Еколого-технологічні критерії вибору способу вилуговування цинку та марганцю з відпрацьованих батарейок

Автор(и)

  • В.Є. Чайка Національний технічний університет «Дніпровська політехніка» image/svg+xml
  • А.В. Павличенко Національний технічний університет «Дніпровська політехніка» image/svg+xml

DOI:

https://doi.org/10.33271/crpnmu/86.407

Ключові слова:

відпрацьовані батарейки, цинк, марганець, вилуговування, циркулярність, водооборот, вторинні відходи

Анотація

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

2026-09-30

Номер

Розділ

ТЕХНОЛОГІЇ ЗАХИСТУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА