Forarbejdning af kemiske energikilder

En almindelig situation i ethvert hjem er, at nyligt købte batterier ikke længere er gode. Eller måske, at passe på miljøet, og på samme tid - om rigdommen af ​​vores pung, vi fik batterier? Efter et stykke tid vil de også nægte at samarbejde. Altså i skraldespanden? Absolut ikke! Ved at vide om de trusler, som celler forårsager i miljøet, vil vi lede efter et samlingspunkt.

samling

Hvad er omfanget af det problem, vi har at gøre med? En rapport fra 2011 fra chefmiljøinspektøren viste, at mere end 400 millioner celler og batterier. Omtrent det samme antal begik selvmord.

Ris. 1. Gennemsnitlig sammensætning af råvarer (brugte celler) fra statslige samlinger.

Så vi skal udvikle os omkring 92 tusinde tons farligt affald indeholdende tungmetaller (kviksølv, cadmium, nikkel, sølv, bly) og en række kemiske forbindelser (kaliumhydroxid, ammoniumchlorid, mangandioxid, svovlsyre) (fig. 1). Når vi smider dem - efter at belægningen er korroderet - forurener de jorden og vandet (fig. 2). Lad os ikke give sådan en "gave" til miljøet, og derfor til os selv. Af dette beløb var 34 % tegnet af specialiserede forarbejdningsvirksomheder. Derfor er der stadig meget at gøre, og det er ikke en trøst, at det ikke kun er i Polen?

Ris. 2. Korroderede cellebelægninger.

Vi har ikke længere en undskyldning for ingen steder at tage hen brugte celler. Hver stikkontakt, der sælger batterier og erstatninger, er forpligtet til at acceptere dem fra os (såvel som gammel elektronik og husholdningsapparater). Også mange butikker og skoler har containere, som vi kan sætte bure i. Så lad os ikke "disclaime" og ikke smide brugte batterier og akkumulatorer i skraldespanden. Med lidt lyst finder vi et samlingspunkt, og selve ledene vejer så lidt, at linket ikke trætter os.

Сортировка

Som med andre genanvendelige materialer, giver den effektive transformation mening efter sortering. Affald fra produktionsanlæg er normalt ensartet i kvalitet, men affald fra offentlige indsamlinger er en blanding af tilgængelige celletyper. Dermed bliver det centrale spørgsmål adskillelse.

I Polen foregår sorteringen manuelt, mens andre europæiske lande allerede har automatiserede sorteringslinjer. De bruger sigter med passende maskestørrelser (hvilket tillader adskillelse af celler af forskellig størrelse) og røntgen (indholdssortering). Sammensætningen af ​​råvarer fra samlinger i Polen er også lidt anderledes.

Indtil for nylig dominerede vores klassiske sure Leclanche-celler. Det er først for nylig, at fordelen ved de mere moderne alkaliske elementer, som erobrede de vestlige markeder for mange år siden, er blevet mærkbar. Under alle omstændigheder står begge typer engangsceller for mere end 90 % af de indsamlede batterier. Resten er knapbatterier (forsyner ure (fig. 3) eller lommeregnere), genopladelige batterier og lithiumbatterier til telefoner og bærbare computere. Årsagen til så lille en andel er den højere pris og længere levetid sammenlignet med engangselementer.

Ris. 3. Sølvled, der bruges til at drive armbåndsure.

Behandling

Efter bruddet er det tid til det vigtigste forarbejdningsstadiet - indvinding af råvarer. For hver type vil de modtagne produkter være lidt forskellige. Imidlertid er behandlingsteknikkerne ens.

mekanisk bearbejdning består i at formale affald i møller. De resulterende fraktioner adskilles ved hjælp af elektromagneter (jern og dets legeringer) og specielle sigtesystemer (andre metaller, plastelementer, papir osv.). I løbet af sommeren metoden ligger i, at det ikke er nødvendigt at omhyggeligt sortere råvarerne før forarbejdning, defekt - en stor mængde ubrugeligt affald, der skal bortskaffes på lossepladser.

Hydrometallurgisk genbrug er opløsning af celler i syrer eller baser. I det næste trin af forarbejdningen renses og adskilles de resulterende opløsninger, for eksempel metalsalte, for at opnå rene elementer. Stor fordel Metoden er kendetegnet ved lavt energiforbrug og en lille mængde affald, der skal bortskaffes. defekt Denne genbrugsmetode kræver omhyggelig sortering af batterierne for at undgå kontaminering af de resulterende produkter.

Termisk behandling består i at fyre cellerne i ovne af passende design. Som et resultat bliver deres oxider smeltet og opnået (råmaterialer til stålværker). I løbet af sommeren Metoden består i muligheden for at bruge usorterede batterier, defekt og – energiforbrug og generering af skadelige forbrændingsprodukter.

Udover genanvendelig Cellerne opbevares på lossepladser efter foreløbig beskyttelse mod indtrængen af ​​deres komponenter i miljøet. Dette er dog kun en halv foranstaltning, der udskyder behovet for at håndtere denne type affald og spild af mange værdifulde råstoffer.

Vi kan også genoprette nogle af næringsstofferne i vores hjemmelaboratorium. Disse er komponenterne i de klassiske Leclanche-elementer - højrent zink fra kopperne, der omgiver elementet, og grafitelektroder. Alternativt kan vi adskille mangandioxiden fra blandingen i blandingen - blot kog den med vand (for at fjerne opløselige urenheder, hovedsageligt ammoniumchlorid) og filtrer. Den uopløselige rest (kontamineret med kulstøv) er velegnet til de fleste reaktioner, der involverer MnO.₂.

Men ikke kun de elementer, der bruges til at drive husholdningsapparater, er genanvendelige. Gamle bilbatterier er også en kilde til råvarer. Bly udvindes fra dem, som derefter bruges til fremstilling af nye apparater, og kasserne og elektrolytten, der fylder dem, bortskaffes.

Ingen behøver at blive mindet om den miljøskade, der kan forårsages af giftige tungmetal- og svovlsyreopløsninger. For vores hastigt udviklende tekniske civilisation er eksemplet med celler og batterier et forbillede. Et stigende problem er ikke produktionen af ​​selve produktet, men dets bortskaffelse efter brug. Jeg håber, at læserne af magasinet "Ung tekniker" vil inspirere andre til at genbruge ved deres eksempel.

Eksperiment 1 - lithium batteri

lithium celler de bruges i lommeregnere og til at opretholde strøm til BIOS på computerbundkort (fig. 4). Lad os bekræfte tilstedeværelsen af ​​metallisk lithium i dem.

Ris. 4. En lithium-mangancelle, der bruges til at opretholde strøm til BIOS'en på et computerbundkort.

Efter adskillelse af elementet (for eksempel den almindelige type CR2032), kan vi se detaljerne i strukturen (fig. 5): sort komprimeret lag af mangandioxid MnO₂, en porøs separatorelektrode imprægneret med en organisk elektrolytopløsning, der isolerer en plastring og to metaldele, der danner et hus.

Ris. 5. Komponenter i en lithium-mangancelle: 1. Den nederste del af kroppen med et lag af lithiummetal (negativ elektrode). 2. Separator imprægneret med en organisk elektrolytopløsning. 3. Presset lag af mangandioxid (positiv elektrode). 4. Plastring (elektrodeisolator). 5. Øvre hus (positiv elektrodeterminal).

Den mindste (den negative elektrode) er dækket af et lag lithium, som hurtigt bliver mørkere i luften. Elementet identificeres ved en flammetest. For at gøre dette skal du tage noget blødt metal på enden af ​​jerntråden og indsætte prøven i brænderens flamme - karminfarven indikerer tilstedeværelsen af ​​lithium (fig. 6). Vi bortskaffer metalrester ved at opløse dem i vand.

Ris. 6. En prøve af lithium i en brænderflamme.

Læg en metalelektrode med et lag lithium i et bægerglas og hæld et par cm³ vand. En voldsom reaktion opstår i beholderen, ledsaget af frigivelse af brintgas:

Lithiumhydroxid er en stærk base, og vi kan nemt teste den med indikatorpapir.

Erfaring 2 - alkalisk binding

Skær et alkalisk engangselement ud, for eksempel type LR6 ("finger", AA). Efter åbning af metalkoppen er den indre struktur synlig (fig. 7): indeni er der en let masse, der danner en anode (kalium- eller natriumhydroxid og zinkstøv), og et mørkt lag af mangandioxid MnO omgiver den.₂ med grafitstøv (cellekatode).

Ris. 7. Alkalisk reaktion af anodemassen i en alkalisk celle. Synlig cellulær struktur: let anode-dannende masse (KOH + zinkstøv) og mørk mangandioxid med grafitstøv som katode.

Elektroderne er adskilt fra hinanden af ​​en papirmembran. Påfør en lille mængde let stof på teststrimlen og fugt den med en dråbe vand. Den blå farve angiver den alkaliske reaktion af anodemassen. Den anvendte type hydroxid verificeres bedst ved en flammetest. En prøve på størrelse med flere valmuefrø limes på en jerntråd gennemvædet i vand og placeres i en brænderflamme.

Gul farve indikerer brugen af ​​natriumhydroxid af producenten, og pink-lilla farve indikerer kaliumhydroxid. Da natriumforbindelser forurener næsten alle stoffer, og flammetesten for dette element er ekstremt følsom, kan den gule farve af flammen maskere spektrallinjerne af kalium. Løsningen er at se på flammen gennem et blåviolet filter, som kan være koboltglas eller en farveopløsning i kolben (indigo eller methylviolet fundet i sårdesinfektionsmidlet, pyoctan). Filteret vil absorbere den gule farve, så du kan bekræfte tilstedeværelsen af ​​kalium i prøven.

Betegnelseskoder

For at lette celletypeidentifikation er der indført en særlig alfanumerisk kode. For de mest almindelige typer i vores hjem ser det ud som: tal-bogstav-bogstav-tal, hvor:

- det første ciffer er antallet af celler; ignoreret for enkeltceller.

– det første bogstav angiver celletypen. Når det er fraværende, er det en Leclanche zink-grafitcelle (anode: zink, elektrolyt: ammoniumchlorid, NH₄Cl, zinkchlorid ZnCl₂, katode: mangandioxid MnO₂). Andre celletyper er mærket som følger (det billigere natriumhydroxid bruges også i stedet for kaliumhydroxid):

A, P – zink-luft-elementer (anode: zink, atmosfærisk oxygen reduceres på en grafitkatode);

B, C, E, F, G - lithiumceller (anode: lithium, men mange stoffer bruges som katoder og elektrolyt);

H – Ni-MH nikkel-metalhydrid-batteri (metalhydrid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikkel-cadmium batteri (cadmium, KOH, NiOOH);

L - alkalisk grundstof (zink, KOH, MnO₂);

M – kviksølvgrundstof (zink, KOH; HgO), anvendes ikke længere;

S – sølvelement (zink, KOH; Ag₂OM);

Z – nikkel-mangan grundstof (zink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- følgende bogstav angiver formen på linket:

F - lamellær;

R - cylindrisk;

S - rektangulær;

P – den nuværende betegnelse af celler med andre former end cylindriske.

– den eller de endelige tal angiver referencens størrelse (katalogværdier eller direkte angivelse af dimensioner).

Markeringseksempler:

R03
 - en zink-grafitcelle på størrelse med en lillefinger. En anden betegnelse er AAA eller mikro.

LR6 - en alkalisk celle på størrelse med en finger. En anden betegnelse er AA eller minion.

HR14  – Ni-MH batteri, bogstavet C bruges også til størrelse.

KR20 – Ni-Cd-batteri, hvis størrelse også er markeret med bogstavet D.

3LR12 - et fladt batteri med en spænding på 4,5 V, bestående af tre alkaliske celler.

6F22 – 9V batteri; seks individuelle plane zink-grafitceller er indesluttet i et rektangulært hus.

CR2032 – lithium-mangancelle (lithium, organisk elektrolyt, MnO₂) med en diameter på 20 mm og en tykkelse på 3,2 mm.