Bearbetning av kemiska energikällor

En vanlig situation i alla hem är att nyinköpta batterier inte längre är bra. Eller kanske, ta hand om miljön, och samtidigt - om rikedomen i vår plånbok, vi fick batterier? Efter ett tag kommer de också att vägra att samarbeta. Så i papperskorgen? Absolut inte! När vi vet om de hot som celler orsakar i miljön kommer vi att leta efter en samlingspunkt.

Insamling

Vilken omfattning av problem har vi att göra med? I 2011 års chefsmiljöinspektörs rapport konstaterades att mer än 400 miljoner celler och batterier. Ungefär lika många begick självmord.

Ris. 1. Genomsnittlig sammansättning av råvaror (använda celler) från statliga samlingar.

Så vi måste utvecklas cirka 92 tusen ton farligt avfall innehållande tungmetaller (kvicksilver, kadmium, nickel, silver, bly) och ett antal kemiska föreningar (kaliumhydroxid, ammoniumklorid, mangandioxid, svavelsyra) (Fig. 1). När vi slänger dem - efter att beläggningen har korroderat - förorenar de marken och vattnet (Fig. 2). Låt oss inte ge en sådan "gåva" till miljön, och därför till oss själva. Av detta belopp stod 34 % för specialiserade processorer. Därför finns det fortfarande mycket kvar att göra, och det är inte en tröst att det inte bara är i Polen?

Ris. 2. Korroderade cellbeläggningar.

Vi har inte längre ursäkten att det inte finns någonstans att ta vägen använda celler. Varje återförsäljare som säljer batterier och deras ersättningar måste acceptera dem från oss (liksom gammal elektronik och hushållsapparater). Dessutom har många butiker och skolor behållare som vi kan placera burarna i. Så låt oss inte hitta på ursäkter och slänga använda batterier och ackumulatorer i papperskorgen. Med lite lust hittar vi en insamlingsplats, och själva länkarna väger så lite att länken inte kommer att trötta ut oss.

Сортировка

Som med andra återvinningsbart material, effektiv konvertering är vettig efter sortering. Avfall från tillverkningsanläggningar är i allmänhet enhetlig i kvalitet, men avfall från offentliga insamlingar är en blandning av tillgängliga celltyper. Så nyckelfrågan blir segregation.

I Polen sker sorteringen manuellt, men andra europeiska länder har redan automatiserade sorteringslinjer. De använder siktar med lämpliga maskstorlekar (vilket tillåter separation av celler av olika storlekar) och röntgen (innehållssortering). Sammansättningen av råvaror från samlingar i Polen är också något annorlunda.

Tills nyligen dominerade våra klassiska sura Leclanche-celler. Först nyligen har fördelen med de mer moderna alkaliska cellerna, som erövrade västerländska marknader för många år sedan, blivit märkbar. Båda typerna av engångsceller står i alla fall för mer än 90 % av de insamlade batterierna. Resten är knappbatterier (som driver klockor (fig. 3) eller miniräknare), laddningsbara batterier och litiumbatterier för telefoner och bärbara datorer. Anledningen till denna lilla andel är det högre priset och längre livslängd jämfört med engångselement.

Ris. 3. Silverlänk som används för att driva armbandsur.

Bearbetning

Efter uppbrottet är det dags för det viktigaste bearbetningsstadiet - Återvinning av råvaror. För varje typ kommer de mottagna produkterna att vara något annorlunda. Emellertid är bearbetningsteknikerna likartade.

Mekanisk återvinning består av malningsavfall i kvarnar. De resulterande fraktionerna separeras med hjälp av elektromagneter (järn och dess legeringar) och speciella siktsystem (andra metaller, plastelement, papper, etc.). Under sommaren Metoden är att det inte finns något behov av att noggrant sortera råvaror före bearbetning, defekt - en stor mängd oanvändbart avfall som måste deponeras.

Hydrometallurgisk återvinning består av att lösa upp celler i syror eller baser. I nästa steg av bearbetningen renas och separeras de resulterande lösningarna, till exempel metallsalter, för att erhålla rena element. Stor fördel Metoden kännetecknas av låg energiförbrukning och en liten mängd avfall som kräver omhändertagande. defekt Denna återvinningsmetod kräver noggrann sortering av batterier för att undvika kontaminering av de resulterande produkterna.

Termisk bearbetning består av eldning av cellerna i ugnar av lämplig design. Som ett resultat smälter deras oxider och erhålls (råvaror för stålverk). Under sommaren Metoden består i möjligheten att använda osorterade batterier, defekt och – energiförbrukning och generering av skadliga förbränningsprodukter.

Förutom återvinningsbart Cellerna förvaras på deponier efter preliminärt skydd mot utsläpp av deras komponenter i miljön. Detta är dock bara en halv åtgärd som skjuter upp behovet av att bekämpa denna typ av avfall och slöseri med många värdefulla råvaror.

Vi kan också återställa en del av näringsämnena i vårt hemlabb. Dessa är komponenterna i de klassiska Leclanche-elementen - högrent zink från kopparna som omger elementet och grafitelektroder. Alternativt kan vi separera mangandioxiden från blandningen i blandningen - helt enkelt koka den med vatten (för att ta bort lösliga föroreningar, främst ammoniumklorid) och filtrera. Den olösliga återstoden (förorenad med koldamm) är lämplig för de flesta reaktioner som involverar MnO.₂.

Men inte bara de element som används för att driva hushållsapparater är återvinningsbara. Gamla bilbatterier är också en källa till råvaror. Bly utvinns från dem, som sedan används vid tillverkning av nya apparater, och höljena och elektrolyten som fyller dem kasseras.

Ingen behöver påminnas om de miljöskador som kan orsakas av giftiga tungmetall- och svavelsyralösningar. För vår snabbt utvecklande tekniska civilisation är exemplet med celler och batterier en förebild. Det växande problemet är inte produktionen av själva produkten, utan dess bortskaffande efter användning. Jag hoppas att läsarna av tidningen Young Technician genom sitt exempel kommer att inspirera andra att återvinna.

Experiment 1 - litiumbatteri

litiumceller de används i miniräknare och för att upprätthålla strömmen till BIOS på datormoderkort (Fig. 4). Låt oss bekräfta närvaron av litiummetall i dem.

Ris. 4. Litiummangancell som används för att upprätthålla strömmen till BIOS på datorns moderkort.

Efter demontering av elementet (till exempel den vanliga typen CR2032) kan vi se detaljerna i strukturen (Fig. 5): ett svart komprimerat lager av mangandioxid MnO₂, en porös separatorelektrod impregnerad med en organisk elektrolytlösning, isolerande en plastring och två metalldelar som bildar höljet.

Ris. 5. Komponenter i en litiummangancell: 1. Den nedre delen av kroppen med ett lager av litiummetall (negativ elektrod). 2. Separator impregnerad med en organisk elektrolytlösning. 3. Pressat lager av mangandioxid (positiv elektrod). 4. Plastring (elektrodisolator). 5. Övre hölje (positiv elektrodterminal).

Den mindre (den negativa elektroden) är täckt med ett lager litium, som snabbt mörknar i luften. Elementet identifieras genom ett flamtest. För att göra detta, ta lite mjuk metall på änden av järntråden och sätt in provet i brännarlågan - karminfärgen indikerar närvaron av litium (fig. 6). Vi gör av med metallrester genom att lösa dem i vatten.

Ris. 6. Prov av litium i en brännarlåga.

Placera en metallelektrod med ett lager litium i en bägare och häll några cm³ vatten. En våldsam reaktion inträffar i kärlet, åtföljd av utsläpp av vätgas:

Litiumhydroxid är en stark bas och vi kan enkelt testa den med hjälp av indikatorpapper.

Erfarenhet 2 - alkalisk bindning

Klipp ut ett alkaliskt engångselement, till exempel typ LR6 ("finger", AA). Efter att metallkoppen har öppnats är den inre strukturen synlig (fig. 7): inuti finns en lätt massa som bildar en anod (kalium- eller natriumhydroxid och zinkdamm), och ett mörkt lager av mangandioxid MnO som omger den.₂ med grafitdamm (cellkatod).

Ris. 7. Alkalisk reaktion av anodmassan i en alkalisk cell. Synlig cellstruktur: lätt anodbildande massa (KOH + zinkdamm) och mörk mangandioxid med grafitdamm som katod.

Elektroderna är separerade från varandra med ett pappersmembran. Applicera lite lätt substans på teststickan och fukta den med en droppe vatten. Den blå färgen indikerar en alkalisk reaktion av anodmassan. Vilken typ av hydroxid som används kontrolleras bäst med ett flamtest. Ett prov av storleken på flera vallmofrön limmas på en järntråd fuktad med vatten och placeras i en brännares låga.

Gul färg indikerar användningen av natriumhydroxid av tillverkaren, och rosa-lila färg indikerar kaliumhydroxid. Eftersom natriumföreningar förorenar nästan alla ämnen, och flamtestet för detta element är extremt känsligt, kan den gula färgen på lågan maskera spektrallinjerna av kalium. Lösningen är att titta på lågan genom ett blåviolett filter, som kan vara koboltglas eller en färglösning i kolven (indigo eller metylviol som finns i sårdesinfektionsmedlet, pyoktan). Filtret kommer att absorbera den gula färgen, vilket gör att du kan bekräfta närvaron av kalium i provet.

Beteckningskoder

För att underlätta identifiering av celltyp har en speciell alfanumerisk kod införts. För de vanligaste typerna i våra hem har den formen: siffra-bokstav-bokstav-siffra, där:

- den första siffran är antalet celler; ignoreras för enstaka celler.

– den första bokstaven anger celltypen. När den saknas är den en Leclanche zink-grafitcell (anod: zink, elektrolyt: ammoniumklorid, NH₄Cl, zinkklorid ZnCl₂, katod: mangandioxid MnO₂). Andra celltyper är märkta enligt följande (den billigare natriumhydroxiden används också istället för kaliumhydroxid):

A, P – zink-luftelement (anod: zink, atmosfäriskt syre reduceras på en grafitkatod);

B, C, E, F, G - litiumceller (anod: litium, men många ämnen används som katoder och elektrolyt);

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

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

L – alkaliskt grundämne (zink, KOH, MnO₂);

M – kvicksilverelement (zink, KOH; HgO), används inte längre;

S – silverelement (zink, KOH; Ag₂PÅ);

Z – nickel-mangan element (zink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- följande bokstav anger formen på länken:

F - lamellär;

R - cylindrisk;

S - rektangulär;

P – Den nuvarande beteckningen på celler med andra former än cylindriska.

– den slutliga siffran eller siffrorna anger storleken på referensen (katalogvärden eller direkt anger mått).

Markeringsexempel:

R03
 - en zink-grafitcell på storleken av ett lillfinger. En annan beteckning är AAA eller micro.

LR6 - en alkalisk cell lika stor som ett finger. En annan beteckning är AA eller minion.

HR14  – Ni-MH-batteri, bokstaven C används också för storlek.

KR20 – Ni-Cd-batteri, vars storlek också är märkt med bokstaven D.

3LR12 - ett tomt batteri med en spänning på 4,5 V, bestående av tre alkaliska celler.

6F22 – 9V batteri; sex individuella plana zink-grafitceller är inneslutna i ett rektangulärt hölje.

CR2032 – litium-mangancell (litium, organisk elektrolyt, MnO₂) med en diameter på 20 mm och en tjocklek på 3,2 mm.