纵观世界废旧电池技术发展新常态

 

       一个14亿人口的大国，一个由自行车王国脱变成电动摩托车、电动汽车、电动公交车的新能源国家，一个由全劳动力转型为现代化工业的创新型民族，伴随着大街小巷电动自行、电动三轮车和工业蓄电池时代的到来，电池产品的赓续换代业随之到来。目前，世界废旧电池工业的回收水平和技术现状如何，各国处理废旧电池的现状如何，我国废旧电池工业的回收水平和技术现状如何，都是值得老百姓、从业者和政府主管部门关注的焦点。
品谈全文，希望她们(1)不再成为被“遗弃”的孤儿。
 
        一、概述世界废旧电池产业现状
       步入21世纪以来，世界科技的不断发展和创新，各类电池产品需求迅速增加，废旧电池的回收和处理问题也日益凸显。形成资源循环利用产业中的新增长，促进废旧电池的绿色发展、循环发展、低碳发展，“废则为害，收则为利”。
　　1、废旧电池处理不当会造成严重污染
　　废旧电池含有镉、铅、汞、镍、锌、锰等重金属元素，随意丢弃的废旧电池腐烂渗出的重金属会造成江、河、湖、海等水体的污染，危及水生物的生存和水资源的利用；废酸、废碱等电解质溶液会污染土地，可使土地酸化和盐碱化，严重危害生态环境和人类健康。以常用的锌锰干电池为例，按平均每颗25克重量计，含锌25%，即6.25克锌就可使0.226平方米土壤丧失农林功能。我国每年废镉镍电池量约为1万吨。可见这些废旧电池导致镉污染风险很大。
　　2、废旧电池的回收利用价值
       我国每年废弃电池量约236亿只，其中：可充电废锂离子电池、镍氢电池、镉镍电池３6亿只左右，一次电池年度废弃量约200亿只左右。
       一只一次电池含二氧化锰20%、锌25%、碳10%、铁10%、电解液20%、塑料10%、其它材料5%。废一次电池按每只25克计，每年废弃量达到50万吨。如果这些一次电池全部回收，折合二氧化锰10万吨、锌12.5万吨、铁5万吨、塑料5万吨。
       每年废弃氢镍电池产出量约为1.4万吨，折合镍3220吨、贮氢材料4760吨、氧化亚钴280吨、泡沫镍840吨；锂离子电池含钴酸锂34%％、碳19%、铜9%、铝6%、电解液与其它材料32%。
       每年废弃锂电池产生量约为6.75万吨，折合钴酸锂、镍钴酸锂／镍钴锰酸锂22950吨、铜6075吨、铝4050吨。以手机为例：全国年销量达到2亿部，一块手机电池可回收的产品价值在3-4元左右，总价值接近6-8亿元。
　　3、立法先行明确回收主体
       日本早在1985年就开始回收废旧电池，93%由社团募集，7%由电池生产厂直接收集。
       丹麦从1996年就开始回收镉镍电池，是欧洲最早对废旧电池进行循环利用的国家。
       欧盟于2004年11月25日公布了废电池回收再利用新指令，把回收再利用的对象扩大到所有电池。原来的指令91/157/EEC只规定对含汞、镉、铅的电池进行义务回收，仅占全部电池的7%。
       德国在2005年实施了《废电池回收管理新规定》，要求消费者将使用完的各类电池送交商店或废品回收站回收，商店和废品回收站必须无条件接受废电池，并转送处理厂家进行回收处理。
       西班牙在2008年公布《废旧电池回收法令》，规定电池生产厂家、销售商需要承担回收处理废旧电池的责任，消费者有义务将废旧电池交到回收点。
       英国从2010年起，规定年电池销售量超过32公斤的商店要设立专门的旧电池回收处，回收包括普通电池、手机电池在内的各种电池；商家要向管理机构报告回收情况，并把收来的电池交给专门机构处理。


　　我国废旧电池回收利用存在的主要问题与已有基础
　   (1)存在的问题表现为：
　　① 社会宣传口径不一，公众参与意识不强,激励、惩治措施不清晰。
　　② 废旧电池是一种特殊的再生资源，单体价值低，数量大，分布广，缺少规范的社会回收体系，企业单独回收成本高。
       ③ 不同电池回收处理的差异较大，一次电池回收率尤其低。
       ④ 国家无税收补贴优惠政策，企业缺少激励动力。
       ⑤ 废旧电池无害化、资源化的技术需提升。
       ⑥ 环保部制定《电池工业污染物排放标准》，但政策主要是针对生产和排放环节，对电池的生产者、使用者还缺乏具体的管理法规。
       (2)废旧电池回收利用有基础
       ① 相比发达国家而言，我国废旧电池的回收处理还处于起步阶段，但有一些企业先行试点，为我国废旧电池的规模化回收利用奠定了基础。
　　② 依据《循环经济促进法》将废旧电池列入强制回收产品目录，制定《废旧电池管理条例》，对废旧电池的产生、收集、运输、储存、处理实施全过程管理和政府考评。
　　③ 按照政府引导、部门联动、企业运作、社会参与的原则，将废旧电池有效环保回收、无害化处理、资源化再生有机结合。
　　④ 组织实施废旧电池回收利用工程，使废旧电池的再生资源品种回收利用效率大幅提高。
　　⑤ 通过举办公益活动、开展主题回收日，澄清我国废旧电池回收利用的误区，引导公众积极参与再生资源的交投。
 
       二、电池的分类与工业用途
       我国电池年产量达140亿只，占世界总产量的三分之一，电池的种类达14个。常用电池产品主要包括一次电池、普通干电池、二次电池、可充电电池（镍氢电池、镍镉电池、锂电池等、铅酸蓄电池）等，又可分为：家用电池、铅酸蓄电池和锂动力电池三类。
　    废钴酸锂电池中含有钴、铜、铝、铁等金属，钴约占15%左右，每年可回收钴240吨，价值4000万以上。废锂电池结构复杂、规格不一，不同厂家的材料、配方不同，回收再利用难度较大，回收工艺复杂。
       废镍氢电池中镍的含量高达30～50%，钴含量约为2～5%，稀土含量为5～10%，同样具有极大的回收价值。
　　中国汽车技术研究中心预测：到2020年，我国电动汽车动力电池累计报废量将达到12万～17万吨的规模，动力电池的二次利用是全球趋势。预计，全球的储能行业的利润2016年将达到150亿美元。
       目前，我国电动自行车等车型上使用的电池主要是铅酸蓄电池、锂电池和镍氢电池。因为铅酸蓄电池含铅量高，回收价值也高。大部分铅酸蓄电池二次利用率可以达到95%以上。
       相比之下，回收不严格的铅酸蓄电池在腐蚀后溢出的含铅重金属和酸性物质不但严重污染土壤和水源，对空气环境、生态平衡也会造成破坏，还会引发人体代谢、生殖及神经等方面的疾病，人体铅含量一旦超标，就会导致智力下降，还易诱发儿童恶性肿瘤，甚至导致死亡。
       2015年年初的全国两会上，全国人大代表、天能动力国际集团董事局主席张天任递交了“强化废铅蓄电池回收监管”的议案。议案中提到：“当前，中国废铅蓄电池以机动车、电动车、基站用铅蓄电池为主，分别占33%、40%、27%，由于缺乏规范的资源再生循环体系，一些地下小作坊利用逃税和无环保投入的成本优势争先抢购。因此，完全由市场利益驱动的废铅蓄电池，大多流入这些地下加工厂，形成了一个逃脱政府监管的‘体外循环’产业链且获利丰厚，而环保合法的规模企业面临‘缺粮’的尴尬局面，生产负荷率远未达设计产能。”
 
       三、世界废旧电池产业品谈
       1、发达国家的政策可以概括为两类。
       第一类是针对普通干电池的。政府要求制造商逐步降低电池中的汞含量，最终禁止向电池中添加汞。现在，几乎所有的发达国家都禁止向电池中添加汞。
对于报废的普通干电池，没有一个发达国家强制要求集中收集处理。美国、日本和欧盟等地区未把群众日常生活使用的普通干电池作为危险废物对待，也没有强制单独收集处理普通干电池的法律。
       第二类政策是针对可充电电池的。通过立法要求制造商逐步淘汰含镉电池。目前，镍氢电池、锂电池正逐步取代镍镉电池。
       2、国际上的废旧电池处理方式有：固化深埋、存放于废矿井、回收利用。
     （1）固化深埋、存放于废矿井
       如法国一家工厂就从中提取镍和镉，再将镍用于炼钢，镉则重新用于生产电池。 其余的各类废电池一般都运往专门的有毒、有害垃圾填埋场，但这种做法不仅花费太大而且还造成浪费，因为其中尚有不少可作原料的有用物质。
     （2）回收利用
       ① 热处理
       瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂:巴特列克公司采取的方法是将旧电池磨碎，然后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，,铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金;该工厂一年可加工2000吨废电池，可获得780吨锰铁合金，400吨锌合金及3吨汞。另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售，热处理的方法花费较高，瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费。
       ② “湿处理”
       马格德堡近郊区正在兴建一个“湿处理”装置，在这里除铅蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来。马格德堡这套装置年加工能力可达7500吨，其成本虽然比填埋方法略高，但贵重原料不致丢弃，也不会污染环境。
       ③ 真空热处理法
       德国阿尔特公司研制的真空热处理法还要便宜，不过这首先需要在废电池中分拣出镍镉电池，废电池在真空中加热，其中汞迅速蒸发，即可将其回收，然后将剩余原料磨碎，用磁体提取金属铁，再从余下粉末中提取镍和锰。这种加工一吨废电池的成本不到1500马克。
 
       2、世界各国废旧电池回收做法
       美国成立了由2000多家镉镍电池生产商赞助的规模最大的电池回收公司，RBRC公司在美国每一个邮区内都设立回收点，美国能源部已经斥巨资建设汽车用锂电池回收基地。
       德国的作法是把收集到的废电池放置在废弃的矿坑中存放，必须要对所选择的矿坑进行环境影响评价，并进行防渗漏、封存等特殊处理。
       丹麦规定在电池销售单价中增加回收费用支付给回收者，将每节镉镍电池按销售单价加0.9美元的回收费用售出，再从回收费中按17.6美元/kg支付给电池回收者。
       意大利建立了COBAT联合会，其中50%的成员是再生铅冶炼厂，30%为蓄电池制造厂，10%为废料商，10%为蓄电池零售商。
       瑞士有一家热处理旧电池的工厂，将旧电池磨碎，然后送往炉内加热，提取挥发出的汞和锌，铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金。该厂一年可加工2千吨废电池，可获得780吨锰铁合金、400吨锌合金及3吨汞，政府补贴废电池处理费约合人民币5000元/吨。
       韩国规定生产电池的厂家，每生产一吨要交一定数量的保证金，用于回收者、处理者的费用，并指定专门的工厂进行处理。
       日本北海道野村兴产公司，每年从国内收购的废电池1.3万吨，占日本废电池的20％，收集方式是93％的通过民间环保组织收集，7％通过厂家收集。回收水银、铁壳和“黑”原料，并进行二次产品的制造，如用于电视机的显像管。
       日本环境省2015年6月23日发布了“关于光伏发电设备等的再利用、回收利用及妥善处理报告”。报告称，因固定价格收购制度（FIT）光伏发电设备激增的结果是，太阳能电池板的废置量，在寿命为25年的情况下，预计2020年度约为3000吨，2030年度约为3万吨，2040年度约为80万吨。电池板含有的银、铜、玻璃等有用物质。
 
       四、中国废旧电池产业现状
       1、废旧电池的回收政策
　　据悉：按照相关规定，到2006年1月1日，家用碱性锌锰电池已达到国家低汞或无汞（0.0001%）技术要求，2011年，锌锰电池和碱性电池占据电池生产量近90%。不会对环境和人体健康产生显著影响。
　　镍镉电池和铅蓄电池，含有重金属镉和铅，需具有危险废物经营许可证的单位进行回收处理。纽扣电池、电瓶车电瓶等铅蓄电池或其他含重金属电池属于危险废物，应集中回收。
       国务院印发《关于加快发展节能环保产业的意见》(以下简称《意见》)，提出“节能环保产业产值年均增速在15%以上，2015年，总产值达到4.5万亿元，成为国民经济新的支柱产业。”《意见》明确要求加大废旧电池、荧光灯回收利用技术研发，提高资源综合利用产品的技术含量和附加值。
　　《意见》的发布被认为随着中国政府发力，废旧电池回收再利用将迎来大发展的黄金期。
济源市王宇燕市长说：豫光金铅废旧电瓶再生循环系统是国内容量最大，工艺最为先进的再生铅（即可充电铅酸蓄电池）生产基地之一。市里正在联合豫光金铅公司建议县级以上城市正规的废铅酸蓄电池回收站点的试点工作，逐步形成区域化、网络化的回收体系，做到“定期回收、定点处置、科学高效和全覆盖”。
 
　　2、废旧电池回收现状分析
       中国电动自行车的保有量已超1.2亿辆，每年逾2000万辆的速度增长，大大小小的汽车和遍布全国的通信基站，都需要使用铅蓄电池，特别是在电动汽车的发展与推广，更是不可小觑。
        随之而来的铅蓄电池利用率的快速提升，让这个“绿色能源”走进了另一个新角色中，那就是如何有效的较低和避免废旧铅蓄电池的污染，并有效回收再利用成为了从业者的一个症结。
        天能集团董事长张天任:我们在全国率先建立几十万个销售网点，凭借“以旧换”的商业模式，既保障了废旧电池的无效回收的浪费和污染，又保障了公司废旧电池原料的有效回收和加工处理，我们真正做到了“吃干榨尽”。
        2011年1-7月：广东省铅酸蓄电池出口特点：
        (1)广东省铅酸蓄电池出口表现明显劣于去年同期，1季度各月同比仍能维持个位数增长，但2季度以来，出口量连续4个月呈负增长，7月份出口607.2万个，减少34.5%。
        (2)广东省以一般贸易方式出口铅酸蓄电池4525万个，减少12.6%，占同期全省铅酸蓄电池出口总量（下同）的94.9%；以保税监管场所进出境货物方式出口铅酸蓄电池214万个，减少32.8%。
        (3)欧盟、美国和印度为前3大出口市场。广东省对欧盟出口铅酸蓄电池1118万个，小幅增加5.1%；对美国出口796.5万个，减少27.3%；对印度出口558.2万个，减少8.5%；对以上3地出口合计占同期全省铅酸蓄电池出口总量的51.9%。
        (4)私营企业为最大出口主体。广东省私营企业出口铅酸蓄电池2688万个，减少8.7%，占56.4%；外商投资企业出口1645万个，减少17.6%。
        广东省铅酸蓄电池出口量跌价升的原因:
        (1)铅酸蓄电池属于“两高一资”产品，浙江、广东等地频发的血铅超标事件，引起社会对铅蓄电池行业的强烈关注，广东省排查铅酸蓄电池企业191家，其中27家企业被取缔关闭或搬迁转产，134家企业处于停产整治或停产状况，被关停企业占84%，导致铅酸蓄电池供应量锐减，出口量也随之减少。
        (2)很多行业都需要蓄电池，如电动车、汽车的启动电池、交通和通讯设备的不间断电源系统等等。我国电动自行车每年蓄电池新增需求约为100亿元，更换需求约为245亿元。
       我国每年用于生产干电池消耗的锌约12万吨，二氧化锰约20万吨，铜2万吨。废电池危害：
      （1）一粒小小的钮扣电池可污染600立方米水，相当于一个人一生的饮水量；一节干电池可污染12立方米水、一立方米土壤，并造成永久性公害。
      （2）重金属污染的最大特点是它在自然界是不能降解，另一个途径吃了含有重金属的鱼、虾生物在人体内积蓄，会对人的身体产生严重影响。
        3、废旧电池技术发展思路
        常规废旧电池回收方法：普通干电池是圆筒形的，外筒由锌制成，这一锌筒即为电池的负极；筒中央炭棒为正极；筒内为二氧化锰，氯化铵和氯化锌。
      （1）提取氯化铵：将电池里的黑色物质放在水里搅拌并过滤，将部分滤液放在蒸发皿中蒸发，得白色固体，再加热，利用“升华”收集较纯的氯化铵。
      （2）制取锌粒：将锌筒上的锌片剪成碎片，放在坩埚中强热（锌熔点419度），熔化后小心将锌页倒入冷水中，得锌粒。
       济源豫光集团在企业“十三五”规划中提出:目前，公司的原生铅与再生铅产能比例为6：4，力争到“十三五”末（即2020年）放弃原生铅产能，100%采用再生铅（废旧铅酸蓄电池）生产。并在济源市政府、河南省政府的联合推动下，以济源定点式网络回收利用为试点，扩展到全省范围内的废旧铅酸电池回收管理及经营体系。公司采用先进的的安吉泰科CX破碎分离系统（目前共有3套），一是产出铅酸——熔铸——铅锑合金；二是产出铅泥——熔铸——电解——铅锭。
       其他废旧电池回收处理有： UPS及大容量免维护铅酸蓄电池再生方法、废蓄电池获取富镍-金属氢化物回收方法、废旧电池热解气化焚烧处理方法、废蓄电池含铅物料反射炉连续熔炼清洁回收方法、净化处理废旧电池或含汞污泥的组合物处理方法、镍镉废电池的综合回收方法、离子筛从废旧锂离子电池中分离回收锂的方法、废锌锰干电池中回收硫酸锰、二氧化锰、复用石墨电极方法等。
 
       五、展望

       国外的成功经验，由消费者支付废电池的回收费用，可以更好地保证电池的有效回收。传统汽车和电动车95%以上仍广泛使用铅酸电池，废旧电池的回收率也在98%以上，铅酸电池在很长一段时间内不被被替代。 电动车蓄电池的使用寿命只有1年到2年，大部分铅酸蓄电池在使用1年后就得更换。制定电动车电池生产、经营和回收的专门制度，例如规定企业卖多少电池就需要回收多少电池等，且需要根据严格的回收标准进行。

       1、未来10年，铅酸蓄电池仍是主流：
        铅酸蓄电池由于其安全稳定、性价比高等优点，在电池领域占据较高的市场份额，在汽车启动、通信领域、动力电池与储能电池等领域保持一定增长。
      （1）寿命问题成短板
       相对于镍氢电池和锂电池来说，铅酸蓄电池仍为全球占有率最高的储电装置产品。其中汽车启动是主要应用市场，但是增长已经趋缓。电动自行车为增速最快的市场，目前国内约90%的电动自行车使用铅酸蓄电池。
       从储能电池市场看，我国储能电池主力还是铅酸电池，锂电、液流电池主要处于示范阶段，整体市场规模达到60亿元。铅酸蓄电池技术成熟，成本在所有化学储能电池里最低，主要的问题是寿命比较短，特别是深度放电的时候寿命短，常规的铅酸电池寿命约几百次。
      （2）行业集中度有望提高
       通信基站的建设将刺激铅酸电池的需求，随着4G网络的建设，未来投资额将突破1万亿以上。通信领域是阀控密封式铅酸蓄电池的主要市场之一，主要用于通信基站和中心机房的后备电源，替换周期为3-5年，总的采购金额约占电信固定资产投资的2%-3%。
       未来电动自行车领域锂电池将逐渐替代铅酸电池，由于锂电池价格高，同等规格电池即便是价格最低的锂电池价格也在铅酸电池的两倍，锂电池有可能在高端产品领域逐渐替代铅酸电池。
       2、推进我国废旧电池规范回收
       随着经济发展，废旧电池的回收存量和增量巨大，作为完善再生资源回收利用体系建设的重要内容，我国应尽快建立废旧电池回收利用体系，促进绿色发展、循环发展、低碳发展和生态文明建设。
     （1）废旧电池会造成严重污染
       废旧电池含有的镉、铅、汞是对人体危害较大的物质，我国每年废镉镍电池产生量约为10000吨并逐年积累，如处理不当，这些废旧电池导致镉污染风险很大。国际抗癌联盟早在1993年就将镉定为IA级致癌物，且镉具有肾毒性，它所致的肾损伤是不可逆的。
      （2）废旧电池的回收价值巨大
       我国每年常用电池废弃量约236亿只，发达国家在废旧电池回收利用方面已有很多成功经验可以借鉴，如果废旧电池得以全部回收利用，她将为循环资源利用产业中的新增长点。
      （3）立法明确责任主体
       美国、欧盟、德国、丹麦、西班牙、英国、瑞士、韩国、日本等国早已制订了废旧电池管理办法，我国可以依据行业发展、民生消费和环保法案，制定适合中国废旧电池回收和工业再利用的法律法规。