Преработка на хемиски извори на енергија

Честа ситуација во секој дом е дека неодамна купените батерии повеќе не се добри. Или можеби, грижејќи се за животната средина, а во исто време - за богатството на нашиот паричник, добивме батерии? По некое време и тие ќе одбијат да соработуваат. Значи во ѓубре? Апсолутно не! Знаејќи за заканите што ги предизвикуваат клетките во околината, ќе бараме точка за собирање.

Колекција

Колкав е обемот на проблемот со кој се занимаваме? Извештајот на главниот инспектор за животна средина од 2011 година посочува дека повеќе од 400 милиони ќелии и батерии. Приближно исто толку изврши самоубиство.

Ориз. 1. Просечен состав на суровини (искористени ќелии) од државните збирки.

Затоа треба да се развиваме околу 92 илјади тони опасен отпад кои содржат тешки метали (жива, кадмиум, никел, сребро, олово) и голем број хемиски соединенија (калиум хидроксид, амониум хлорид, манган диоксид, сулфурна киселина) (сл. 1). Кога ги фрламе - откако облогата ќе кородира - ја загадуваат почвата и водата (сл. 2). Да не си правиме таков „подарок“ на околината, а со тоа и на самите себе. Од оваа сума, 34% отпаѓаат на специјализирани преработувачи. Затоа, има уште многу да се направи, а не е утеха што не е само во Полска?

Ориз. 2. Кородирани облоги на ќелии.

Веќе немаме оправдување каде да одиме користени клетки. Секој штекер што продава батерии и замена е должен да ги прифати од нас (како и стара електроника и апарати за домаќинство). Исто така, многу продавници и училишта имаат контејнери во кои можеме да ставиме кафези. Затоа, да не се „оградуваме“ и да не ги фрламе искористените батерии и акумулатори во ѓубре. Со малку желба ќе најдеме рели пункт, а самите врски тежат толку малку што врската нема да не замори.

Сортирај

Како и со другите материјали за рециклирање, ефикасната трансформација има смисла по сортирањето. Отпадот од производствените погони е обично униформен по квалитет, но отпадот од јавните збирки е мешавина од достапни типови клетки. Така, клучното прашање станува сегрегација.

Во Полска, сортирањето се врши рачно, додека другите европски земји веќе имаат автоматизирани линии за сортирање. Тие користат сита со соодветни големини на мрежа (дозволувајќи одвојување на клетки со различни големини) и рентген (сортирање содржина). Составот на суровините од колекциите во Полска е исто така малку поинаков.

До неодамна доминираа нашите класични кисели Leclanche клетки. Само неодамна стана забележлива предноста на помодерните алкални ќелии, кои ги освоија западните пазари пред многу години. Во секој случај, и двата типа на ќелии за еднократна употреба сочинуваат повеќе од 90% од собраните батерии. Остатокот се батерии со копчиња (часовници за напојување (сл. 3) или калкулатори), батерии за полнење и литиумски батерии за телефони и лаптопи. Причината за толку мал удел е повисоката цена и подолг работен век во споредба со елементите за еднократна употреба.

Ориз. 3. Сребрена врска што се користи за напојување на рачни часовници.

Обработка

По разделбата, време е за најважното фаза на обработка - обновување на суровините. За секој тип, добиените производи ќе бидат малку различни. Сепак, техниките на обработка се слични.

механичка обработка се состои во мелење отпад во мелници. Добиените фракции се одвојуваат со помош на електромагнети (железо и неговите легури) и специјални системи за сито (други метали, пластични елементи, хартија, итн.). Поплавен методот лежи во фактот дека нема потреба внимателно да се сортираат суровините пред обработката, дефект - големо количество неупотреблив отпад кој бара одлагање на депонии.

Хидрометалуршко рециклирање е растворање на клетките во киселини или бази. Во следната фаза на обработка, добиените раствори се прочистуваат и се одвојуваат, на пример, метални соли, за да се добијат чисти елементи. Големи предност методот се карактеризира со мала потрошувачка на енергија и мала количина отпад што бара отстранување. Дефект Овој метод на рециклирање бара внимателно сортирање на батериите за да се избегне контаминација на добиените производи.

Термичка обработка се состои во палење на ќелиите во печки со соодветен дизајн. Како резултат на тоа, нивните оксиди се топат и се добиваат (суровини за челичарници). Поплавен методот се состои во можност за користење несортирани батерии, дефект и – потрошувачка на енергија и производство на штетни производи за согорување.

освен може да се рециклира Ќелиите се складираат на депонии по прелиминарна заштита од навлегување на нивните компоненти во животната средина. Сепак, ова е само половина мерка, со што се одложува потребата од справување со овој вид отпад и со отпадот на многу вредни суровини.

Ние, исто така, можеме да вратиме некои од хранливите материи во нашата домашна лабораторија. Ова се компонентите на класичните елементи на Лекланш - цинк со висока чистота од чашите што го опкружуваат елементот и графитни електроди. Алтернативно, можеме да го одвоиме манган диоксидот од смесата во смесата - едноставно да се вари со вода (за да се отстранат растворливите нечистотии, главно амониум хлорид) и да се филтрира. Нерастворливиот остаток (контаминиран со јагленова прашина) е погоден за повеќето реакции кои вклучуваат MnO.₂.

Но, не само елементите што се користат за напојување на апаратите за домаќинство се рециклираат. Извор на суровини се и старите автомобилски акумулатори. Од нив се вади олово, кое потоа се користи за изработка на нови уреди, а се отстрануваат куќиштата и електролитот што ги полни.

Никој не треба да се потсетува на еколошката штета што може да ја предизвика токсичниот раствор на тешки метали и сулфурна киселина. За нашата техничка цивилизација која брзо се развива, примерот на ќелиите и батериите е модел. Сè поголем проблем не е производството на самиот производ, туку неговото фрлање по употреба. Се надевам дека читателите на списанието „Млад техничар“ со нивниот пример ќе ги инспирираат другите да рециклираат.

Експеримент 1 - литиумска батерија

литиумски клетки тие се користат во калкулаторите и за одржување на напојувањето на BIOS-от на матичните плочи на компјутерите (сл. 4). Да го потврдиме присуството на метален литиум во нив.

Ориз. 4. Ќелија од литиум-манган што се користи за одржување на напојувањето на BIOS-от на матичната плоча на компјутерот.

По расклопувањето на елементот (на пример, обичниот тип CR2032), можеме да ги видиме деталите за структурата (сл. 5): црн компримиран слој од манган диоксид MnO₂, порозна сепараторна електрода импрегнирана со раствор од органски електролит, изолирајќи пластичен прстен и два метални делови што формираат куќиште.

Ориз. 5. Компоненти на литиум-манганска ќелија: 1. Долниот дел од телото со слој од литиум метал (негативна електрода). 2. Сепаратор импрегниран со раствор од органски електролит. 3. Претиснат слој од манган диоксид (позитивна електрода). 4. Пластичен прстен (изолатор на електроди). 5. Горно куќиште (позитивен терминал на електрода).

Помалата (негативната електрода) е покриена со слој од литиум, кој брзо потемнува во воздухот. Елементот се идентификува со тест на пламен. За да го направите ова, земете малку мек метал на крајот од железната жица и вметнете го примерокот во пламенот на горилникот - карминската боја укажува на присуство на литиум (слика 6). Остатоците од метал ги отстрануваме така што ги раствораме во вода.

Ориз. 6. Примерок од литиум во пламен на пламеник.

Ставете метална електрода со слој од литиум во чаша и истурете неколку см³ вода. Во садот се јавува бурна реакција, придружена со ослободување на водороден гас:

Литиум хидроксид е силна основа и лесно можеме да го тестираме со индикаторска хартија.

Искуство 2 - алкална врска

Исечете алкален елемент за еднократна употреба, на пример, тип LR6 („прст“, АА). По отворањето на металната чаша, внатрешната структура е видлива (сл. 7): внатре има лесна маса што формира анода (калиум или натриум хидроксид и цинк прашина), а околу неа темен слој од манган диоксид MnO.₂ со графитна прашина (клеточна катода).

Ориз. 7. Алкална реакција на анодната маса во алкална ќелија. Видлива клеточна структура: лесна маса што формира анодна (KOH + прашина од цинк) и темен манган диоксид со графитна прашина како катода.

Електродите се одделени една од друга со хартиена дијафрагма. Нанесете мала количина на лесна супстанција на тест лентата и намачкајте ја со капка вода. Сината боја ја означува алкалната реакција на анодната паста. Типот на употребениот хидроксид најдобро се потврдува со тест на пламен. Примерок со големина на неколку семки од афион е залепен на железна жица натопена во вода и се става во пламен.

Жолтата боја укажува на употреба на натриум хидроксид од страна на производителот, а розово-виолетова боја укажува на калиум хидроксид. Бидејќи соединенијата на натриум ги контаминираат речиси сите супстанции, а тестот со пламен за овој елемент е исклучително чувствителен, жолтата боја на пламенот може да ги маскира спектралните линии на калиум. Решението е да се погледне пламенот преку сино-виолетовиот филтер, кој може да биде кобалтно стакло или раствор за боја во колбата (индиго или метил виолетова пронајдена во средството за дезинфекција на рани, пиоктан). Филтерот ќе ја апсорбира жолтата боја, што ќе ви овозможи да го потврдите присуството на калиум во примерокот.

Шифри за назначување

За да се олесни идентификацијата на типот на ќелијата, воведен е посебен алфанумерички код. За најчестите типови во нашите домови изгледа: број-буква-буква-број, каде што:

- првата цифра е бројот на ќелии; игнорирани за единечни клетки.

– првата буква го означува типот на ќелијата. Кога отсуствува, тоа е Leclanche цинк-графитна ќелија (анода: цинк, електролит: амониум хлорид, NH₄Cl, цинк хлорид ZnCl₂, катода: манган диоксид MnO₂). Другите типови на клетки се означени на следниов начин (наместо калиум хидроксид се користи и поевтиниот натриум хидроксид):

A, P – цинк-воздушни елементи (анода: цинк, атмосферскиот кислород се редуцира на графитна катода);

B, C, E, F, G - литиумски ќелии (анодна: литиум, но многу супстанции се користат како катоди и електролит);

H – Ni-MH никел-металхидрид батерија (метал хидрид, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd никел-кадмиумска батерија (кадмиум, KOH, NiOOH);

L - алкален елемент (цинк, KOH, MnO₂);

M – живен елемент (цинк, KOH; HgO), повеќе не се користи;

S – сребрен елемент (цинк, КОХ; Аг₂ЗА);

Z - никел-манган елемент (цинк, KOH, NiOOH, MnO₂).

- следната буква го означува обликот на врската:

F - ламеларен;

R - цилиндричен;

S - правоаголна;

P – сегашната ознака на ќелиите со форми различни од цилиндрични.

- конечната бројка или бројки ја означуваат големината на референцата (каталошки вредности или директно давање димензии).

Примери за обележување:

R03
 - ќелија од цинк-графит со големина на мал прст. Друга ознака е ААА или микро.

LR6 - алкална клетка со големина на прст. Друга ознака е АА или минион.

HR14  – Ni-MH батерија, буквата C се користи и за големина.

KR20 – Ni-Cd батерија, чија големина е означена и со буквата D.

3LR12 - рамна батерија со напон од 4,5 V, составена од три алкални ќелии.

6F22 – батерија од 9V; шест индивидуални рамни цинк-графитни ќелии се затворени во правоаголно куќиште.

CR2032 - ќелија на литиум-манган (литиум, органски електролит, MnO₂) со дијаметар од 20 mm и дебелина од 3,2 mm.