從環(huán)境保護、經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的角度論述廢舊電池如何處置

自1799年伏打發(fā)明第一塊銀鋅電池以來，電池逐漸成為人類重要的能源來源。廣義的電池指的是把機械能和電能以外形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置，狹義上的電池的能量來源則局限為化學能。從電解質(zhì)的狀態(tài)來分，電池可以區(qū)分為干電池和液體電池，而根據(jù)電池的使用次數(shù)可分為一次電池和二次電池。常見的一次干電池包括鋅錳電池、銀鋅電池等，而常見的多次電池主要包括鉛蓄電池、鎳基電池、鋰離子電池等。
電池的用途極其廣泛，在我們生活范圍內(nèi)無處不見它們的身影。我國是電池生產(chǎn)大國，目前我國有1400多家企業(yè)從事電池生產(chǎn)工業(yè),干電池的生產(chǎn)量居世界第一；我國也是電池消耗大國，僅2000年,我國電池消費量就高達140億節(jié),約占全世界的三分之一。[1]1如此之高的電池消費量，對廢棄的電池的處理問題也顯得極為重要。
電池中富含各種各樣的污染物，如汞、鎘、鉛等重金屬，及硫酸、氫氧化鉀等強酸強堿。直接將電池棄置在自然環(huán)境中，重金屬將污染水源和土壤，破壞生態(tài)環(huán)境，降低土地使用價值，影響人類健康；而電池中的強酸強堿將改變土壤的pH值，使土地喪失使用價值。
與此同時，“垃圾是放錯位置的資源”也在廢舊電池中得以體現(xiàn)。對環(huán)境有著很大破壞作用的廢舊電池同時也蘊含著寶貴的資源。比如廢舊電池中便蘊含著豐富的有色金屬資源。再過幾十年，廢舊電池中富含的各種有色金屬礦產(chǎn)面臨枯竭，對有色金屬的回收刻不容緩。
由此可以看出，廢舊電池的處置，無論從保護環(huán)境生態(tài)的角度，還是從節(jié)約資源的角度，回收再利用是唯一正確的選擇。對廢舊電池的回收同時也是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
然而我國的對電池的回收現(xiàn)狀卻不容樂觀。我國對電池的回收率很低，除去北京、上海等個別城市，大部分地區(qū)不存在完整的電池回收體系。一個中學生課外的調(diào)查顯示，杭州市的電池回收率竟然不足2%。[2]大部分電池和其他生活垃圾一齊被收集處理，并導致大量水源土壤污染。而對電池的再利用則幾乎是零。我國現(xiàn)階段缺少有效的電池再利用工業(yè)，對回收上來的廢舊電池依然無法處理，很多廢舊電池被迫被堆積在倉庫中，很大一部分只是填埋了事，只能降低其對環(huán)境的污染，卻無法起到節(jié)約資源的作用。
廢舊電池的回收面臨著很大的難題，其原因包括政府沒有有效管理措施、普通民眾對電池回收意識不強等，而最重要原因在于現(xiàn)有條件下回收電池寡利可圖，回收行為無法在資本調(diào)控下自發(fā)進行。基于此，國家應(yīng)強化管理，建立完善電池回收途徑，積極向公眾宣傳，企業(yè)和科研單位應(yīng)積極發(fā)展新的回收利用技術(shù)，使電池回收有利可圖，在經(jīng)濟刺激下促進電池的回收利用，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
2. 電池的污染狀況
2.1 常見電池的主要成分及污染物
2.1.1 鋅錳電池
鋅錳電池是最便宜的干電池之一。其最主要結(jié)構(gòu)是外層的鋅皮、中心的碳棒和其中填充的MnO2和電解質(zhì)。鋅皮既是負極又是容器，MnO2為正極反應(yīng)物，與覆蓋下的碳棒構(gòu)成了正極。由于電解質(zhì)被制作成糊狀，故而稱為干電池。
根據(jù)電解質(zhì)的不同，鋅錳電池分為酸性與堿性兩種。酸性鋅錳電池的電解質(zhì)主要為呈酸性的ZnCl2、NH4Cl，而堿性鋅錳電池電解質(zhì)主要為KOH。其中堿性電池相對內(nèi)阻較小，電容量大，性價比更高。除去這些成分外，制造鋅錳電池中為了防止鋅被氧化，傳統(tǒng)電池中常常需要在電解質(zhì)中添加汞。
鋅錳電池中主要會導致污染的重金屬主要是Mn和Hg，另外電解質(zhì)中的強堿也會引起污染。
2.1.2 鋰離子電池
鋰離子電池是較新興的二次電池，價格較為昂貴。鋰離子電池目前被廣泛地應(yīng)用在手機、數(shù)字音頻播放器、掌上游戲機、照相機、電腦等電子產(chǎn)品中，隨著信息科學的不斷發(fā)展而得到愈來愈多的應(yīng)用。鋰離子電池主要通過在有機物中的鋰離子嵌入與脫嵌來充放電。相比其他種類電池，鋰離子電池屬于環(huán)境友好型的電池，然而鋰離子電池中也不可避免地有著Co、Mn等重金屬污染和有機物的污染。2.1.3 鉛酸蓄電池
由于液體電池不便于攜帶，民用電源中往往難以尋覓到它們的身影。然而鉛酸蓄電池是個例外。在汽車電瓶、助力車中，鉛酸蓄電池仍然占有統(tǒng)治地位。鉛酸蓄電池主要通過鉛的氧化-沉淀反應(yīng)及其逆反應(yīng)來完成充放電的，電解質(zhì)是硫酸，正負極分別為鉛和插在PbSO4中的鉛板。鉛酸蓄電池在使用過程中極板不斷被污染，并阻礙反應(yīng)進行，從而報廢。鉛酸蓄電池中的主要污染物為鉛和硫酸。
2.1.4 其他電池
除去上述三種電池外，日常生活中常見的電池還包括銀鋅電池、鎘鎳電池、鎳氫電池等，無獨有偶，它們都含有大量有污染性的重金屬成分和酸堿成分。常見電池中成分和污染物見下表[3]：

圖表
2.2 電池中污染物的危害
下面主要闡述重金屬污染物對人體的危害。雖然每一節(jié)電池中的污染物含量都微乎其微，但是它們都容易在水生生物中富集，并在人體內(nèi)聚積，影響人類健康。
2.2.1 汞
較早認識到汞對人健康的巨大危害是日本的水俁病事件。汞可以影響動物的神經(jīng)系統(tǒng)，導致動物神經(jīng)紊亂病最終死亡。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，廢舊電池液污染過的水源可使三角真渦蟲再生緩慢乃至死亡，其原因在于汞（II）離子與蛋白質(zhì)中的巰基反應(yīng)，改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，影響了酶的功能，導致代謝紊亂、器官病變乃至死亡。[4]汞對動物神經(jīng)系統(tǒng)的影響與之類似，汞破壞與神經(jīng)傳導有關(guān)的酶，導致神經(jīng)傳導出現(xiàn)異常，最終使動物喪失意識并死亡。
隨著對汞的危害的認識的加深，汞的替代物的研制也在不斷加強。1997年，中國輕工總會、環(huán)保總局發(fā)出《關(guān)于限制電池產(chǎn)品含汞量的規(guī)定》，無汞堿性電池越來越得到人們的關(guān)注。常見的替代方法是在電極活性材料中添加金屬氧化物，亦或是在集電體表面電鍍一層金屬。[5]而銦也可以通過回收ITO靶材電鍍膜中的廢材進行利用。[6]
2.2.2 鎘和鎳
鎘和鎳都具有很強的致癌性。鎘會在人體中聚集，危及人的肝臟和腎臟，并可能導致骨骼疾病和肺氣腫。鎳則可能導致呼吸道癌癥的發(fā)病。
2.2.3 銅和鋅
銅和鋅都是人體的必需元素。然而銅和鋅過量攝入都會導致消化系統(tǒng)疾病。鋅鹽會使人引發(fā)皮炎和表皮潰瘍；而氧化鋅煙霧則可能導致呼吸道疾病。
2.2.4 鉛
鉛會損害人的神經(jīng)系統(tǒng)，尤其對于兒童，會影響他們的智力和生殖發(fā)育。
3. 電池的回收利用
3.1 廢舊電池中回收利用方法
3.1.1 概述
“垃圾只是放錯地方的資源”，對電池來講更是如此。被我們所遺棄的廢舊電池中蘊含著大量寶貴資源。如每塊手機電池中含約6g鈷，鎳基電池中鎳含量更高，而目前我國95%的鈷和一半以上的鎳需要進口。[7]一方面我國不得不進口大量昂貴的有色金屬，一方面數(shù)以百億噸計的有色金屬卻躺著電池中成為破壞環(huán)境的罪魁禍首。再比如錳在現(xiàn)代材料工業(yè)中占有不可替代的作用，錳作為許多化工工業(yè)的原料和鋼鐵工業(yè)中的重要添加劑，需求量很大。海底豐富的錳結(jié)核也是各國爭奪的海洋資源中的重要目標。然而我們一般使用的干電池，在使用完全以后，仍有70～75%的鋅未參與反應(yīng)，而這部分鋅的純度高達99.9%。[8]按目前世界上
已探明的有色金屬儲量估算, 鋅只夠使用23年, 鉛只夠使用21 年, 銅可使用53 年, 一些重要的礦藏也將在100 年內(nèi)開采殆盡,電池中諸如此類的資源有很多，廢舊電池被譽為城市垃圾場中的“金礦”。
3.1.2 鋅錳電池的回收利用方法
鋅錳電池的最主要原料是鋅和二氧化錳。鋅和錳也是最主要的回收目標。由于鋅皮既是反應(yīng)物又是反應(yīng)釜的外殼，鋅皮具有相當?shù)暮穸龋灾劣?0～75%的電解鋅沒有參加反應(yīng)。這部分鋅資源可以回收重熔為鋅錠。而錳作為重要的工業(yè)原料，干電池碳包中的錳大部分為水錳石（MnOOH），而水錳石只需送入回轉(zhuǎn)窯煅燒, 脫水即可獲得二氧化錳[9]，如同原料錳一樣。干電池由于其利用量大，它的回收也是電池回收中的重中之重。鋅錳干電池的主要回收方法如下。
人工分選剝離。通過人工操作篩選出合適的電池，在一定條件下用機械進行剝離，人工把塑料、銅帽、碳棒、鋅皮、二氧化錳和水錳石的混合物及填充物一一分離，塑料、銅帽可以分別送往塑料廠和電解銅廠作為原料，碳棒可以回收，鋅與錳可依照上述方法回收，填充物可以浸取出ZnCl2、NH4Cl回收利用，最后剩下的電糊與炭黑去除污染物后還可以作為氮肥施用。[10]此方法簡單易行，回收率高，不容易造成二次污染，但是由于需要大量人工勞動，成本過高。
濕法回收。將干電池粉碎后用硫酸將鋅皮浸出，可以后續(xù)用電積法制備鋅或直接制備硫酸鋅。或者在粉碎后加熱，使汞的化合物揮發(fā)出來并重新凝結(jié)，得到高純度的汞產(chǎn)品，再從剩余的碎渣中浸出鋅。浸出后的濾渣分離出銅帽和鐵，剩余部分主要是二氧化錳和水錳石的混合物。進一步可以通過灼燒得到二氧化錳原料。該方法回收產(chǎn)物純度較高，但流程復雜，加上由于電池中汞含量的限制，使得該種方法的經(jīng)濟效益相對較低，不如干法更普遍。

干法回收。將干電池粉碎后灼燒，可以凝結(jié)得到高純度的汞。剩余物進一步灼燒，在1100～1300°C的高溫下，鋅及氯化鋅氧化成氧化鋅，隨煙氣排出，采用旋風除塵器或布袋除塵器回收氧化鋅。[11]殘渣經(jīng)過分離銅帽和鐵后即錳的混合物，可進行進一步分離。此種方法簡單易行，流程短，有更大的經(jīng)濟效益，更容易推廣。
3.1.3 鉛蓄電池
鉛蓄電池是唯一大量民用的液體蓄電池，也是鉛的主要用途去向。廢舊鉛蓄電池包含硫酸、硫酸鉛、鉛板組成，是重要的污染物。廢舊鉛酸蓄電池、鉛渣和鉛泥等已被國家環(huán)保總局、國家經(jīng)貿(mào)委等四部委列為國家危險廢物名錄。[12]同時廢鉛蓄電池也是重要的鉛資源來源。在使用蓄電池過程中，鉛元素只是在鉛和硫酸鉛之間轉(zhuǎn)換，損耗較小，易于回收利用，而回收后的大部分鉛再投入到鉛蓄電池的應(yīng)用中。在發(fā)達國家和大部分中等發(fā)達國家，鉛是再生金屬產(chǎn)量超過原生金屬產(chǎn)量的金屬,再生鉛產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比值,美國在70%以上,歐洲達78%,全球為50%左右,我國僅為25%。[13]從此可見我國再生鉛工業(yè)發(fā)展處于極其初級的階段。
由于人工拆解會導致污染，相關(guān)行業(yè)規(guī)定要求破碎鉛蓄電池必須機械密封操作。常見的工藝是把廢鉛蓄電池粉碎后，通過密度與顆粒大小的不同，將鉛板、鉛膏、廢酸、橡膠、塑料分別分離回收，鉛通過脫硫后可經(jīng)過干法或濕法冶煉得到再生鉛。
3.1.4 鋰離子電池
鋰離子電池是新興的高容量電池，在最近是十幾年中被廣泛地應(yīng)用在各種各樣的電子產(chǎn)品中。同時而來的便是數(shù)以億噸計的廢鋰離子電池。由于在發(fā)明之處沒有意識到鋰離子電池回收的重要性就被大量推廣，技術(shù)存在瓶頸，鋰離子電池的回收率極其低下。鋰離子電池的隨意處置不僅僅給環(huán)境帶來了極大威脅，更是對資源的浪費。分析表明，鋰離子電池平均含鈷12%～18% , 鋰1. 2%～1. 8%, 銅8%～10% , 鋁4%～8% , 殼體合金30%。[14]現(xiàn)有的關(guān)于鋰離子電池回收的途徑大部分處于實驗室階段，短期內(nèi)很難投入工業(yè)化生產(chǎn)。但是毋庸置疑，鋰離子電池的回收利用將有著巨大的環(huán)境資源和經(jīng)濟意義。
3.2 當前廢舊電池的回收現(xiàn)狀
3.2.1 國外廢舊電池回收現(xiàn)狀
一些發(fā)達國家有一些廢舊電池回收的很好的模式，值得我們借鑒。如丹麥是最早進行廢舊電池回收的國家。丹麥在鎘鎳電池的售價中加上回收費用由使用者承擔，使得消費者的消費傾向得到改變。日本的電池回收始終處于世界領(lǐng)先位置，汽車鉛蓄電池回收率已經(jīng)達到100%，其他二次電池收集率也達到84%。日本的廢舊電池主要由社團收集，由有能力處理的廠商負責回收。[15]但是日本對一次電池往往采用掩埋的辦法處理。德國在2005年時電池回收率達到了最高的82%。德國政府規(guī)定，只有可以回收的電池才被允許銷售。電池廠商有義務(wù)處理廢舊電池。[16]
3.2.2 我國廢舊電池回收現(xiàn)狀
目前我國廢舊電池回收現(xiàn)狀令人堪憂。即使是回收率相對較高的鉛蓄電池，回收率也只有25%，遠遠低于世界平均的50%。而一次電池的回收就更是鳳毛麟角，除去個別城市，大部分地區(qū)都缺少有效的回收機制。造成我國廢舊電池回收現(xiàn)狀如此不樂觀的原因如下。
一是國家沒有相應(yīng)的法律法規(guī)。雖然我國有一些與電池有關(guān)的環(huán)保法律法規(guī)，但是缺乏監(jiān)督和懲罰機制，導致電池的回收問題得不到人們，尤其是電池廠商們的重視。
二是沒有有效的回收系統(tǒng)。電池回收往往是民間以個人力量進行收集，大部分電池與其他生活垃圾一同進入城市生活垃圾的處理系統(tǒng)，并沒有相應(yīng)的獨立收集系統(tǒng)，收集機構(gòu)也往往難以長期維持。
三是人們對電池回收的意識冷淡。由于電池回收屬于自發(fā)行為，加上種種經(jīng)濟因素，電池回收并不像塑料、金屬那樣有償收購，人民缺乏手機廢舊電池的意識；宣傳力度不夠，大多數(shù)人沒有意識到廢舊電池隨意處置造成的環(huán)境污染和資源浪費的嚴重性，比起白色污染，公眾對電池造成的污染了解更少。
四是沒有經(jīng)濟利益驅(qū)動。目前條件下電池回收仍然是一項高投入低回報的工作，有些時候處理完全沒有分類的電池的投入甚至高過收入。在市場經(jīng)濟環(huán)境下，企業(yè)不可能從事沒有經(jīng)濟利益的工作。
五是缺乏相關(guān)技術(shù)。回收上來的電池如何處理更是一個難題。掩埋，尤其對于二次電池，顯然沒有起到回收應(yīng)有的作用。而重新利用也受到技術(shù)和經(jīng)濟的雙重制約。
六是缺乏電池標準化和分類的規(guī)定。我們知道，無論回收什么，搞清楚回收物品的確切化學成分是最重要的。而電池種類千變?nèi)f化，同一類型的不同品牌、不同型號的電池化學組成也都不同。這也制約著電池的回收再利用技術(shù)的發(fā)展。
4. 改善電池回收利用現(xiàn)狀的建議
如何解決上述的電池回收過程中的問題？針對我國國情，我認為政府應(yīng)該采取以下對策，改善電池回收利用現(xiàn)狀。

一是完善國家法律法規(guī)，通過專項立法的形式明確電池回收的義務(wù)，做到在電池回收處理問題上有法可依，有法必依，執(zhí)法必嚴，違法必究。
二是加強宣傳，通過媒體、教育等形式向公眾宣傳廢舊電池可能造成的環(huán)境問題，及廢舊電池隨意丟置造成的資源浪費。如同當年對聚氯乙烯的態(tài)度一樣，在宣傳中使“廢電池污染”和“廢電池資源”的概念深入人心，并通過加強對高汞電池等電池的限制乃至禁止，提倡使用環(huán)境友好型電池。
三是完善電池回收機制。電池回收屬于公共事業(yè)，政府應(yīng)當擔當起回收電池的主要責任。我國政府是一個能夠有所作為的政府，應(yīng)當由政府牽頭，同時鼓勵民間自發(fā)行動，發(fā)揚社會主義國家集中力量辦大事的優(yōu)勢，建立起一套較為完善的電池回收體制。
四是積極給予經(jīng)濟鼓勵。政府應(yīng)當通過減免稅收、低息貸款等手段鼓勵企業(yè)進行電池回收工作，對民間手機廢舊電池的公益團體予以經(jīng)濟支持，同時應(yīng)當優(yōu)先鼓勵與處理廢舊電池有關(guān)的科學工藝研究。對于廢舊電池的基層收集問題，可以通過有償收集或者其他優(yōu)惠措施（如減免水電費用等）鼓勵公眾手機廢舊電池。這部分財政支出可通過加收電池回收相關(guān)稅收來達到平衡。同時政府也應(yīng)該利用公有資產(chǎn)投資環(huán)境保護領(lǐng)域。
五是監(jiān)督相關(guān)組織完成對電池的標準化規(guī)定，在電池回收過程中做到有效、方便分類。
對于公眾，也應(yīng)該積極關(guān)注相關(guān)信息，從自身做起，積極配合進行電池分類工作。
5．小結(jié)與展望
綜上所述，廢舊電池不僅污染環(huán)境，破壞生態(tài)系統(tǒng)，危害人類健康，而且使得大量寶貴資源被浪費，不利于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。廢舊電池的回收再利用刻不容緩。然而由于體制和技術(shù)方面的制約，經(jīng)濟因素使得我國廢舊電池回收狀況令人擔憂。在短期內(nèi)技術(shù)很難做出突破的情況下，改變體制規(guī)則是改善廢舊電池處置情況的必由之路。然而，即使建立起一個相對完善的廢舊電池處理機制，萬里長征不過走了第一步。只有全社會共同努力，保護環(huán)境，節(jié)約資源，從我做起，從身邊的每件小事做起，才能保護我們僅有的生物圈。個人的行為或許微不足道，但是只有億萬個微不足道聯(lián)合起來，才能夠為子孫后代保留下一個可持續(xù)發(fā)展的文明世界。

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