO2制备MnCO3的不同方法；（2）.了解MnO2和MnCO3的性质和主要用途;（3）.巩固并熟练五级制备的一些基本操作；（4）.了解实验室制备与工业生产的不同之处； （5）能独立的思考问题，评估各种方法的优劣。2. 实验原理Mn的化合物（以MnO2为主）为锌锰干电池中的主要成分。二氧化锰是一种重要的氧化物，呈酸性，为黑色粉末，在中性介质中很稳定， 在碱性介质中可制备高锰酸钾，在酸性介质中有强氧化性。二价锰离子可在溶液 中稳定存在，与碳酸氢铵或碳酸钠等反应生成碳酸锰。实验室由二氧化锰制碳酸 锰，首先要用还原剂把二氧化锰还原成二价锰并转移到溶液中，再与碳酸氢盐或 碳酸盐反应，生成碳酸锰沉淀，最后漂洗、除杂、蒸发、浓缩、结品，可得产品。 可使用的还原剂有多种，如炭粉、浓盐酸、亚硫酸钠、过氧化氢、草酸等。二氧化锰在酸性介质中有强氧化性，其与稀硫酸、草酸共同作用生成硫酸锰:MnO2+H2SO4+H2C2O4*2 H2O =2CO2+ 4H2O +MnSO4过滤除去所得溶液中不溶物，再调节pH=67以除去重金属等杂质，加热煮沸 趁热过滤即得纯净的硫酸锰溶液。然后在反应器中与碳酸氢铵溶液进行复分解 （298303K），即生成碳酸锰，反应如下：MnSO4 + 2NH4HCO3 - MnCO31 + (NH4)2SO4 + CO2 + H2O碳酸锰沉淀经吸滤、洗涤、脱水后，在353363K下进行热风干燥，即得碳 酸锰成品。3. 实验仪器与试剂仪器：剪刀，钳子，蒸发皿，三角架，泥三角，煤气灯，石棉网，布氏漏斗， 抽滤瓶，玻璃棒，250mL烧杯，100mL烧杯，50mL烧杯,10mL量筒，100mL量 筒，胶头滴管，小试管，滴定管，表面皿。药品：2节5号锌锰干电池，浓H2SO4，H2C2O.-2 H2O，10%盐酸羟胺溶液， 0.05mol L-1EDTA标准溶液，5%铭黑T，氨水-氯化铵溶液(pH=10)，氨水， 碳酸氢铵固体，饱和碳酸钠溶液。4. 实验步骤(1) 、从废电池中提取二氧化锰用剪刀将废电池外壳剥开，取出黑色糊状物，放入250mL烧杯中，用适量蒸 馏水浸泡，过滤，用纯水洗至沉淀中无氯离子。将滤渣转移至蒸发皿中，平铺开，高温灼烧，并用玻璃棒搅拌。当粉末有黑色 变为棕色，停止加热，冷却，得到粗制的MnO2。(2) 、还原成二价锰称取5g MnO2,放入一洁净的烧杯中。将浓硫酸稀释成3 mol-L-i溶液，向烧 杯中加入20mL3 mol-L-i稀硫酸和2.2g H2C2O4-2 H2O,搅拌，待不再有气泡冒出 后，过滤，将滤液用氨水调节pH为67，加热后趁热过滤。(3) 制备碳酸锰滤液水浴恒温298-303K，称取碳酸氢铵10g，缓慢加入MnSO4溶液中，及 时补加少量硫酸以保持pH7o待不再产生新沉淀后，过滤，先用饱和碳酸钠溶 液再用纯水洗涤沉淀，抽干。将沉淀移至蒸发皿上，水浴烘干，称量。(4) .产品分析根据中华人民共和国石油化学工业部部颁标准，用配位滴定法分析产品中二 价锰含量，二价锰含量具体的分析方法如下：称取0.18克样品，称准至0.0001克。加20毫升水，滴加6mol-L-1盐酸溶 液，水浴加热全样品溶解，必要时加12滴过氧化氢溶液至暗色褪去，再加100 毫升水，2毫升100gL-1盐酸羟氨溶液，用0.05 molL-EDTA标准液滴定，近 终点时，加10毫升氨-氯化铵溶液(pH=10)，5滴5g-L-1铭黑T指示剂。继续滴 定溶液由紫红色变为纯蓝色。w(Mn)按下式计算V(EDTA)X C(EDTA)X 54.94 X 10-3Mn% =X 100%品)式中：V -EDTA 的体积，mL；c -EDTA 的浓度，mol-L-1 ；m 样品质量，g；0.05494 每毫摩尔Mn之克数。（5）含有杂质鉴定制备过程中使用碳酸氢铵与硫酸，检验需检测铵根离子与硫酸根离子。A、铵根离子：取少量固体于表面皿内，滴加几滴氢氧化钠溶液，取另一个 表面皿放一片pH试纸，用水润湿黏于表面皿内侧，将两表面皿相对放于水 浴加热烧杯上，用蒸汽加热固体，使其中的铵根离子以氨气放出。若存在铵 根离子，试纸变成绿色。B、硫酸根离子：取少量固体于小试管中，用6mol/L盐酸溶液溶解待固体 全部溶解后，滴加少量氯化钡溶液。若存在硫酸根离子，则会产生白 色沉淀。5、实验数据记录（1）MnCO 产率3样品质量/g理论产量/g实际产量/ g产率5.006.614.9574.89%(2)产品分析C(EDTA)如05083 molL -1序号12M试样/g0.18050.1768V0/ml0.000.00V/ml28.1127.54V/ml28.1127.54Mn/%43.4943.50平均Mn/%43.50相对相差0.2%oMnCO %91.01（3）、含有杂质鉴定存在铵根离子，不存在硫酸根离子。二、分析讨论1、实验注意点（1）、除金属离子还可用硫化氢，但硫化氢是有害气体，且会有部分MnS沉淀， 故调pH的方法更佳。（2）、草酸不可过量，应加入计算量的40%，因过量后难以除去，导致产品含 量偏低。（3）不管选用哪种还原剂，在与碳酸盐进行复分解反应时，加入试剂的速度不 能快，且要边搅拌，边滴加，避免局部碱性过大而使二价锰氧化。故在制备过程 中要控制反应的pH值在3-7间，但pH值又不能太小，否则会使碳酸盐分解。2、同组比较12345产率/%74.8967.6278.2176.0766.87MnCO3 %91.0192.8090.6791.1289.89由上表可见，MnCO产率在74%左右，MnCO %在91%左右。1、2、5在步骤（2） 中是先过滤再调pH，3、4则是先调pH再一3起过滤，由数据可知，第二种方法得 到的产率和碳酸锰含量均较为稳定，而第一种方法较难控制，数据差别较大。故 先调pH再一起过滤更为合理。3、成本分析草酸（s , AR）17.70 元/500g2.2g硫酸 （CP）6.00 元/500mL20mL （3mol/L）碳酸氢铵（s , AR）15.00 元/500g10g使用原料成本如上所示，草酸实际用量2.2g，计算成本为0.08元，硫酸实际用 量为3mol/L 20mL，计算成本为0.04元，碳酸氢铵实际用量10g，计算成本为 0.3元。试剂使用成本为0.42元，在试验过程中进行加热，使用煤气灯，调节 pH使用氨水，总成本约为0.50元。即使用5.00g原料，制成4.95g成品需0.50 元的成本投入，经计算生产500g碳酸锰成本为50.51元（原料为废旧电池内的 回收物）。而MnCO3（s , AR）药品价格为30元/ 500g，实验成本高于工业成本。参考文献1 卡尔雅金著.化工部图书编辑室译.无机化学试剂手册.北京：北京化学工业出 版社，19642 天津化工研究院编.无机盐工业手册.上册.北京：化学工业出版社，19793 日本化学会编.曹惠民译.无机化合物合成手册.第1-3卷，北京：化学工业 出版社，198319864 严宣申，王长富编著.普通无机化学.北京：北京大学出版社，19875 戴安邦编.无机化学教程.下册，北京：人民教育出版社，19646 甘兰若编.无机化学（修订本）.下册，南京：江苏科学技术出版社7 傅献彩编.大学化学.下册，北京：高等教育出版社，19998 大学化学实验改革课题组编.大学化学新实验.杭州：浙江大学出版社，19909 化学实验教程/张小林，余淑娴，彭在姜主编.一北京：化学工业出版社，2006.3： 12610 南京大学大学化学实验教学组编. 大学化学实验（第二版）， 北京：高等 教育出版社，2010