Cheminių energijos šaltinių perdirbimas

Dažna situacija kiekvienuose namuose – neseniai įsigytos baterijos nebetinka. O gal, rūpindamiesi aplinka, o tuo pačiu – apie savo piniginės turtus, gavome baterijas? Po kurio laiko jie taip pat atsisakys bendradarbiauti. Taigi į šiukšliadėžę? Visiškai ne! Žinodami apie grėsmes, kurias aplinkoje sukelia ląstelės, ieškosime susibūrimo taško.

Kolekcija

Kokio masto problema, su kuria susiduriame? Vyriausiojo aplinkos apsaugos inspektoriaus 2011 m 400 milijonų elementų ir baterijų. Maždaug tiek pat nusižudė.

Ryžiai. 1. Vidutinė žaliavų (panaudotų ląstelių) sudėtis iš valstybinių kolekcijų.

Taigi turime tobulėti t pavojingų atliekų apie 92 tūkst turinčių sunkiųjų metalų (gyvsidabrio, kadmio, nikelio, sidabro, švino) ir nemažai cheminių junginių (kalio hidroksido, amonio chlorido, mangano dioksido, sieros rūgšties) (1 pav.). Kai juos išmetame – dangai surūdijus – jie teršia dirvą ir vandenį (2 pav.). Nedarykime tokios „dovanos“ aplinkai, taigi ir sau. Iš šios sumos 34% teko specializuotiems perdirbėjams. Vadinasi, dar daug ką reikia nuveikti, ir nesiguodžia, kad tai ne tik Lenkijoje?

Ryžiai. 2. Surūdijusios ląstelių dangos.

Nebeturime dingsties niekur eiti panaudotos ląstelės. Kiekvienas prekybos centras, kuriame prekiaujama baterijomis ir jų pakaitalais, privalo juos priimti iš mūsų (taip pat ir seną elektroniką bei buitinę techniką). Taip pat daugelyje parduotuvių ir mokyklų yra konteineriai, į kuriuos galime įdėti narvus. Tad „neatsižadėkime“ ir neišmeskime panaudotų baterijų bei akumuliatorių į šiukšlių dėžę. Šiek tiek noro rasime ralio tašką, o pačios nuorodos sveria tiek mažai, kad nuoroda mūsų nenuvargins.

Rūšiuoti

Kaip ir su kitais perdirbamos medžiagos, efektyvi transformacija yra prasminga po rūšiavimo. Pramoninių įmonių atliekos paprastai yra vienodos kokybės, tačiau viešųjų kolekcijų atliekos yra įvairių tipų elementų mišinys. Taigi, pagrindinis klausimas tampa segregacija.

Lenkijoje rūšiavimas vyksta rankiniu būdu, kitose Europos šalyse jau yra automatizuotos rūšiavimo linijos. Jie naudoja atitinkamo tinklinio akučių dydžio sietus (leisti skirtingų dydžių ląstelių atskyrimas) ir rentgeno (turinio rūšiavimas). Žaliavų iš kolekcijų Lenkijoje sudėtis taip pat šiek tiek skiriasi.

Dar visai neseniai dominavo mūsų klasikinės rūgštinės Leclanche ląstelės. Tik neseniai išryškėjo modernesnių šarminių elementų, prieš daugelį metų užkariavusių Vakarų rinkas, pranašumas. Bet kuriuo atveju abiejų tipų vienkartiniai elementai sudaro daugiau nei 90% surinktų baterijų. Likusi dalis – mygtukų baterijos (maitinantys laikrodžius (3 pav.) arba skaičiuotuvai), įkraunamos baterijos ir ličio baterijos telefonams ir nešiojamiesiems kompiuteriams. Tokios mažos dalies priežastis – didesnė kaina ir ilgesnis tarnavimo laikas, lyginant su vienkartiniais elementais.

Ryžiai. 3. Sidabrinė jungtis, naudojama rankiniams laikrodžiams maitinti.

apdorojimas

Po išsiskyrimo ateina laikas svarbiausiems dalykams apdorojimo stadija - žaliavų atgavimas. Kiekvienai rūšiai gaunami produktai šiek tiek skirsis. Tačiau apdorojimo būdai yra panašūs.

mechaninis apdorojimas susideda iš atliekų malimo malūnuose. Gautos frakcijos atskiriamos naudojant elektromagnetus (geležis ir jos lydiniai) ir specialias sietų sistemas (kiti metalai, plastikiniai elementai, popierius ir kt.). Zaleto metodas slypi tame, kad prieš perdirbant nereikia kruopščiai rūšiuoti žaliavų, defektas - didelis kiekis netinkamų naudoti atliekų, kurias reikia šalinti sąvartynuose.

Hidrometalurginis perdirbimas yra ląstelių ištirpimas rūgštyse arba bazėse. Kitame apdorojimo etape gauti tirpalai išgryninami ir atskiriami, pavyzdžiui, metalų druskos, kad būtų gauti gryni elementai. Didelis pranašumas metodas pasižymi mažu energijos suvartojimu ir nedideliu atliekų kiekiu, kurį reikia šalinti. Defektas Šis perdirbimo būdas reikalauja kruopštaus akumuliatorių rūšiavimo, kad būtų išvengta gaunamų produktų užteršimo.

Terminis apdorojimas susideda iš elementų kūrenimo tinkamos konstrukcijos krosnyse. Dėl to jų oksidai išlydomi ir gaunami (žaliavos plieno gamykloms). Zaleto metodas apima galimybę naudoti nerūšiuotas baterijas, defektas ir – energijos suvartojimas ir kenksmingų degimo produktų susidarymas.

Be to perdirbamos Ląstelės saugomos sąvartynuose po išankstinės apsaugos nuo jų komponentų patekimo į aplinką. Tačiau tai tik pusė priemonės, atidedanti būtinybę tvarkytis su tokio tipo atliekomis ir daugelio vertingų žaliavų atliekomis.

Taip pat galime atkurti kai kurias maistines medžiagas savo namų laboratorijoje. Tai klasikinių Leclanche elementų komponentai – didelio grynumo cinkas iš elementą supančių taurelių ir grafito elektrodai. Arba mes galime atskirti mangano dioksidą nuo mišinio mišinyje – tiesiog užvirinkite jį vandeniu (kad pašalintumėte tirpias priemaišas, daugiausia amonio chloridą) ir filtruokite. Netirpios liekanos (užterštos anglies dulkėmis) tinka daugumai reakcijų, susijusių su MnO.₂.

Tačiau ne tik elementai, naudojami buitiniams prietaisams maitinti, yra perdirbami. Seni automobilių akumuliatoriai taip pat yra žaliavų šaltinis. Iš jų išgaunamas švinas, kuris vėliau naudojamas naujų prietaisų gamyboje, o dėklai ir juos užpildantis elektrolitas utilizuojami.

Niekam nereikia priminti apie žalą aplinkai, kurią gali sukelti toksiškas sunkiųjų metalų ir sieros rūgšties tirpalas. Mūsų sparčiai besivystančiai techninei civilizacijai elementų ir baterijų pavyzdys yra pavyzdys. Didėjanti problema – ne paties gaminio gamyba, o jo išmetimas po panaudojimo. Tikiuosi, kad žurnalo „Jaunasis technikas“ skaitytojai savo pavyzdžiu įkvėps ir kitus perdirbti.

1 eksperimentas – ličio baterija

ličio ląstelės jie naudojami skaičiuotuvuose ir kompiuterių pagrindinių plokščių BIOS maitinimui palaikyti (4 pav.). Patvirtinkime, ar juose yra metalinio ličio.

Ryžiai. 4. Ličio-mangano elementas, naudojamas kompiuterio pagrindinės plokštės BIOS maitinimui palaikyti.

Išardę elementą (pavyzdžiui, įprastas tipas CR2032), matome konstrukcijos detales (5 pav.): juodas suspaustas mangano dioksido MnO sluoksnis.₂, akytas separatoriaus elektrodas, impregnuotas organinio elektrolito tirpalu, izoliuojantis plastikinį žiedą ir dvi metalines dalis, sudarančius korpusą.

Ryžiai. 5. Ličio-mangano elemento komponentai: 1. Apatinė kūno dalis su ličio metalo sluoksniu (neigiamas elektrodas). 2. Separatorius, impregnuotas organinio elektrolito tirpalu. 3. Presuotas mangano dioksido sluoksnis (teigiamas elektrodas). 4. Plastikinis žiedas (elektrodo izoliatorius). 5. Viršutinis korpusas (teigiamas elektrodo gnybtas).

Mažesnis (neigiamas elektrodas) yra padengtas ličio sluoksniu, kuris greitai patamsėja ore. Elementas identifikuojamas liepsnos bandymu. Norėdami tai padaryti, paimkite šiek tiek minkšto metalo ant geležinės vielos galo ir įdėkite mėginį į degiklio liepsną – karmino spalva rodo, kad yra ličio (6 pav.). Metalo likučius šaliname ištirpindami vandenyje.

Ryžiai. 6. Ličio mėginys degiklio liepsnoje.

Į stiklinę įdėkite metalinį elektrodą su ličio sluoksniu ir užpilkite kelis cm³ vandens. Inde įvyksta smarki reakcija, kurią lydi vandenilio dujų išsiskyrimas:

Ličio hidroksidas yra stipri bazė, kurią galime lengvai išbandyti su indikatoriniu popieriumi.

2 patirtis – šarminis ryšys

Iškirpkite vienkartinį šarminį elementą, pavyzdžiui, LR6 tipo („pirštas“, AA). Atidarius metalinį puodelį, matosi vidinė struktūra (7 pav.): viduje yra lengva masė, formuojanti anodą (kalio arba natrio hidroksido ir cinko dulkės), o jį supantis tamsus mangano dioksido MnO sluoksnis.₂ su grafito dulkėmis (ląstelių katodu).

Ryžiai. 7. Anodo masės šarminė reakcija šarminėje ląstelėje. Matoma ląstelinė struktūra: šviesioji anodą formuojanti masė (KOH + cinko dulkės) ir tamsus mangano dioksidas su grafito dulkėmis kaip katodas.

Elektrodai vienas nuo kito atskirti popierine diafragma. Ant bandymo juostelės užtepkite nedidelį kiekį lengvos medžiagos ir sudrėkinkite vandens lašeliu. Mėlyna spalva rodo šarminę anodo pastos reakciją. Naudojamo hidroksido tipą geriausia patikrinti liepsnos bandymu. Kelių aguonų dydžio mėginys klijuojamas ant geležinės vielos, pamirkytos vandenyje ir dedamas į degiklio liepsną.

Geltona spalva rodo, kad gamintojas naudoja natrio hidroksidą, o rausvai violetinė – kalio hidroksidą. Kadangi natrio junginiai užteršia beveik visas medžiagas, o liepsnos testas šiam elementui yra itin jautrus, geltona liepsnos spalva gali užmaskuoti kalio spektrines linijas. Išeitis – žiūrėti į liepsną per mėlynai violetinį filtrą, kuris gali būti kobalto stiklas arba dažų tirpalas kolboje (indigo arba metilo violetinė, randama žaizdų dezinfekavimo priemonėje, pioktane). Filtras sugers geltoną spalvą, leisdamas patvirtinti, kad mėginyje yra kalio.

Pavadinimo kodai

Siekiant palengvinti ląstelių tipo identifikavimą, buvo įvestas specialus raidinis ir skaitmeninis kodas. Mūsų namuose dažniausiai pasitaikantys tipai atrodo taip: skaičius-raidė-raidė-skaičius, kur:

- pirmasis skaitmuo yra langelių skaičius; nepaisoma pavienių langelių.

– pirmoji raidė nurodo langelio tipą. Jei jo nėra, tai yra Leclanche cinko-grafito elementas (anodas: cinkas, elektrolitas: amonio chloridas, NH₄Cl, cinko chloridas ZnCl₂, katodas: mangano dioksidas MnO₂). Kiti ląstelių tipai žymimi taip (vietoj kalio hidroksido taip pat naudojamas pigesnis natrio hidroksidas):

A, P – cinko-oro elementai (anodas: cinkas, atmosferos deguonis redukuojamas ant grafito katodo);

B, C, E, F, G - ličio elementai (anodas: litis, tačiau daugelis medžiagų naudojami kaip katodai ir elektrolitas);

H – Ni-MH nikelio-metalo hidrido akumuliatorius (metalo hidridas, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikelio-kadmio baterija (kadmis, KOH, NiOOH);

L – šarminis elementas (cinkas, KOH, MnO₂);

M – gyvsidabrio elementas (cinkas, KOH; HgO), nebenaudojamas;

S – sidabro elementas (cinkas, KOH; Ag₂APIE);

Z – nikelio-mangano elementas (cinkas, KOH, NiOOH, MnO₂).

- ši raidė nurodo nuorodos formą:

F - lamelinis;

R - cilindrinis;

S - stačiakampis;

P – dabartinis kitokios nei cilindrinės formos langelių žymėjimas.

– galutinis skaičius ar skaičiai nurodo nuorodos dydį (katalogo vertės arba tiesiogiai nurodantys matmenis).

Žymėjimo pavyzdžiai:

R03
 - mažojo piršto dydžio cinko-grafito ląstelė. Kitas pavadinimas yra AAA arba mikro.

LR6 - piršto dydžio šarminė ląstelė. Kitas pavadinimas yra AA arba minionas.

HR14  – Ni-MH baterija, dydžiui naudojama ir raidė C.

KR20 – Ni-Cd baterija, kurios dydis taip pat pažymėtas D raide.

3LR12 - išsikrovusi 4,5 V įtampos baterija, susidedanti iš trijų šarminių elementų.

6F22 – 9V baterija; šešios atskiros plokščios cinko-grafito ląstelės yra įdėtos į stačiakampį korpusą.

CR2032 – ličio-mangano elementas (litis, organinis elektrolitas, MnO₂), kurio skersmuo 20 mm ir storis 3,2 mm.