Еколого-технологічні критерії вибору способу вилуговування цинку та марганцю з відпрацьованих батарейок
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/86.407Ключові слова:
відпрацьовані батарейки, цинк, марганець, вилуговування, циркулярність, водооборот, вторинні відходиАнотація
Мета. Обґрунтувати критерії вибору способу вилуговування цинку та марганцю з відпрацьованих лужних батарейок з урахуванням вилучення металів у кінцеві продукти, споживання ресурсів і утворення вторинних відходів.
Методика. Застосовано цільовий порівняльний аналіз експериментальних публікацій, узгодження одиниць вимірювання, балансовий підхід та сценарні розрахунки. Межі технологічного аналізу охоплюють підготовлену активну масу, вилуговування, розділення металів, повернення розчинів і поводження із залишками. Ефективність окремої операції відокремлено від наскрізного вилучення у продукт. Потребу в підживленні розраховано для одного оборотного контуру на одиницю сухої сировини.
Результати. Систематизовано кислотні, кислотно-відновні, лужні, амонійні та біогідрометалургійні способи, а також перспективні системи з глибокими евтектичними розчинниками. Зіставлено їх переваги, обмеження й умови застосування; методи інтенсифікації та очищення розчинів виділено як допоміжні операції. Запропоновано функціональну матрицю. Для модельних співвідношень рідини й твердої фази 5, 10 та 20 літрів на кілограм за частки повернення 0,75 підживлення становить відповідно 1,25, 2,50 та 5,00 літра на кілограм. Ці значення є сценарними й не характеризують експериментальний водний баланс.
Наукова новизна. Встановлено закономірності еколого-технологічного відбору способів вилуговування цинку та марганцю шляхом розмежування обов’язкових вимог до якості продуктів і поводження із залишками та показників порівняння за наскрізним вилученням металів і ресурсними витратами.
Практична значимість. Результати формують основу вибору варіантів для лабораторної перевірки технології комплексної переробки побутових батарейок. Матриця критеріїв визначає необхідні вимірювання для оцінювання витрат води й реагентів, якості продуктів та стійкості залишків. Запропонована процедура не замінює експериментальної валідації й оцінювання життєвого циклу.
Посилання
1. Xará, S., Almeida, M. F., & Costa, C. (2015). Life cycle assessment of three different management options for spent alkaline batteries. Waste Management, 43, 460-484. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.06.006
2. Tran, H. P., Schaubroeck, T., Swart, P., Six, L., Coonen, P., & Dewulf, J. (2018). Recycling portable alkaline/ZnC batteries for a circular economy: An assessment of natural resource consumption from a life cycle and criticality perspective. Resources, Conservation and Recycling, 135, 265-278. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.08.018
3. Veloso, L. R. S., Rodrigues, L. E. O. C., Ferreira, D. A., Magalhães, F. S., & Mansur, M. B. (2005). Development of a hydrometallurgical route for the recovery of zinc and manganese from spent alkaline batteries. Journal of Power Sources, 152(1-2), 295-302. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.03.133
4. Skrzekut, T., Piotrowicz, A., Noga, P., Wędrychowicz, M., & Bydałek, A. W. (2022). Studies of selective recovery of zinc and manganese from alkaline batteries scrap by leaching and precipitation. Materials, 15(11), 3966. https://doi.org/10.3390/ma15113966
5. Muñoz García, N., Delgado Cano, B., Valverde, J. L., Heitz, M., & Avalos Ramirez, A. (2024). Extraction and separation of potassium, zinc and manganese issued from spent alkaline batteries by a three-unit hydrometallurgical process. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 99(7), 1553-1563. https://doi.org/10.1002/jctb.7649
6. Muñoz García, N., Valverde, J. L., Delgado Cano, B., Heitz, M., & Avalos Ramirez, A. (2024). Selective recovery of zinc from alkaline batteries via a basic leaching process and the use of a machine learning-based digital twin for predictive purposes. Energies, 17(24), 6292. https://doi.org/10.3390/en17246292
7. Nogueira, C. A., & Margarido, F. (2015). Selective process of zinc extraction from spent Zn-MnO2 batteries by ammonium chloride leaching. Hydrometallurgy, 157, 13-21. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2015.07.004
8. Lannoo, S., Vilas-Boas, A., Sadeghi, S. M., Jesus, J., & Soares, H. M. V. M. (2019). An environmentally friendly closed loop process to recycle raw materials from spent alkaline batteries. Journal of Cleaner Production, 236, 117612. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117612
9. Tran, L. H., Tanong, K., Jabir, A. D., Mercier, G., & Blais, J.-F. (2020). Hydrometallurgical process and economic evaluation for recovery of zinc and manganese from spent alkaline batteries. Metals, 10(9), 1175. https://doi.org/10.3390/met10091175
10. Valdrez, I. V., Almeida, M. F., & Dias, J. M. (2022). Direct recovery of Zn from wasted alkaline batteries through selective anode’s separation. Journal of Environmental Management, 321, 115979. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115979
11. Ubaldini, S., Kadukova, J., Mrazikova, A., Fornari, P., Luptakova, A., Marcincakova, R., & Pizzichemi, P. (2014). Application of innovative processes for the valorisation of spent alkaline batteries. Chemical Engineering Transactions, 39, 1609-1614. https://doi.org/10.3303/CET1439269
12. Sadeghi, S. M., Vanpeteghem, G., Neto, I. F. F., & Soares, H. M. V. M. (2017). Selective leaching of Zn from spent alkaline batteries using environmentally friendly approaches. Waste Management, 60, 696-705. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.12.002
13. Koutsoukos, S., Liu, C., Kinhal, K. V., Liu, T., Roche, F. P., & Malaret, F. (2025). Metal recovery from ‘black mass’ of spent alkaline batteries using aqueous protic ionic liquids and deep eutectic solvents. RSC Sustainability, 3, 5118-5122. https://doi.org/10.1039/D5SU00737B
14. Bożejewicz, D., & Kaczorowska, M. A. (2025). Application of novel polymer materials containing deep eutectic solvents for the separation of metal ions from alkaline battery leachates. Materials, 18(12), 2768. https://doi.org/10.3390/ma18122768
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
