Prelucrarea surselor de energie chimică

O situație comună în fiecare casă este aceea că bateriile cumpărate recent nu mai sunt bune. Sau poate, având grijă de mediul înconjurător și, în același timp - despre bogăția portofelului nostru, avem baterii? După un timp, vor refuza și ei să coopereze. Deci la gunoi? Absolut nu! Știind despre amenințările pe care celulele le provoacă în mediu, vom căuta un punct de raliu.

Colecție

Care este amploarea problemei cu care ne confruntăm? Un raport din 2011 al inspectorului șef de mediu a indicat că mai mult de 400 de milioane de celule și baterii. Aproximativ același număr s-au sinucis.

Orez. 1. Compoziția medie a materiilor prime (celule uzate) din colecțiile de stat.

Deci trebuie să ne dezvoltăm aproximativ 92 de mii de tone de deșeuri periculoase care conțin metale grele (mercur, cadmiu, nichel, argint, plumb) și o serie de compuși chimici (hidroxid de potasiu, clorură de amoniu, dioxid de mangan, acid sulfuric) (Fig. 1). Când le aruncăm – după ce învelișul s-a corodat – poluează solul și apa (Fig. 2). Să nu facem un astfel de „cadou” mediului înconjurător și, prin urmare, nouă înșine. Din această sumă, 34% a fost reprezentată de procesoare specializate. Prin urmare, mai sunt multe de făcut și nu este o consolare că nu este doar în Polonia?

Orez. 2. Acoperiri cu celule corodate.

Nu mai avem o scuză pentru a nu merge nicăieri celule folosite. Fiecare punct de vânzare care vinde baterii și înlocuitori este obligat să le accepte de la noi (precum și electronice vechi și electrocasnice). De asemenea, multe magazine și școli au containere în care putem pune cuști. Așa că să nu „renunțăm” și să nu aruncăm la gunoi bateriile și acumulatorii uzați. Cu puțină dorință, vom găsi un punct de raliu, iar legăturile în sine cântăresc atât de puțin încât legătura nu ne va obosi.

triere

Ca și în cazul altora materiale reciclabile, transformarea eficientă are sens după sortare. Deșeurile de la instalațiile industriale sunt de obicei uniformă ca calitate, dar deșeurile din colecțiile publice sunt un amestec de tipuri de celule disponibile. Astfel, întrebarea cheie devine segregare.

În Polonia sortarea se face manual, în timp ce alte țări europene au deja linii de sortare automatizate. Folosesc site cu ochiuri de dimensiuni adecvate (permițând separarea celulelor de diferite dimensiuni) și radiografie (sortarea conținutului). Compoziția materiilor prime din colecțiile din Polonia este, de asemenea, ușor diferită.

Până de curând, celulele noastre clasice acide Leclanche dominau. Abia recent s-a remarcat avantajul elementelor alcaline mai moderne, care au cucerit piețele occidentale cu mulți ani în urmă. În orice caz, ambele tipuri de celule de unică folosință reprezintă mai mult de 90% din bateriile colectate. Restul sunt baterii buton (care alimentează ceasurile (Fig. 3) sau calculatoare), baterii reîncărcabile și baterii cu litiu pentru telefoane și laptopuri. Motivul pentru o pondere atât de mică este prețul mai mare și durata de viață mai lungă în comparație cu elementele de unică folosință.

Orez. 3. Legătură de argint folosită pentru alimentarea ceasurilor de mână.

prelucrare

După despărțire, este timpul pentru cel mai important lucru etapa de prelucrare - recuperarea materiilor prime. Pentru fiecare tip, produsele primite vor fi ușor diferite. Cu toate acestea, tehnicile de procesare sunt similare.

prelucrare mecanică consta in macinarea deseurilor in mori. Fracțiile rezultate sunt separate folosind electromagneți (fier și aliajele acestuia) și sisteme speciale de sită (alte metale, elemente din plastic, hârtie etc.). Inundat metoda este că nu este nevoie să sortați cu atenție materiile prime înainte de procesare, defect - o cantitate mare de deșeuri inutilizabile care necesită eliminare în gropile de gunoi.

Reciclare hidrometalurgică este dizolvarea celulelor în acizi sau baze. La următoarea etapă de procesare, soluțiile rezultate sunt purificate și separate, de exemplu, săruri metalice, pentru a obține elemente pure. Mare avantaj metoda se caracterizează printr-un consum redus de energie și o cantitate mică de deșeuri care necesită eliminare. defect Această metodă de reciclare necesită o sortare atentă a bateriilor pentru a evita contaminarea produselor rezultate.

Prelucrare termică consta in arderea celulelor in cuptoare de proiectare corespunzatoare. Ca urmare, oxizii lor sunt topiți și obținuți (materii prime pentru oțelării). Inundat metoda consta in posibilitatea folosirii bateriilor nesortate, defect și – consumul de energie și generarea de produse nocive de ardere.

cu excepția reciclabile Celulele sunt depozitate în gropile de gunoi după o protecție prealabilă împotriva pătrunderii componentelor lor în mediu. Totuși, aceasta este doar o jumătate de măsură, amânând necesitatea de a face față acestui tip de deșeuri și risipa a multor materii prime valoroase.

De asemenea, putem restabili o parte din nutrienții din laboratorul nostru de acasă. Acestea sunt componentele elementelor clasice Leclanche - zinc de înaltă puritate din cupele care înconjoară elementul și electrozi de grafit. Alternativ, putem separa dioxidul de mangan din amestecul din amestec - pur și simplu fierbeți-l cu apă (pentru a îndepărta impuritățile solubile, în principal clorură de amoniu) și filtrați. Reziduul insolubil (contaminat cu praf de cărbune) este potrivit pentru majoritatea reacțiilor care implică MnO.₂.

Dar nu numai elementele folosite pentru alimentarea aparatelor electrocasnice sunt reciclabile. Bateriile vechi de mașini sunt, de asemenea, o sursă de materii prime. Din ele se extrage plumbul, care este apoi folosit la fabricarea de noi dispozitive, iar carcasele si electrolitul care le umple sunt eliminate.

Nimănui nu trebuie să i se amintească daunele mediului care pot fi cauzate de metalele grele toxice și soluția de acid sulfuric. Pentru civilizația noastră tehnică în dezvoltare rapidă, exemplul celulelor și bateriilor este un model. O problemă din ce în ce mai mare nu este producerea produsului în sine, ci eliminarea acestuia după utilizare. Sper ca cititorii revistei „Tânărul tehnician” să-i inspire pe alții să recicleze prin exemplul lor.

Experimentul 1 - baterie cu litiu

celule cu litiu sunt folosite la calculatoare și pentru a menține alimentarea BIOS-ului plăcilor de bază ale computerelor (Fig. 4). Să confirmăm prezența litiului metalic în ele.

Orez. 4. O celulă litiu-mangan folosită pentru a menține alimentarea BIOS-ului plăcii de bază a unui computer.

După dezasamblarea elementului (de exemplu, tipul comun CR2032), putem vedea detaliile structurii (Fig. 5): strat negru comprimat de dioxid de mangan MnO₂, un electrod separator poros impregnat cu o soluție de electrolit organic, izolând un inel de plastic și două părți metalice care formează o carcasă.

Orez. 5. Componentele unei celule litiu-mangan: 1. Partea inferioară a corpului cu un strat de litiu metalic (electrod negativ). 2. Separator impregnat cu o soluție de electrolit organic. 3. Strat presat de dioxid de mangan (electrod pozitiv). 4. Inel de plastic (izolator de electrozi). 5. Carcasă superioară (borna electrodului pozitiv).

Cel mai mic (electrodul negativ) este acoperit cu un strat de litiu, care se întunecă rapid în aer. Elementul este identificat printr-un test de flacără. Pentru a face acest lucru, luați niște metal moale la capătul firului de fier și introduceți proba în flacăra arzătorului - culoarea carmin indică prezența litiului (Fig. 6). Eliminam reziduurile metalice dizolvandu-le in apa.

Orez. 6. O probă de litiu într-o flacără a arzătorului.

Puneți un electrod metalic cu un strat de litiu într-un pahar și turnați câțiva cm³ apă. În vas are loc o reacție violentă, însoțită de eliberarea de hidrogen gazos:

Hidroxidul de litiu este o bază puternică și o putem testa cu ușurință cu hârtie indicatoare.

Experiența 2 - legătură alcalină

Decupați un element alcalin de unică folosință, de exemplu, tip LR6 („deget”, AA). După deschiderea paharului metalic, structura internă este vizibilă (Fig. 7): în interior se află o masă ușoară formând un anod (hidroxid de potasiu sau de sodiu și praf de zinc), și un strat întunecat de dioxid de mangan MnO înconjoară-l.₂ cu praf de grafit (catod celular).

Orez. 7. Reacția alcalină a masei anodului într-o celulă alcalină. Structura celulară vizibilă: masă ușoară formatoare de anod (KOH + praf de zinc) și dioxid de mangan închis cu praf de grafit ca catod.

Electrozii sunt separați unul de celălalt printr-o diafragmă de hârtie. Aplicați o cantitate mică de substanță ușoară pe banda de testare și umeziți-o cu o picătură de apă. Culoarea albastră indică reacția alcalină a pastei anodice. Tipul de hidroxid utilizat este cel mai bine verificat printr-un test la flacără. O probă de mărimea câtorva semințe de mac este lipită de o sârmă de fier înmuiată în apă și pusă într-o flacără a arzătorului.

Culoarea galbenă indică utilizarea hidroxidului de sodiu de către producător, iar culoarea roz-violet indică hidroxidul de potasiu. Deoarece compușii de sodiu contaminează aproape toate substanțele, iar testul de flacără pentru acest element este extrem de sensibil, culoarea galbenă a flăcării poate masca liniile spectrale ale potasiului. Soluția este să privim flacăra printr-un filtru albastru-violet, care poate fi sticlă de cobalt sau o soluție de colorant în balon (indigo sau violet de metil găsit în dezinfectantul pentru răni, pioctan). Filtrul va absorbi culoarea galbenă, permițându-vă să confirmați prezența potasiului în probă.

Codurile de desemnare

Pentru a facilita identificarea tipului de celule, a fost introdus un cod alfanumeric special. Pentru cele mai comune tipuri din casele noastre, arată astfel: număr-litera-litera-număr, unde:

- prima cifră este numărul de celule; ignorat pentru celulele individuale.

– prima literă indică tipul de celulă. Când lipsește, este o celulă de zinc-grafit Leclanche (anod: zinc, electrolit: clorură de amoniu, NH₄Cl, clorură de zinc ZnCl₂, catod: dioxid de mangan MnO₂). Alte tipuri de celule sunt etichetate după cum urmează (în locul hidroxidului de potasiu este folosit și hidroxidul de sodiu mai ieftin):

A, P – elemente zinc-aer (anod: zinc, oxigenul atmosferic este redus pe catod de grafit);

B, C, E, F, G - celule cu litiu (anod: litiu, dar multe substanțe sunt folosite ca catozi și electrolit);

H – baterie Ni-MH nichel-hidrură metalică (hidrură metalică, KOH, NiOOH);

K – baterie Ni-Cd nichel-cadmiu (cadmiu, KOH, NiOOH);

L – element alcalin (zinc, KOH, MnO₂);

M – element de mercur (zinc, KOH; HgO), nemai folosit;

S – element de argint (zinc, KOH; Ag₂DESPRE);

Z – element nichel-mangan (zinc, KOH, NiOOH, MnO₂).

- următoarea literă indică forma legăturii:

F - lamelar;

R - cilindric;

S - dreptunghiular;

P – denumirea curentă a celulelor cu alte forme decât cilindrice.

– cifra sau cifrele finale indică dimensiunea referinței (valori de catalog sau care dă direct dimensiuni).

Exemple de marcare:

R03
 - o celulă de zinc-grafit de mărimea unui deget mic. O altă denumire este AAA sau micro.

LR6 - o celulă alcalină de mărimea unui deget. O altă denumire este AA sau minion.

HR14  – baterie Ni-MH, litera C este folosită și pentru dimensiune.

KR20 – baterie Ni-Cd, a cărei dimensiune este de asemenea marcată cu litera D.

3LR12 - o baterie descarcata cu o tensiune de 4,5 V, formata din trei celule alcaline.

6F22 – baterie 9V; șase celule plane individuale de zinc-grafit sunt închise într-o carcasă dreptunghiulară.

CR2032 – celulă litiu-mangan (litiu, electrolit organic, MnO₂) cu un diametru de 20 mm și o grosime de 3,2 mm.