Predelava kemičnih virov energije

Pogosta situacija v vsakem domu je, da nedavno kupljene baterije niso več dobre. Ali pa smo morda ob skrbi za okolje in hkrati – o bogastvu naše denarnice – dobili baterije? Čez nekaj časa bodo tudi zavrnili sodelovanje. Torej v smeti? Absolutno ne! Ker vemo o grožnjah, ki jih celice povzročajo v okolju, bomo iskali zbirališče.

Zbiranje

Kakšen je obseg problema, s katerim se soočamo? Poročilo glavnega inšpektorja za okolje iz leta 2011 je pokazalo, da je več kot 400 milijonov celic in baterij. Približno enako število je storilo samomor.

riž. 1. Povprečna sestava surovin (uporabljenih celic) iz državnih zbirk.

Zato se moramo razvijati okoli 92 tisoč ton nevarnih odpadkov ki vsebujejo težke kovine (živo srebro, kadmij, nikelj, srebro, svinec) in številne kemične spojine (kalijev hidroksid, amonijev klorid, manganov dioksid, žveplovo kislino) (slika 1). Ko jih zavržemo – potem ko je premaz zarjavel – onesnažujejo zemljo in vodo (slika 2). Ne delajmo takšnega »darila« okolju, s tem pa tudi sebi. Od tega 34 % predstavljajo specializirani predelovalci. Zato je treba še veliko postoriti in ni v tolažbo, da ni le na Poljskem?

riž. 2. Korodirane celične prevleke.

Nimamo več izgovora, da nikamor ne gremo uporabljene celice. Vsaka prodajalna baterij in nadomestnih baterij jih mora od nas prevzeti (pa tudi staro elektroniko in gospodinjske aparate). Tudi številne trgovine in šole imajo zabojnike, v katere lahko postavimo kletke. Zato se ne »odpovedujmo« in izrabljenih baterij in akumulatorjev ne zavrzimo v smeti. Z malo želje bomo našli zbirno točko, same povezave pa tehtajo tako malo, da nas povezava ne bo utrudila.

Сортировка

Kot pri drugih materiali, ki jih je mogoče reciklirati, je učinkovita transformacija smiselna po razvrščanju. Odpadki iz industrijskih obratov so običajno enotne kakovosti, vendar so odpadki iz javnih zbiranj mešanica razpoložljivih vrst celic. Tako postane ključno vprašanje segregacija.

Na Poljskem sortiranje poteka ročno, druge evropske države pa že imajo avtomatizirane sortirne linije. Uporabljajo sita z ustreznimi velikostmi mrežnega očesa (dovolijo ločevanje celic različnih velikosti) in rentgen (razvrščanje vsebine). Nekoliko drugačna je tudi sestava surovin iz zbirk na Poljskem.

Do nedavnega so prevladovale naše klasične kisle celice Leclanche. Šele v zadnjem času se opazi prednost sodobnejših alkalnih elementov, ki so pred leti osvojili zahodne trge. Vsekakor obe vrsti celic za enkratno uporabo predstavljata več kot 90 % zbranih baterij. Ostalo so gumbne baterije (napajanje ur (slika 3) ali kalkulatorji), polnilne baterije in litijeve baterije za telefone in prenosnike. Razlog za tako majhen delež je višja cena in daljša življenjska doba v primerjavi z elementi za enkratno uporabo.

riž. 3. Srebrna povezava, ki se uporablja za napajanje zapestnih ur.

Predelava

Po razhodu je čas za najpomembnejše faza obdelave - predelava surovin. Za vsako vrsto bodo prejeti izdelki nekoliko drugačni. Vendar so tehnike obdelave podobne.

mehanska obdelava sestoji iz mletja odpadkov v mlinih. Nastale frakcije se ločijo z elektromagneti (železo in njegove zlitine) in posebnimi sistemi sita (druge kovine, plastični elementi, papir itd.). sončni vzhod metoda je v tem, da ni treba skrbno sortirati surovin pred predelavo, napaka - velika količina neuporabnih odpadkov, ki zahtevajo odlaganje na odlagališčih.

Hidrometalurško recikliranje je raztapljanje celic v kislinah ali bazah. Na naslednji stopnji obdelave nastale raztopine očistimo in ločimo, na primer kovinske soli, da dobimo čiste elemente. Velika Prednost Za metodo je značilna nizka poraba energije in majhna količina odpadkov, ki jih je treba odstraniti. Napaka Ta metoda recikliranja zahteva skrbno razvrščanje baterij, da se prepreči kontaminacija nastalih izdelkov.

Termična obdelava sestoji iz žganja celic v pečicah ustrezne izvedbe. Posledično se njihovi oksidi stopijo in pridobijo (surovine za jeklarne). sončni vzhod metoda je možnost uporabe nerazvrščenih baterij, napaka in – poraba energije in nastajanje škodljivih produktov zgorevanja.

razen mogoče reciklirati Celice se po predhodni zaščiti pred vdorom njihovih komponent v okolje skladiščijo na odlagališčih. Vendar je to le polovični ukrep, ki odlaga potrebo po ravnanju s tovrstnimi odpadki in odpadki številnih dragocenih surovin.

Nekatere hranilne snovi lahko obnovimo tudi v domačem laboratoriju. To so sestavni deli klasičnih elementov Leclanche - cink visoke čistosti iz skodelic, ki obkrožajo element, in grafitne elektrode. Druga možnost je, da ločimo manganov dioksid iz zmesi znotraj zmesi – preprosto ga zavremo z vodo (da odstranimo topne nečistoče, predvsem amonijev klorid) in filtriramo. Netopni ostanek (kontaminiran s premogovim prahom) je primeren za večino reakcij, ki vključujejo MnO.₂.

Ne reciklirajo pa se le elementi, ki se uporabljajo za napajanje gospodinjskih aparatov. Vir surovin so tudi stari avtomobilski akumulatorji. Iz njih pridobivajo svinec, ki ga nato uporabijo pri izdelavi novih naprav, ohišja in elektrolit, ki jih polnijo, pa odstranijo.

Nikogar ni treba spominjati na okoljsko škodo, ki jo lahko povzročijo strupene težke kovine in raztopina žveplove kisline. Za našo hitro razvijajočo se tehnično civilizacijo je primer celic in baterij vzor. Vse večja težava ni izdelava samega izdelka, temveč njegova odstranitev po uporabi. Upam, da bodo bralci revije "Mladi tehnik" s svojim zgledom navdušili tudi druge k recikliranju.

Poskus 1 - litijeva baterija

litijeve celice uporabljajo se v kalkulatorjih in za vzdrževanje napajanja BIOS-a računalniških matičnih plošč (slika 4). Potrdimo prisotnost kovinskega litija v njih.

riž. 4. Litij-manganova celica, ki se uporablja za vzdrževanje napajanja BIOS-a matične plošče računalnika.

Po demontaži elementa (na primer običajni tip CR2032) lahko vidimo podrobnosti strukture (slika 5): črna stisnjena plast manganovega dioksida MnO₂, porozna separatorna elektroda, impregnirana z raztopino organskega elektrolita, ki izolira plastični obroč in dva kovinska dela, ki tvorita ohišje.

riž. 5. Sestavni deli litij-manganove celice: 1. Spodnji del telesa s plastjo litijeve kovine (negativna elektroda). 2. Separator, impregniran z raztopino organskega elektrolita. 3. Stisnjena plast manganovega dioksida (pozitivna elektroda). 4. Plastični obroč (izolator elektrod). 5. Zgornje ohišje (sponka pozitivne elektrode).

Manjša (negativna elektroda) je prekrita s plastjo litija, ki na zraku hitro potemni. Element je identificiran s testom plamena. Če želite to narediti, vzemite nekaj mehke kovine na koncu železne žice in vstavite vzorec v plamen gorilnika - barva karmina kaže na prisotnost litija (slika 6). Kovinske ostanke odstranimo tako, da jih raztopimo v vodi.

riž. 6. Vzorec litija v plamenu gorilnika.

V čašo položimo kovinsko elektrodo s plastjo litija in nalijemo nekaj cm³ voda. V posodi se pojavi burna reakcija, ki jo spremlja sproščanje vodikovega plina:

Litijev hidroksid je močna osnova in ga zlahka preizkusimo z indikatorskim papirjem.

Izkušnja 2 - alkalna vez

Izrežite alkalni element za enkratno uporabo, na primer tipa LR6 ("prst", AA). Po odprtju kovinske skodelice je vidna notranja struktura (slika 7): v notranjosti je svetla masa, ki tvori anodo (kalijev ali natrijev hidroksid in cinkov prah), in temna plast manganovega dioksida MnO, ki jo obdaja.₂ z grafitnim prahom (celična katoda).

riž. 7. Alkalna reakcija anodne mase v alkalni celici. Vidna celična struktura: lahka masa, ki tvori anodo (KOH + cinkov prah) in temen manganov dioksid z grafitnim prahom kot katodo.

Elektrodi sta med seboj ločeni s papirnato membrano. Na testni trak nanesite majhno količino lahke snovi in ​​ga navlažite s kapljico vode. Modra barva označuje alkalno reakcijo anodne paste. Vrsta uporabljenega hidroksida je najbolje preveriti s testom plamena. Vzorec velikosti več makovih semen prilepimo na železno žico, namočeno v vodo, in postavimo v plamen gorilnika.

Rumena barva označuje uporabo natrijevega hidroksida s strani proizvajalca, rožnato-vijolična barva pa označuje kalijev hidroksid. Ker natrijeve spojine onesnažijo skoraj vse snovi, plamenski test za ta element pa je izjemno občutljiv, lahko rumena barva plamena zakrije spektralne črte kalija. Rešitev je pogled na plamen skozi modro-vijoličen filter, ki je lahko kobaltovo steklo ali raztopina barvila v bučki (indigo ali metilviolet, ki ga najdemo v razkužilu za rane, pioktan). Filter bo absorbiral rumeno barvo, kar vam bo omogočilo potrditev prisotnosti kalija v vzorcu.

Označevalne kode

Za lažjo identifikacijo tipa celice je bila uvedena posebna alfanumerična koda. Za najpogostejše vrste v naših domovih je videti tako: številka-črka-črka-številka, kjer:

- prva številka je število celic; prezrt za posamezne celice.

– prva črka označuje tip celice. Če ni, gre za cink-grafitno celico Leclanche (anoda: cink, elektrolit: amonijev klorid, NH₄Cl, cinkov klorid ZnCl₂, katoda: MnO manganov dioksid₂). Druge vrste celic so označene na naslednji način (namesto kalijevega hidroksida se uporablja tudi cenejši natrijev hidroksid):

A, P – elementi cink-zrak (anoda: cink, atmosferski kisik se reducira na grafitni katodi);

B, C, E, F, G - litijeve celice (anoda: litij, kot katode in elektrolit pa se uporabljajo številne snovi);

H – Ni-MH nikelj-metal hidridna baterija (metal hidrid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikelj-kadmijeva baterija (kadmij, KOH, NiOOH);

L – alkalni element (cink, KOH, MnO₂);

M – element živo srebro (cink, KOH; HgO), ne uporablja se več;

S – element srebro (cink, KOH; Ag₂O);

Z – nikelj-manganov element (cink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- naslednja črka označuje obliko povezave:

F - lamelni;

R - cilindrični;

S - pravokotne;

P – trenutna oznaka celic z oblikami, ki niso cilindrične.

– končna številka ali številke označujejo velikost reference (kataloške vrednosti ali neposredno podane mere).

Primeri označevanja:

R03
 - cink-grafitna celica velikosti mezinca. Druga oznaka je AAA ali mikro.

LR6 - alkalna celica v velikosti prsta. Druga oznaka je AA ali minion.

HR14  – Ni-MH baterija, za velikost se uporablja tudi črka C.

KR20 – Ni-Cd baterija, katere velikost je prav tako označena s črko D.

3LR12 - prazna baterija z napetostjo 4,5 V, sestavljena iz treh alkalnih celic.

6F22 – baterija 9V; šest posameznih planarnih cink-grafitnih celic je zaprtih v pravokotnem ohišju.

CR2032 – litij-manganova celica (litij, organski elektrolit, MnO₂) s premerom 20 mm in debelino 3,2 mm.