由废电池制备碳酸锰

由废电池制备碳酸锰—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晶系菱形晶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、结晶，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=6~7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（298～303K），即生成碳酸锰，反应如下：

MnSO4 + 2NH4HCO3→ MnCO3↓+ (NH4)2SO4 + CO2 + H2O

碳酸锰沉淀经吸滤、洗涤、脱水后，在353～363K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，H2C2O4•2 H2O，10%盐酸羟胺溶液，0.05mol·L-1EDTA标准溶液，5%铬黑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-1溶液，向烧杯中加入20mL3 mol•L-1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6~7，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p H≤7。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，水浴加热至样品溶解，必要时加1～2滴过氧化氢溶液至暗色褪去，再加100毫升水，2毫升100g•L-1盐酸羟氨溶液，用0.05 mol•L-1EDTA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铬黑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

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）MnCO3产率

(2)产品分析

C（EDTA）=0.05083 mol•L-1

（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。

332）

中是先过滤再调pH，3、4则是先调pH再一起过滤，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/500g 2.2g

硫酸（CP） 6.00元/500mL 20mL（3mol/L）

碳酸氢铵（s , AR） 15.00元/500g 10g

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

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