Bearbeiding av kjemiske energikilder

En vanlig situasjon i alle hjem er at nylig kjøpte batterier ikke lenger er gode. Eller kanskje, å ta vare på miljøet, og på samme tid - om rikdommen til lommeboken vår, vi fikk batterier? Etter en stund vil de også nekte å samarbeide. Så i søpla? Absolutt ikke! Når vi vet om truslene som celler forårsaker i miljøet, vil vi se etter et samlingspunkt.

Innsamling

Hva er omfanget av problemet vi har å gjøre med? En rapport fra 2011 fra Chief Environmental Inspector indikerte at mer enn 400 millioner celler og batterier. Omtrent like mange begikk selvmord.

Ris. 1. Gjennomsnittlig sammensetning av råvarer (brukte celler) fra statlige samlinger.

Så vi må utvikle oss ca 92 tusen tonn farlig avfall som inneholder tungmetaller (kvikksølv, kadmium, nikkel, sølv, bly) og en rekke kjemiske forbindelser (kaliumhydroksid, ammoniumklorid, mangandioksid, svovelsyre) (fig. 1). Når vi kaster dem - etter at belegget har korrodert - forurenser de jord og vann (fig. 2). La oss ikke gi en slik "gave" til miljøet, og derfor til oss selv. Av dette beløpet ble 34% stått for av spesialiserte prosessorer. Derfor er det fortsatt mye å gjøre, og det er ikke en trøst at det ikke bare er i Polen?

Ris. 2. Korroderte cellebelegg.

Vi har ikke lenger en unnskyldning for ingen steder å gå brukte celler. Hvert uttak som selger batterier og erstatninger er pålagt å ta imot dem fra oss (samt gammel elektronikk og husholdningsapparater). Dessuten har mange butikker og skoler containere vi kan sette bur i. Så la oss ikke "fraskrive oss" og ikke kaste brukte batterier og akkumulatorer i søpla. Med litt lyst finner vi et samlingspunkt, og selve lenkene veier så lite at lenken ikke vil slite oss.

Сортировка

Som med andre resirkulerbare materialer, gir den effektive transformasjonen mening etter sortering. Avfall fra industrianlegg er vanligvis ensartet i kvalitet, men avfall fra offentlige innsamlinger er en blanding av tilgjengelige celletyper. Dermed blir nøkkelspørsmålet segregering.

I Polen foregår sorteringen manuelt, mens andre europeiske land allerede har automatiserte sorteringslinjer. De bruker sikter med passende maskestørrelser (tillater separasjon av celler av forskjellige størrelser) og røntgen (innholdssortering). Sammensetningen av råvarer fra samlinger i Polen er også litt annerledes.

Inntil nylig dominerte våre klassiske sure Leclanche-celler. Det er først nylig at fordelen med de mer moderne alkaliske cellene, som erobret de vestlige markedene for mange år siden, har blitt merkbar. Uansett står begge typer engangsceller for mer enn 90 % av de innsamlede batteriene. Resten er knappebatterier (strømklokker (fig. 3) eller kalkulatorer), oppladbare batterier og litiumbatterier for telefoner og bærbare datamaskiner. Grunnen til en så liten andel er høyere pris og lengre levetid sammenlignet med engangselementer.

Ris. 3. Sølvlenke som brukes til å drive armbåndsur.

Processing

Etter bruddet er det tid for det viktigste behandlingsstadiet - gjenvinning av råvarer. For hver type vil produktene som mottas være litt forskjellige. Imidlertid er behandlingsteknikkene like.

mekanisk bearbeiding består i å male avfall i møller. De resulterende fraksjonene separeres ved hjelp av elektromagneter (jern og dets legeringer) og spesielle siktsystemer (andre metaller, plastelementer, papir, etc.). Zaleto metoden ligger i det faktum at det ikke er nødvendig å nøye sortere råvarene før bearbeiding, defekt - en stor mengde ubrukelig avfall som krever deponering på deponier.

Hydrometallurgisk resirkulering er oppløsning av celler i syrer eller baser. På neste trinn av behandlingen blir de resulterende løsningene renset og separert, for eksempel metallsalter, for å oppnå rene elementer. Stor fordel Metoden kjennetegnes ved lavt energiforbruk og en liten mengde avfall som krever deponering. Defekt Denne resirkuleringsmetoden krever nøye sortering av batteriene for å unngå forurensning av de resulterende produktene.

Termisk behandling består i å fyre cellene i ovner med passende design. Som et resultat blir oksidene deres smeltet og oppnådd (råvarer for stålverk). Zaleto metoden består i muligheten for å bruke usorterte batterier, defekt og – energiforbruk og generering av skadelige forbrenningsprodukter.

bortsett fra resirkulerbare Cellene lagres på søppelfyllinger etter foreløpig beskyttelse mot inntrengning av deres komponenter i miljøet. Dette er imidlertid bare et halvt tiltak, som utsetter behovet for å håndtere denne typen avfall og sløsing av mange verdifulle råvarer.

Vi kan også gjenopprette noen av næringsstoffene i hjemmelaboratoriet vårt. Dette er komponentene i de klassiske Leclanche-elementene - sink med høy renhet fra koppene som omgir elementet, og grafittelektroder. Alternativt kan vi separere mangandioksydet fra blandingen i blandingen - bare koke den med vann (for å fjerne løselige urenheter, hovedsakelig ammoniumklorid) og filtrere. Den uløselige resten (forurenset med kullstøv) er egnet for de fleste reaksjoner som involverer MnO.₂.

Men ikke bare elementene som brukes til å drive husholdningsapparater er resirkulerbare. Gamle bilbatterier er også en kilde til råvarer. Bly ekstraheres fra dem, som deretter brukes til fremstilling av nye enheter, og koffertene og elektrolytten som fyller dem, kastes.

Ingen trenger å bli minnet på miljøskadene som kan forårsakes av giftig tungmetall og svovelsyreløsning. For vår raskt utviklende tekniske sivilisasjon er eksemplet med celler og batterier en modell. Et økende problem er ikke produksjonen av selve produktet, men dets avhending etter bruk. Jeg håper at leserne av Young Technician magazine vil inspirere andre til å resirkulere ved sitt eksempel.

Eksperiment 1 - litiumbatteri

litiumceller de brukes i kalkulatorer og for å opprettholde strøm til BIOS på datamaskinens hovedkort (fig. 4). La oss bekrefte tilstedeværelsen av metallisk litium i dem.

Ris. 4. En litium-mangancelle som brukes til å opprettholde strøm til BIOS på et hovedkort på en datamaskin.

Etter demontering av elementet (for eksempel den vanlige typen CR2032), kan vi se detaljene i strukturen (fig. 5): svart komprimert lag av mangandioksid MnO₂, en porøs separatorelektrode impregnert med en organisk elektrolyttløsning, som isolerer en plastring og to metalldeler som danner et hus.

Ris. 5. Komponenter i en litium-mangancelle: 1. Den nedre delen av kroppen med et lag av litiummetall (negativ elektrode). 2. Separator impregnert med en organisk elektrolyttløsning. 3. Presset lag med mangandioksid (positiv elektrode). 4. Plastring (elektrodeisolator). 5. Øvre hus (positiv elektrodeterminal).

Den minste (den negative elektroden) er dekket med et lag litium, som raskt mørkner i luft. Elementet identifiseres ved en flammetest. For å gjøre dette, ta litt mykt metall på enden av jerntråden og sett prøven inn i brennerflammen - karminfargen indikerer tilstedeværelsen av litium (fig. 6). Vi kvitter oss med metallrester ved å løse dem opp i vann.

Ris. 6. En prøve av litium i en brennerflamme.

Legg en metallelektrode med et lag litium i et beger og hell noen cm³ vann. En voldsom reaksjon oppstår i fartøyet, ledsaget av frigjøring av hydrogengass:

Litiumhydroksid er en sterk base og vi kan enkelt teste den med indikatorpapir.

Erfaring 2 - alkalisk binding

Skjær ut et alkalisk engangselement, for eksempel type LR6 ("finger", AA). Etter å ha åpnet metallkoppen er den indre strukturen synlig (fig. 7): inne er det en lett masse som danner en anode (kalium- eller natriumhydroksid og sinkstøv), og et mørkt lag av mangandioksid MnO som omgir den.₂ med grafittstøv (cellekatode).

Ris. 7. Alkalisk reaksjon av anodemassen i en alkalisk celle. Synlig cellestruktur: lett anodedannende masse (KOH + sinkstøv) og mørk mangandioksid med grafittstøv som katode.

Elektrodene er adskilt fra hverandre med en papirmembran. Påfør en liten mengde lett substans på teststrimmelen og fukt den med en dråpe vann. Den blå fargen indikerer den alkaliske reaksjonen til anodepastaen. Typen hydroksyd som brukes er best verifisert ved en flammetest. En prøve på størrelse med flere valmuefrø limes til en jerntråd dynket i vann og plasseres i en brennerflamme.

Gul farge indikerer bruk av natriumhydroksid av produsenten, og rosa-lilla farge indikerer kaliumhydroksid. Siden natriumforbindelser forurenser nesten alle stoffer, og flammetesten for dette elementet er ekstremt følsom, kan den gule fargen på flammen maskere spektrallinjene av kalium. Løsningen er å se på flammen gjennom et blåfiolett filter, som kan være koboltglass eller en fargeløsning i kolben (indigo eller metylfiolett som finnes i sårdesinfeksjonsmiddelet, pyoktan). Filteret vil absorbere den gule fargen, slik at du kan bekrefte tilstedeværelsen av kalium i prøven.

Betegnelseskoder

For å lette celletypeidentifikasjon er det innført en spesiell alfanumerisk kode. For de vanligste typene i våre hjem ser det slik ut: tall-bokstav-bokstav-tall, hvor:

- det første sifferet er antall celler; ignorert for enkeltceller.

– den første bokstaven angir celletypen. Når den er fraværende, er den en Leclanche sink-grafittcelle (anode: sink, elektrolytt: ammoniumklorid, NH₄Cl, sinkklorid ZnCl₂, katode: mangandioksyd MnO₂). Andre celletyper er merket som følger (det billigere natriumhydroksidet brukes også i stedet for kaliumhydroksid):

A, P – sink-luftelementer (anode: sink, atmosfærisk oksygen reduseres på en grafittkatode);

B, C, E, F, G - litiumceller (anode: litium, men mange stoffer brukes som katoder og elektrolytt);

H – Ni-MH nikkel-metallhydridbatteri (metallhydrid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikkel-kadmium batteri (kadmium, KOH, NiOOH);

L – alkalisk grunnstoff (sink, KOH, MnO₂);

M – kvikksølvelement (sink, KOH; HgO), brukes ikke lenger;

S – sølvelement (sink, KOH; Ag₂OM);

Z – nikkel-mangan-element (sink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- følgende bokstav angir formen på lenken:

F - lamellær;

R - sylindrisk;

S - rektangulær;

P – gjeldende betegnelse på celler med andre former enn sylindriske.

– den endelige figuren eller tallene indikerer størrelsen på referansen (katalogverdier eller direkte angivelse av dimensjoner).

Markeringseksempler:

R03
 - en sink-grafittcelle på størrelse med en lillefinger. En annen betegnelse er AAA eller mikro.

LR6 - en alkalisk celle på størrelse med en finger. En annen betegnelse er AA eller minion.

HR14  – Ni-MH-batteri, bokstaven C brukes også for størrelse.

KR20 – Ni-Cd-batteri, hvis størrelse også er merket med bokstaven D.

3LR12 - et flatt batteri med en spenning på 4,5 V, bestående av tre alkaliske celler.

6F22 – 9V batteri; seks individuelle plane sink-grafittceller er innelukket i en rektangulær kasse.

CR2032 – litium-mangancelle (litium, organisk elektrolytt, MnO₂) med en diameter på 20 mm og en tykkelse på 3,2 mm.