Преработка на химически енергийни източници

Често срещана ситуация във всеки дом е, че наскоро закупените батерии вече не са добри. Или може би, като се грижим за околната среда и в същото време - за богатството на портфейла си, имаме батерии? След известно време те също ще откажат да сътрудничат. Значи в кошчето? Абсолютно не! Знаейки за заплахите, които клетките причиняват в околната среда, ние ще търсим сборна точка.

Колекция

Какъв е мащабът на проблема, с който се занимаваме? Доклад от 2011 г. на главния инспектор по околна среда сочи, че повече от 400 милиона клетки и батерии. Приблизително същия брой са се самоубили.

Ориз. 1. Среден състав на суровини (използвани клетки) от държавни колекции.

Така че трябва да се развиваме около 92 хил. тона опасни отпадъци съдържащи тежки метали (живак, кадмий, никел, сребро, олово) и редица химични съединения (калиев хидроксид, амониев хлорид, манганов диоксид, сярна киселина) (фиг. 1). Когато ги изхвърлим – след като покритието е корозирало – те замърсяват почвата и водата (фиг. 2). Нека не правим такъв „подарък“ на околната среда, а оттам и на себе си. От тази сума 34% се падат на специализирани процесори. Следователно има още много да се направи и не е утеха, че не е само в Полша?

Ориз. 2. Корозирали клетъчни покрития.

Вече нямаме извинение да няма къде да отидем използвани клетки. Всеки търговски обект, който продава батерии и сменяеми устройства, е длъжен да ги приеме от нас (както и стара електроника и домакински уреди). Също така много магазини и училища имат контейнери, в които можем да поставим клетки. Така че нека не се „отказваме“ и да не изхвърляме използвани батерии и акумулатори в кошчето. С малко желание ще намерим сборен пункт, а самите връзки тежат толкова малко, че връзката няма да ни измори.

сортиране

Както при другите рециклируеми материали, ефективната трансформация има смисъл след сортиране. Отпадъците от промишлени предприятия обикновено са с еднородно качество, но отпадъците от обществените колекции са смес от налични типове клетки. Така ключовият въпрос става сегрегация.

В Полша сортирането се извършва ръчно, докато други европейски страни вече имат автоматизирани линии за сортиране. Те използват сита с подходящи размери на отворите (позволяващи разделяне на клетки с различни размери) и рентгеново (сортиране на съдържанието). Съставът на суровините от колекции в Полша също е малко по-различен.

Доскоро нашите класически киселинни клетки Leclanche доминираха. Едва наскоро се забелязва предимството на по-модерните алкални елементи, които завладяха западните пазари преди много години. Във всеки случай и двата вида клетки за еднократна употреба представляват повече от 90% от събраните батерии. Останалото са бутонни батерии (захранващи часовници (фиг. 3) или калкулатори), акумулаторни батерии и литиеви батерии за телефони и лаптопи. Причината за толкова малък дял е по-високата цена и по-дългият експлоатационен живот в сравнение с елементите за еднократна употреба.

Ориз. 3. Сребърна връзка, използвана за захранване на ръчни часовници.

Обработване

След раздялата идва време за най-важното етап на обработка - възстановяване на суровини. За всеки тип получените продукти ще бъдат малко по-различни. Техниките на обработка обаче са подобни.

механична обработка се състои в смилане на отпадъци в мелници. Получените фракции се разделят с помощта на електромагнити (желязо и неговите сплави) и специални ситови системи (други метали, пластмасови елементи, хартия и др.). Изгрев методът се крие във факта, че не е необходимо внимателно сортиране на суровините преди обработка, дефект - голямо количество неизползваеми отпадъци, които изискват депониране на сметища.

Хидрометалургично рециклиране е разтварянето на клетките в киселини или основи. На следващия етап от обработката получените разтвори се пречистват и отделят, например, метални соли, за да се получат чисти елементи. Голям предимство методът се характеризира с ниска консумация на енергия и малко количество отпадъци, изискващи изхвърляне. дефект Този метод на рециклиране изисква внимателно сортиране на батериите, за да се избегне замърсяване на получените продукти.

Термична обработка се състои в изпичане на клетките в пещи с подходящ дизайн. В резултат на това техните оксиди се стопяват и се получават (суровини за стоманодобивните заводи). Изгрев методът се състои във възможността за използване на несортирани батерии, дефект и – потребление на енергия и генериране на вредни продукти от горенето.

Освен това рециклируеми Клетките се съхраняват в депа след предварителна защита срещу навлизане на компонентите им в околната среда. Това обаче е само половин мярка, отлагаща необходимостта от справяне с този вид отпадъци и отпадъците от много ценни суровини.

Можем също да възстановим някои от хранителните вещества в нашата домашна лаборатория. Това са компонентите на класическите елементи Leclanche - цинк с висока чистота от чашите, обграждащи елемента, и графитни електроди. Като алтернатива можем да отделим мангановия диоксид от сместа в сместа - просто го сварете с вода (за да отстраните разтворимите примеси, главно амониев хлорид) и филтрирайте. Неразтворимият остатък (замърсен с въглищен прах) е подходящ за повечето реакции, включващи MnO.₂.

Но не само елементите, използвани за захранване на домакински уреди, се рециклират. Старите автомобилни акумулатори също са източник на суровини. От тях се извлича олово, което след това се използва при производството на нови устройства, а корпусите и електролита, които ги пълнят, се изхвърлят.

Никой не трябва да се напомня за щетите за околната среда, които могат да бъдат причинени от токсични тежки метали и разтвор на сярна киселина. За нашата бързо развиваща се техническа цивилизация примерът с клетките и батериите е модел. Все по-голям проблем е не производството на самия продукт, а изхвърлянето му след употреба. Надявам се, че читателите на сп. Млад техник ще вдъхновят и други да рециклират със своя пример.

Експеримент 1 - литиева батерия

литиеви клетки те се използват в калкулатори и за поддържане на захранване на BIOS на компютърни дънни платки (фиг. 4). Нека потвърдим наличието на метален литий в тях.

Ориз. 4. Литиево-манганова клетка, използвана за поддържане на захранване на BIOS на дънна платка на компютъра.

След разглобяването на елемента (например обикновения тип CR2032), можем да видим детайлите на конструкцията (фиг. 5): черен компресиран слой от манганов диоксид MnO₂, порест сепараторен електрод, импрегниран с разтвор на органичен електролит, изолиращ пластмасов пръстен и две метални части, образуващи корпус.

Ориз. 5. Компоненти на литиево-манганова клетка: 1. Долната част на тялото със слой от метален литий (отрицателен електрод). 2. Сепаратор, импрегниран с разтвор на органичен електролит. 3. Пресован слой манганов диоксид (положителен електрод). 4. Пластмасов пръстен (електроден изолатор). 5. Горен корпус (извод за положителен електрод).

По-малкият (отрицателният електрод) е покрит със слой литий, който бързо потъмнява във въздуха. Елементът се идентифицира чрез тест с пламък. За да направите това, вземете малко мек метал от края на желязната тел и поставете пробата в пламъка на горелката - карминовият цвят показва наличието на литий (фиг. 6). Ние изхвърляме остатъците от метал, като ги разтваряме във вода.

Ориз. 6. Проба от литий в пламък на горелка.

Поставете метален електрод със слой литий в чаша и изсипете няколко cm³ вода. В съда възниква бурна реакция, придружена от отделяне на водороден газ:

Литиевият хидроксид е силна основа и лесно можем да го тестваме с индикаторна хартия.

Опит 2 - алкална връзка

Изрежете алкален елемент за еднократна употреба, например тип LR6 („пръст“, AA). След отваряне на металната чаша се вижда вътрешната структура (фиг. 7): вътре има светла маса, образуваща анод (калиев или натриев хидроксид и цинков прах), и тъмен слой от манганов диоксид MnO около него.₂ с графитен прах (клетъчен катод).

Ориз. 7. Алкална реакция на анодната маса в алкална клетка. Видима клетъчна структура: светла анодобразуваща маса (KOH + цинков прах) и тъмен манганов диоксид с графитен прах като катод.

Електродите са разделени един от друг с хартиена диафрагма. Нанесете малко количество лека субстанция върху тест лентата и я навлажнете с капка вода. Синият цвят показва алкалната реакция на анодната маса. Видът на използвания хидроксид се проверява най-добре чрез пламък. Проба с големината на няколко макови семена се залепва върху желязна тел, напоена с вода и се поставя в пламък на горелка.

Жълтият цвят показва използването на натриев хидроксид от производителя, а розово-лилавият цвят показва калиев хидроксид. Тъй като натриевите съединения замърсяват почти всички вещества, а пламъчният тест за този елемент е изключително чувствителен, жълтият цвят на пламъка може да маскира спектралните линии на калия. Решението е да погледнете пламъка през синьо-виолетов филтър, който може да бъде кобалтово стъкло или разтвор на багрило в колбата (индиго или метилвиолетово, намиращо се в дезинфектанта за раната, пиоктан). Филтърът ще абсорбира жълтия цвят, което ви позволява да потвърдите наличието на калий в пробата.

Кодове за обозначение

За да се улесни идентифицирането на типа клетка, е въведен специален буквено-цифров код. За най-често срещаните типове в нашите домове изглежда така: число-буква-буква-номер, където:

- първата цифра е броят на клетките; игнорира се за единични клетки.

– първата буква показва типа клетка. Когато липсва, това е цинково-графитна клетка Leclanche (анод: цинк, електролит: амониев хлорид, NH₄Cl, цинков хлорид ZnCl₂, катод: манганов диоксид MnO₂). Други типове клетки са обозначени, както следва (по-евтиният натриев хидроксид също се използва вместо калиев хидроксид):

A, P – елементи цинк-въздух (анод: цинк, атмосферният кислород се редуцира върху графитен катод);

B, C, E, F, G - литиеви клетки (анод: литий, но много вещества се използват като катоди и електролит);

H – Ni-MH никел-метал хидридна батерия (метален хидрид, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd никел-кадмиева батерия (кадмиев, KOH, NiOOH);

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

M – живачен елемент (цинк, KOH; HgO), вече не се използва;

S – сребърен елемент (цинк, KOH; Ag₂ОТНОСНО);

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

- следната буква показва формата на връзката:

F - ламелни;

R - цилиндрични;

S - правоъгълна;

P – текущото обозначение на клетки с форма, различна от цилиндрична.

– крайната цифра или цифри показват размера на справката (каталожни стойности или директно даващи размери).

Примери за маркиране:

R03
 - цинково-графитна клетка с размер на малък пръст. Друго обозначение е AAA или микро.

LR6 - алкална клетка с размер на пръст. Друго обозначение е АА или миньон.

HR14  – Ni-MH батерия, буквата C също се използва за размер.

KR20 – Ni-Cd батерия, чийто размер също е отбелязан с буквата D.

3LR12 - плоска батерия с напрежение 4,5 V, състояща се от три алкални клетки.

6F22 – 9V батерия; шест отделни равнинни цинк-графитни клетки са затворени в правоъгълен корпус.

CR2032 – литиево-манганова клетка (литий, органичен електролит, MnO₂) с диаметър 20 мм и дебелина 3,2 мм.