Прерада хемијских извора енергије

Уобичајена ситуација у сваком дому је да недавно купљене батерије више нису добре. Или смо можда, водећи рачуна о животној средини, а уједно – и о богатству нашег новчаника, добили батерије? После неког времена ће и они одбити сарадњу. Па у смеће? Апсолутно не! Знајући за претње које ћелије изазивају у окружењу, тражићемо тачку окупљања.

Колекција

Које су размере проблема са којима се бавимо? Извештај главног инспектора за животну средину из 2011. године указао је да више од 400 милиона ћелија и батерија. Приближно исти број извршио је самоубиство.

Пиринач. 1. Просечан састав сировина (коришћених ћелија) из државних збирки.

Дакле, треба да се развијамо око 92 хиљаде тона опасног отпада који садрже тешке метале (жива, кадмијум, никл, сребро, олово) и низ хемијских једињења (калијум хидроксид, амонијум хлорид, манган диоксид, сумпорна киселина) (сл. 1). Када их бацимо – након што је премаз кородирао – загађују земљиште и воду (сл. 2). Немојмо правити такав „поклон“ околини, а самим тим и себи. Од овог износа, 34% отпада на специјализоване прерађиваче. Дакле, има још много да се уради, а није утеха што није само у Пољској?

Пиринач. 2. Кородирани премази ћелија.

Више немамо изговора да нигде не идемо коришћене ћелије. Свака продавница која продаје батерије и замене је обавезна да их прими од нас (као и стару електронику и кућне апарате). Такође, многе продавнице и школе имају контејнере у које можемо да ставимо кавезе. Дакле, немојмо се „одрицати“ и не бацати коришћене батерије и акумулаторе у смеће. Уз мало жеље, наћи ћемо место окупљања, а саме карике су тако мало тешке да нас карика неће уморити.

Сортировка

Као и код других материјали који се могу рециклирати, ефикасна трансформација има смисла након сортирања. Отпад из индустријских постројења је обично уједначеног квалитета, али отпад из јавних збирки је мешавина доступних типова ћелија. Дакле, кључно питање постаје сегрегација.

У Пољској се сортирање врши ручно, док друге европске земље већ имају аутоматизоване линије за сортирање. Користе сита са одговарајућим величинама ока (омогућава раздвајање ћелија различитих величина) и рендген (сортирање садржаја). Састав сировина из колекција у Пољској је такође мало другачији.

Донедавно су доминирале наше класичне киселе Лецланцхе ћелије. Тек однедавно се уочава предност модернијих алкалних елемената, који су пре много година освојили западна тржишта. У сваком случају, обе врсте ћелија за једнократну употребу чине више од 90% прикупљених батерија. Остало су дугмасте батерије (напајање сатова (слика 3) или калкулатора), пуњиве батерије и литијумске батерије за телефоне и лаптопове. Разлог за тако мали удео је виша цена и дужи век трајања у односу на елементе за једнократну употребу.

Пиринач. 3. Сребрна веза која се користи за напајање ручних сатова.

Прерада

После раскида, време је за оно најважније фаза обраде - опораба сировина. За сваки тип, примљени производи ће се мало разликовати. Међутим, технике обраде су сличне.

механичка обрада састоји се у млевењу отпада у млиновима. Добијене фракције се одвајају помоћу електромагнета (гвожђе и његове легуре) и специјалних система сита (други метали, пластични елементи, папир, итд.). излазак Сунца метода лежи у чињеници да нема потребе пажљиво сортирати сировине пре обраде, defekt - велика количина неупотребљивог отпада који захтева одлагање на депоније.

Хидрометалуршка рециклажа је растварање ћелија у киселинама или базама. У следећој фази обраде, добијени раствори се пречишћавају и одвајају, на пример, металне соли, да би се добили чисти елементи. Велики предност метод карактерише ниска потрошња енергије и мала количина отпада који захтева одлагање. Дефецт Овај метод рециклаже захтева пажљиво сортирање батерија како би се избегла контаминација насталих производа.

Термичка обрада састоји се у печењу ћелија у пећима одговарајућег дизајна. Као резултат, њихови оксиди се топе и добијају (сировине за челичане). излазак Сунца метода се састоји у могућности коришћења несортираних батерија, defekt и – потрошња енергије и стварање штетних продуката сагоревања.

осим рециклабилно Ћелије се складиште на депонијама након прелиминарне заштите од продирања њихових компоненти у животну средину. Међутим, ово је само половична мера, која одлаже потребу за бављењем овом врстом отпада и отпадом многих вредних сировина.

Такође можемо вратити неке од хранљивих материја у нашој кућној лабораторији. Ово су компоненте класичних Лецланцхе елемената - цинк високе чистоће из чашица које окружују елемент и графитне електроде. Алтернативно, можемо одвојити манган диоксид из мешавине у смеши - једноставно је прокувати са водом (да бисте уклонили растворљиве нечистоће, углавном амонијум хлорид) и филтрирајте. Нерастворљиви остатак (контаминиран угљеном прашином) је погодан за већину реакција које укључују МнО.₂.

Али не само да се елементи који се користе за напајање кућних апарата могу рециклирати. Стари аутомобилски акумулатори су такође извор сировина. Из њих се издваја олово које се затим користи у производњи нових уређаја, а кућишта и електролит који их пуни се одлажу.

Никога не треба подсећати на еколошку штету коју може проузроковати токсични раствор тешких метала и сумпорне киселине. За нашу техничку цивилизацију која се брзо развија, пример ћелија и батерија је узор. Све већи проблем није производња самог производа, већ његово одлагање након употребе. Надам се да ће читаоци часописа „Млади техничар” својим примером инспирисати и друге да рециклирају.

Експеримент 1 - литијумска батерија

литијумске ћелије користе се у калкулаторима и за одржавање напајања БИОС матичних плоча рачунара (слика 4). Потврдимо присуство металног литијума у ​​њима.

Пиринач. 4. Литијум-манганска ћелија која се користи за одржавање напајања БИОС-а матичне плоче рачунара.

Након растављања елемента (на пример, уобичајеног типа ЦР2032), можемо видети детаље структуре (слика 5): црни компримовани слој манган-диоксида МнО₂, порозна сепаратор електрода импрегнирана раствором органског електролита, која изолује пластични прстен и два метална дела која формирају кућиште.

Пиринач. 5. Компоненте литијум-манганске ћелије: 1. Доњи део тела са слојем литијум метала (негативна електрода). 2. Сепаратор импрегниран раствором органског електролита. 3. Пресовани слој манган-диоксида (позитивна електрода). 4. Пластични прстен (изолатор електроде). 5. Горње кућиште (клема позитивне електроде).

Мања (негативна електрода) је прекривена слојем литијума, који брзо потамни на ваздуху. Елемент се идентификује тестом пламена. Да бисте то урадили, узмите мало меког метала на крају гвоздене жице и убаците узорак у пламен горионика - боја кармина указује на присуство литијума (слика 6). Остатке метала одлажемо растварањем у води.

Пиринач. 6. Узорак литијума у ​​пламену горионика.

Ставите металну електроду са слојем литијума у ​​чашу и сипајте неколико цм³ вода. У посуди се јавља бурна реакција, праћена ослобађањем гасовитог водоника:

Литијум хидроксид је јака база и лако га можемо тестирати индикаторским папиром.

Искуство 2 - алкална веза

Изрежите алкални елемент за једнократну употребу, на пример, типа ЛР6 („прст“, АА). Након отварања металне чаше, видљива је унутрашња структура (слика 7): унутра је лагана маса која формира аноду (калијум или натријум хидроксид и цинк прах) и тамни слој манган диоксида МнО који га окружује.₂ са графитном прашином (ћелијска катода).

Пиринач. 7. Алкална реакција анодне масе у алкалној ћелији. Видљива ћелијска структура: светла маса која формира аноду (КОХ + цинк прах) и тамни манган диоксид са графитном прашином као катодом.

Електроде су одвојене једна од друге папирном дијафрагмом. Нанесите малу количину светле супстанце на тест траку и навлажите је капљицом воде. Плава боја означава алкалну реакцију анодне масе. Врста употребљеног хидроксида најбоље се потврђује тестом пламена. Узорак величине неколико зрна мака залепи се на гвоздену жицу натопљену водом и стави у пламен горионика.

Жута боја означава употребу натријум хидроксида од стране произвођача, а ружичасто-љубичаста боја означава калијум хидроксид. Пошто једињења натријума контаминирају скоро све супстанце, а пламени тест за овај елемент је изузетно осетљив, жута боја пламена може прикрити спектралне линије калијума. Решење је да се пламен посматра кроз плаво-љубичасти филтер, који може бити кобалтно стакло или раствор боје у боци (индиго или метил љубичаста која се налази у дезинфекционом средству за рану, пиоктан). Филтер ће апсорбовати жуту боју, омогућавајући вам да потврдите присуство калијума у ​​узорку.

Шифре ознака

Да би се олакшала идентификација типа ћелије, уведен је посебан алфанумерички код. За најчешће типове у нашим домовима, то изгледа овако: број-слово-слово-број, где је:

- прва цифра је број ћелија; игнорисано за појединачне ћелије.

– прво слово означава тип ћелије. Када је одсутна, то је Лекланцхова цинк-графитна ћелија (анода: цинк, електролит: амонијум хлорид, НХ₄Цл, цинк хлорид ЗнЦл₂, катода: манган диоксид МнО₂). Остали типови ћелија су означени на следећи начин (јефтинији натријум хидроксид се такође користи уместо калијум хидроксида):

A, P – цинк-ваздушни елементи (анода: цинк, атмосферски кисеоник се редукује на графитној катоди);

B, C, E, F, G - литијумске ћелије (анода: литијум, али многе супстанце се користе као катоде и електролит);

H – Ни-МХ никл-метал хидридна батерија (метал хидрид, КОХ, НиООХ);

K – Ни-Цд никл-кадмијум батерија (кадмијум, КОХ, НиООХ);

L – алкални елемент (цинк, КОХ, МнО₂);

M – елемент живе (цинк, КОХ; ХгО), више се не користи;

S – сребрни елемент (цинк, КОХ; Аг₂О ТОМЕ);

Z – никл-манган елемент (цинк, КОХ, НиООХ, МнО₂).

- следеће слово означава облик везе:

F - ламеларни;

R - цилиндрични;

S - правоугаоне;

P – тренутна ознака ћелија облика који нису цилиндрични.

– коначна слика или бројке означавају величину референце (каталошке вредности или директно давање димензија).

Примери обележавања:

РКСНУМКС
 - цинк-графитна ћелија величине малог прста. Друга ознака је ААА или микро.

ЛРКСНУМКС - алкална ћелија величине прста. Друга ознака је АА или минион.

ХРКСНУМКС  – Ни-МХ батерија, слово Ц се такође користи за величину.

КРКСНУМКС – Ни-Цд батерија, чија је величина такође означена словом Д.

3ЛР12 - равна батерија напона 4,5 В, која се састоји од три алкалне ћелије.

КСНУМКСФКСНУМКС – 9В батерија; шест појединачних равних цинк-графитних ћелија затворено је у правоугаоно кућиште.

ЦРКСНУМКС – литијум-манган ћелија (литијум, органски електролит, МнО₂) пречника 20 мм и дебљине 3,2 мм.