微波碳热还原法高效回收废碱性锌锰电池中有价金属的创新研究

为解决废碱性锌锰电池中锌(Zn)和锰(Mn)资源浪费及环境污染问题，研究人员采用微波碳热还原技术，首次实现高值化回收。通过优化微波加热参数（1000°C, 30 min），锌回收率达89.5%，残留物中锰含量达80.68 wt.%。该研究为电池资源化提供了高效低碳新策略，推动循环经济发展。

　　

随着中国电子产品的普及，锌锰电池作为一次性电源广泛应用于日常生活，年产量超400亿枚。这些电池废弃后含有大量锌（~20 wt.%）和锰（~30 wt.%），传统回收方法如湿法冶金（酸/碱浸出）和火法冶金（电炉还原）存在能耗高、污染重等问题。尤其火法冶金因温度梯度大导致加热不均，需延长处理时间，加剧碳排放。如何实现高效、低碳的金属回收成为资源可持续利用的关键挑战。

针对这一难题，中国某高校团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，首次将微波碳热还原技术应用于废锌锰电池回收。研究人员通过微波立式炉调控温度与时间，在1000°C下加热30分钟，成功分离锌蒸气与锰渣，锌回收率达89.3%，残留锰以MnO形式富集（80.68 wt.%）。借助X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）等技术，发现高温还原条件下ZnO存在氧空位，解释了其黄色特征。该技术较传统方法节能30%，为电池资源化提供了新思路。

关键技术方法
研究采用废电池黑粉（Zn 33.85 wt.%，Mn 32.17 wt.%）与焦炭粉（固定碳85.69%）为原料，通过微波立式炉进行碳热还原，系统考察温度（800-1000°C）和时间（10-30分钟）对金属分离效率的影响，结合X射线光电子能谱（XPS）和电子顺磁共振（EPR）分析产物结构特性。

研究结果

1. 材料表征：XRD显示黑粉主要含ZnO和Mn₃O₄，SEM证实其多孔结构利于还原反应。
2. 温度影响：950°C以上锌回收率显著提升，1000°C时ZnO纯度最高，锰渣中MnO结晶度增强。
3. 时间优化：30分钟加热使锌挥发充分，EPR检测到ZnO中氧空位信号增强，证实缺陷结构形成。

结论与意义
该研究开创性地将微波加热与碳热还原结合，实现废电池中锌锰的高效分离。回收的ZnO可用于新型电池或高附加值产品，MnO适用于锰合金制备。相比传统工艺，微波技术加热均匀、能耗低，减少20%碳排放，为电子废弃物资源化提供了工业化应用潜力。研究获中国国家自然科学基金（51974182）和芬兰科学院（349833）支持，标志着绿色冶金技术的重大突破。