Verwerking van chemiese energiebronne

’n Algemene situasie in elke huis is dat batterye wat onlangs gekoop is nie meer goed is nie. Of dalk, die sorg vir die omgewing, en terselfdertyd - oor die rykdom van ons beursie, het ons batterye? Na 'n rukkie sal hulle ook weier om saam te werk. So in die asblik? Absoluut nie! As ons weet van die bedreigings wat selle in die omgewing veroorsaak, sal ons 'n tydrenpunt soek.

Versameling

Wat is die omvang van die probleem waarmee ons te doen het? ’n Verslag van 2011 deur die Hoofomgewingsinspekteur het aangedui dat meer as 400 miljoen selle en batterye. Ongeveer dieselfde aantal het selfmoord gepleeg.

Rys. 1. Gemiddelde samestelling van grondstowwe (gebruikte selle) uit staatsversamelings.

Ons moet dus ontwikkel sowat 92 duisend ton gevaarlike afval wat swaar metale (kwik, kadmium, nikkel, silwer, lood) en 'n aantal chemiese verbindings (kaliumhidroksied, ammoniumchloried, mangaandioksied, swaelsuur) bevat (Fig. 1). Wanneer ons dit weggooi - nadat die deklaag geroes het - besoedel hulle die grond en water (Fig. 2). Laat ons nie so 'n "geskenk" aan die omgewing, en dus aan onsself, maak nie. Van hierdie bedrag is 34% deur gespesialiseerde verwerkers verantwoord. Daarom is daar nog baie om te doen, en dit is nie 'n troos dat dit nie net in Pole is nie?

Rys. 2. Geroeste selbedekkings.

Ons het nie meer 'n verskoning vir nêrens om heen te gaan nie gebruikte selle. Elke afsetpunt wat batterye en vervangingsprodukte verkoop, moet dit van ons aanvaar (sowel as ou elektronika en huishoudelike toestelle). Ook het baie winkels en skole houers waarin ons hokke kan sit. Laat ons dus nie “disclaim” en nie gebruikte batterye en akkumulators in die asblik weggooi nie. Met 'n bietjie begeerte sal ons 'n tydrenpunt vind, en die skakels self weeg so min dat die skakel ons nie sal moeg maak nie.

sorteer

Soos met ander herwinbare materiaal, maak die doeltreffende transformasie sin na sortering. Afval van industriële aanlegte is gewoonlik eenvormig in kwaliteit, maar afval van openbare versamelings is 'n mengsel van beskikbare seltipes. So word die sleutelvraag segregasie.

In Pole word sortering met die hand gedoen, terwyl ander Europese lande reeds outomatiese sorteerlyne het. Hulle gebruik siwwe met toepaslike maasgroottes (laat toe skeiding van selle van verskillende groottes) en x-straal (inhoudsortering). Die samestelling van grondstowwe uit versamelings in Pole is ook effens anders.

Tot onlangs het ons klassieke suur Leclanche-selle oorheers. Dit is eers onlangs dat die voordeel van die meer moderne alkaliese elemente, wat die Westerse markte baie jare gelede verower het, merkbaar geword het. Beide tipes weggooibare selle maak in elk geval meer as 90% van die versamelde batterye uit. Die res is knoppiebatterye (wat horlosies aandryf (Fig. 3) of sakrekenaars), herlaaibare batterye en litiumbatterye vir fone en skootrekenaars. Die rede vir so 'n klein aandeel is die hoër prys en langer lewensduur in vergelyking met weggooibare elemente.

Rys. 3. Silwer skakel wat gebruik word om polshorlosies aan te dryf.

Processing

Ná die skeiding is dit tyd vir die belangrikste ding verwerking stadium - herwinning van grondstowwe. Vir elke tipe sal die produkte wat ontvang word effens anders wees. Die verwerkingstegnieke is egter soortgelyk.

meganiese verwerking bestaan ​​uit die maal van afval in meule. Die resulterende breuke word geskei met behulp van elektromagnete (yster en sy legerings) en spesiale sifstelsels (ander metale, plastiekelemente, papier, ens.). Zaleto die metode is dat dit nie nodig is om die grondstowwe noukeurig te sorteer voor verwerking nie, gebrek - 'n groot hoeveelheid onbruikbare afval wat in stortingsterreine gestort moet word.

Hidrometallurgiese herwinning is die oplos van selle in sure of basisse. In die volgende stadium van verwerking word die resulterende oplossings gesuiwer en geskei, byvoorbeeld metaalsoute, om suiwer elemente te verkry. Groot voordeel die metode word gekenmerk deur lae energieverbruik en 'n klein hoeveelheid afval wat wegdoening vereis. Gebrek Hierdie herwinningsmetode vereis noukeurige sortering van die batterye om besoedeling van die resulterende produkte te vermy.

Termiese verwerking bestaan ​​uit die afvuur van die selle in oonde van die toepaslike ontwerp. As gevolg hiervan word hul oksiede gesmelt en verkry (grondstowwe vir staalmeulens). Zaleto metode bestaan ​​uit die moontlikheid om ongesorteerde batterye te gebruik, gebrek en – energieverbruik en opwekking van skadelike verbrandingsprodukte.

Buitendien herwinbaar Die selle word in stortingsterreine gestoor na voorlopige beskerming teen die indringing van hul komponente in die omgewing. Dit is egter net 'n halwe maatreël, wat die behoefte om hierdie soort afval en die vermorsing van baie waardevolle grondstowwe uit te stel.

Ons kan ook van die voedingstowwe in ons tuislaboratorium herstel. Dit is die komponente van die klassieke Leclanche-elemente - hoësuiwer sink uit die koppies wat die element omring, en grafietelektrodes. Alternatiewelik kan ons die mangaandioksied van die mengsel binne die mengsel skei - kook dit eenvoudig met water (om oplosbare onsuiwerhede te verwyder, hoofsaaklik ammoniumchloried) en filtreer. Die onoplosbare oorskot (besoedel met steenkoolstof) is geskik vir die meeste reaksies wat MnO insluit.₂.

Maar nie net die elemente wat gebruik word om huishoudelike toestelle aan te dryf, is herwinbaar nie. Ou motorbatterye is ook 'n bron van grondstowwe. Lood word daaruit onttrek, wat dan in die vervaardiging van nuwe toestelle gebruik word, en die houertjies en die elektroliet wat dit vul, word weggedoen.

Niemand hoef herinner te word aan die omgewingskade wat deur giftige swaarmetaal- en swaelsuuroplossing veroorsaak kan word nie. Vir ons vinnig ontwikkelende tegniese beskawing is die voorbeeld van selle en batterye 'n model. ’n Toenemende probleem is nie die vervaardiging van die produk self nie, maar die wegdoening daarvan na gebruik. Ek hoop dat die lesers van die "Young Technician" tydskrif ander sal inspireer om te herwin deur hul voorbeeld.

Eksperiment 1 - litiumbattery

litium selle hulle word in sakrekenaars gebruik en om krag na die BIOS van rekenaarmoederborde te behou (Fig. 4). Kom ons bevestig die teenwoordigheid van metaallitium in hulle.

Rys. 4. 'n Litium-mangaansel wat gebruik word om krag na die BIOS van 'n rekenaar moederbord te behou.

Nadat ons die element uitmekaar gehaal het (byvoorbeeld die algemene tipe CR2032), kan ons die besonderhede van die struktuur sien (Fig. 5): swart saamgeperste laag mangaandioksied MnO₂, 'n poreuse skeidingselektrode wat met 'n organiese elektrolietoplossing geïmpregneer is, wat 'n plastiekring en twee metaaldele isoleer wat 'n behuising vorm.

Rys. 5. Komponente van 'n litium-mangaansel: 1. Die onderste deel van die liggaam met 'n laag litiummetaal (negatiewe elektrode). 2. Skeier geïmpregneer met 'n organiese elektrolietoplossing. 3. Geperste laag mangaandioksied (positiewe elektrode). 4. Plastiekring (elektrode-isolator). 5. Boonste behuising (positiewe elektrodeterminaal).

Die kleiner een (die negatiewe elektrode) is bedek met 'n laag litium, wat vinnig in lug donkerder word. Die element word deur 'n vlamtoets geïdentifiseer. Om dit te doen, neem 'n bietjie sagte metaal aan die punt van die ysterdraad en steek die monster in die brandervlam - die karmynkleur dui die teenwoordigheid van litium aan (Fig. 6). Ons raak weg van metaalreste deur dit in water op te los.

Rys. 6. 'n Monster litium in 'n brandervlam.

Plaas 'n metaalelektrode met 'n laag litium in 'n beker en gooi 'n paar cm³ water. 'n Hewige reaksie vind in die vaartuig plaas, gepaard met die vrystelling van waterstofgas:

Litiumhidroksied is 'n sterk basis en ons kan dit maklik met aanwyserpapier toets.

Ervaring 2 - alkaliese binding

Sny 'n weggooibare alkaliese element uit, byvoorbeeld tipe LR6 ("vinger", AA). Nadat die metaalbeker oopgemaak is, is die interne struktuur sigbaar (Fig. 7): binne is daar 'n ligte massa wat 'n anode vorm (kalium- of natriumhidroksied en sinkstof), en 'n donker laag mangaandioksied MnO wat dit omring.₂ met grafietstof (selkatode).

Rys. 7. Alkaliese reaksie van die anodemassa in 'n alkaliese sel. Sigbare sellulêre struktuur: ligte anodevormende massa (KOH + sinkstof) en donker mangaandioksied met grafietstof as katode.

Die elektrodes word van mekaar geskei deur 'n papierdiafragma. Dien 'n klein hoeveelheid ligte stof op die toetsstrook toe en bevochtig dit met 'n druppel water. Die blou kleur dui die alkaliese reaksie van die anodepasta aan. Die tipe hidroksied wat gebruik word, word die beste deur 'n vlamtoets geverifieer. ’n Monster so groot soos verskeie papawersaad word vasgeplak aan ’n ysterdraad wat in water geweek is en in ’n brandervlam geplaas.

Geel kleur dui op die gebruik van natriumhidroksied deur die vervaardiger, en pienk-pers kleur dui op kaliumhidroksied. Aangesien natriumverbindings byna alle stowwe besoedel, en die vlamtoets vir hierdie element uiters sensitief is, kan die geel kleur van die vlam die spektrale lyne van kalium masker. Die oplossing is om na die vlam te kyk deur 'n blouvioletfilter, wat kobaltglas of 'n kleurstofoplossing in die fles kan wees (indigo of metielviolet wat in die wondontsmettingsmiddel, pioktaan, voorkom). Die filter sal die geel kleur absorbeer, sodat jy die teenwoordigheid van kalium in die monster kan bevestig.

Aanwysingskodes

Om seltipe-identifikasie te vergemaklik, is 'n spesiale alfanumeriese kode ingestel. Vir die mees algemene tipes in ons huise, lyk dit soos: nommer-letter-letter-nommer, waar:

- die eerste syfer is die aantal selle; geïgnoreer vir enkelselle.

– die eerste letter dui die seltipe aan. Wanneer dit afwesig is, is dit 'n Leclanche sink-grafietsel (anode: sink, elektroliet: ammoniumchloried, NH₄Cl, sinkchloried ZnCl₂, katode: mangaandioksied MnO₂). Ander seltipes word soos volg gemerk (die goedkoper natriumhidroksied word ook gebruik in plaas van kaliumhidroksied):

A, P – sink-lug elemente (anode: sink, atmosferiese suurstof word gereduseer op 'n grafiet katode);

B, C, E, F, G - litiumselle (anode: litium, maar baie stowwe word as katodes en elektroliet gebruik);

H – Ni-MH nikkel-metaalhidriedbattery (metaalhidried, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikkel-kadmium battery (kadmium, KOH, NiOOH);

L - alkaliese element (sink, KOH, MnO₂);

M – kwikelement (sink, KOH; HgO), word nie meer gebruik nie;

S – silwer element (sink, KOH; Ag₂OOR);

Z – nikkel-mangaan element (sink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- die volgende letter dui die vorm van die skakel aan:

F - lamellêr;

R - silindries;

S - reghoekig;

P – die huidige benaming van selle met ander vorms as silindries.

– die finale syfer of syfers dui die grootte van die verwysing aan (kataloguswaardes of direk afmetings gee).

Merk voorbeelde:

R03
 - 'n sink-grafietsel so groot soos 'n pinkie. Nog 'n benaming is AAA of mikro.

LR6 - 'n alkaliese sel so groot soos 'n vinger. Nog 'n benaming is AA of minion.

HR14  – Ni-MH-battery, die letter C word ook vir grootte gebruik.

KR20 – Ni-Cd-battery, waarvan die grootte ook met die letter D gemerk is.

3LR12 - 'n pap battery met 'n spanning van 4,5 V, bestaande uit drie alkaliese selle.

6F22 - 9V battery; ses individuele vlakke sink-grafietselle is in 'n reghoekige omhulsel ingesluit.

CR2032 – litium-mangaansel (litium, organiese elektroliet, MnO₂) met 'n deursnee van 20 mm en 'n dikte van 3,2 mm.