Kemiallisten energialähteiden käsittely

Yleinen tilanne jokaisessa kodissa on, että äskettäin ostetut akut eivät ole enää hyviä. Tai ehkä ympäristöstä huolehtimalla ja samalla - lompakon rikkaudella - saimme akkuja? Jonkin ajan kuluttua he kieltäytyvät myös yhteistyöstä. Siis roskakoriin? Ehdottomasti ei! Kun tiedämme solujen ympäristöön aiheuttamista uhista, etsimme kokoontumispistettä.

Kokoelma

Mikä on käsittelemämme ongelman laajuus? Ympäristöpäällikön vuoden 2011 raportti osoitti, että yli 400 miljoonaa kennoa ja akkua. Suunnilleen sama määrä teki itsemurhan.

Riisi. 1. Raaka-aineiden (käytettyjen solujen) keskimääräinen koostumus valtion kokoelmista.

Meidän on siis kehitettävä noin 92 tuhatta tonnia vaarallista jätettä joka sisältää raskasmetalleja (elohopeaa, kadmiumia, nikkeliä, hopeaa, lyijyä) ja useita kemiallisia yhdisteitä (kaliumhydroksidi, ammoniumkloridi, mangaanidioksidi, rikkihappo) (kuva 1). Kun heitämme ne pois - sen jälkeen kun pinnoite on syöpynyt - ne saastuttavat maaperän ja veden (kuva 2). Älkäämme antako sellaista "lahjaa" ympäristölle ja siten itsellemme. Tästä määrästä 34 % oli erikoistuneiden jalostajien osuus. Siksi on vielä paljon tehtävää, eikä ole lohduttavaa, että se ei ole vain Puolassa?

Riisi. 2. Syövytyt kennopinnoitteet.

Meillä ei ole enää tekosyytä mennä minnekään käytetyt solut. Jokaisen paristoja ja varaosia myyvän liikkeen on otettava ne meiltä vastaan ​​(samoin kuin vanhat elektroniikka- ja kodinkoneet). Myös monissa kaupoissa ja kouluissa on kontteja, joihin voimme laittaa häkkejä. Älkäämme siis "kiistäkö" äläkä heitä käytettyjä paristoja ja akkuja roskakoriin. Pienellä halulla löydämme rallipisteen, ja itse linkit painavat niin vähän, että linkki ei väsytä meitä.

Сортировка

Kuten muillakin kierrätettäviä materiaaleja, tehokas muunnos on järkevä lajittelun jälkeen. Teollisuuslaitosten jätteet ovat yleensä laadultaan tasalaatuisia, mutta julkisten keräilyjen jäte on sekoitus saatavilla olevia kennotyyppejä. Siten avainkysymys tulee erottelu.

Puolassa lajittelu tapahtuu manuaalisesti, kun taas muissa Euroopan maissa on jo automatisoituja lajittelulinjoja. He käyttävät seuloja, joiden silmäkoko on sopiva (mahdollistaa erikokoisten solujen erottaminen) ja röntgenkuvaus (sisällön lajittelu). Myös Puolan kokoelmien raaka-aineiden koostumus on hieman erilainen.

Viime aikoihin asti klassiset happamat Leclanche-solumme hallitsivat. Vasta viime aikoina on tullut havaittavissa nykyaikaisempien alkalisten alkuaineiden etu, jotka valloittivat länsimaiset markkinat vuosia sitten. Joka tapauksessa molempien kertakäyttöisten kennojen osuus on yli 90 % kerätyistä paristoista. Loput ovat nappiparistoja (kellot (kuva 3) tai laskimia), ladattavia akkuja ja litiumparistoja puhelimiin ja kannettaviin tietokoneisiin. Syynä niin pieneen osuuteen on korkeampi hinta ja pidempi käyttöikä verrattuna kertakäyttöisiin elementteihin.

Riisi. 3. Hopeinen linkki, jota käytetään rannekellojen virtalähteenä.

Käsittely

Eron jälkeen on tärkeimmän asian aika käsittelyvaiheessa - raaka-aineiden talteenotto. Jokaiselle tyypille saadut tuotteet ovat hieman erilaisia. Käsittelytekniikat ovat kuitenkin samanlaisia.

mekaaninen käsittely koostuu jätteiden jauhamisesta myllyissä. Tuloksena olevat jakeet erotetaan sähkömagneeteilla (rauta ja sen seokset) ja erityisillä seulajärjestelmillä (muut metallit, muovielementit, paperi jne.). tulvinut menetelmä perustuu siihen, että raaka-aineita ei tarvitse huolellisesti lajitella ennen käsittelyä, vika - suuri määrä käyttökelvotonta jätettä, joka on toimitettava kaatopaikalle.

Hydrometallurginen kierrätys on solujen liukeneminen happoihin tai emäksiin. Seuraavassa käsittelyvaiheessa saadut liuokset puhdistetaan ja erotetaan, esimerkiksi metallisuolat, puhtaiden alkuaineiden saamiseksi. Iso etu menetelmälle on ominaista alhainen energiankulutus ja pieni määrä hävitettävää jätettä. vika Tämä kierrätysmenetelmä edellyttää paristojen huolellista lajittelua, jotta vältytään tuloksena olevien tuotteiden saastumiselta.

Lämpökäsittely koostuu kennojen polttamisesta sopivan suunnittelun mukaisissa uuneissa. Tämän seurauksena niiden oksidit sulatetaan ja saadaan (raaka-aineet terästehtaille). tulvinut menetelmä koostuu mahdollisuudesta käyttää lajittelemattomia paristoja, vika ja – energiankulutus ja haitallisten palamistuotteiden syntyminen.

sitä paitsi kierrätettävä Solut varastoidaan kaatopaikoille sen jälkeen, kun ne on suojattu alustavasti niiden komponenttien pääsyltä ympäristöön. Tämä on kuitenkin vain puolikas toimenpide, joka lykkää tarvetta käsitellä tämäntyyppistä jätettä ja monien arvokkaiden raaka-aineiden jätettä.

Voimme myös palauttaa joitain ravintoaineita kotilaboratoriossamme. Nämä ovat klassisten Leclanche-elementtien komponentteja - erittäin puhdasta sinkkiä elementtiä ympäröivistä kupeista ja grafiittielektrodit. Vaihtoehtoisesti voimme erottaa mangaanidioksidin seoksesta seoksen sisällä - yksinkertaisesti keittää se veden kanssa (liukoisten epäpuhtauksien, pääasiassa ammoniumkloridin, poistamiseksi) ja suodattaa. Liukenematon jäännös (hiilipölyn saastuttama) soveltuu useimpiin reaktioihin, joissa on mukana MnO.₂.

Mutta ei vain kodinkoneiden virtalähteenä käytetyt elementit ole kierrätettäviä. Vanhat autojen akut ovat myös raaka-aineen lähde. Niistä uutetaan lyijyä, jota käytetään uusien laitteiden valmistukseen ja kotelot ja niitä täyttävä elektrolyytti hävitetään.

Ketään ei tarvitse muistuttaa ympäristövahingoista, joita myrkyllinen raskasmetalli- ja rikkihappoliuos voi aiheuttaa. Nopeasti kehittyvälle tekniselle sivilisaatiollemme esimerkki kennoista ja akuista. Kasvava ongelma ei ole itse tuotteen valmistus, vaan sen hävittäminen käytön jälkeen. Toivon, että "Nuori teknikko" -lehden lukijat inspiroivat omalla esimerkillään muita kierrätykseen.

Koe 1 - litiumakku

litiumsolut niitä käytetään laskimissa ja ylläpitämään virtaa tietokoneiden emolevyjen BIOS:iin (kuva 4). Vahvistakaamme metallisen litiumin esiintyminen niissä.

Riisi. 4. Litium-mangaanikenno, jota käytetään ylläpitämään virtaa tietokoneen emolevyn BIOS:iin.

Elementin (esim. yleinen tyyppi CR2032) purkamisen jälkeen näemme rakenteen yksityiskohdat (kuva 5): musta puristettu mangaanidioksidikerros MnO₂, huokoinen erotuselektrodi, joka on kyllästetty orgaanisella elektrolyyttiliuoksella, joka eristää muovirenkaan ja kaksi metalliosaa, jotka muodostavat kotelon.

Riisi. 5. Litium-mangaanikennon osat: 1. Rungon alaosa, jossa on litiummetallikerros (negatiivinen elektrodi). 2. Erotin, joka on kyllästetty orgaanisella elektrolyyttiliuoksella. 3. Puristettu mangaanidioksidikerros (positiivinen elektrodi). 4. Muovirengas (elektrodieriste). 5. Yläkotelo (positiivinen elektrodiliitin).

Pienempi (negatiivinen elektrodi) on peitetty litiumkerroksella, joka tummuu nopeasti ilmassa. Elementti tunnistetaan liekkitestillä. Ota tätä varten pehmeää metallia rautalangan päähän ja työnnä näyte polttimen liekkiin - karmiinin väri osoittaa litiumia (kuva 6). Hävitämme metallijäämät liuottamalla ne veteen.

Riisi. 6. Näyte litiumia polttimen liekissä.

Aseta metallielektrodi, jossa on kerros litiumia dekantterilasiin ja kaada muutama cm³ vettä. Astiassa tapahtuu raju reaktio, johon liittyy vetykaasun vapautuminen:

Litiumhydroksidi on vahva emäs ja voimme helposti testata sitä indikaattoripaperilla.

Kokemus 2 - alkalinen sidos

Leikkaa irti kertakäyttöinen alkalielementti, esimerkiksi tyyppi LR6 ("sormi", AA). Metallikupin avaamisen jälkeen näkyy sisärakenne (kuva 7): sisällä on anodin muodostavaa kevyttä massaa (kalium- tai natriumhydroksidi- ja sinkkipölyä) ja sitä ympäröivä tumma kerros mangaanidioksidia MnO.₂ grafiittipölyllä (kennokatodi).

Riisi. 7. Anodimassan alkalinen reaktio alkalisessa kennossa. Näkyvä solurakenne: kevyt anodia muodostava massa (KOH + sinkkipöly) ja tumma mangaanidioksidi, jonka katodina on grafiittipöly.

Elektrodit on erotettu toisistaan ​​paperikalvolla. Levitä pieni määrä kevyttä ainetta testiliuskaan ja kostuta se vesipisaralla. Sininen väri ilmaisee anodimassan alkalista reaktiota. Käytettävän hydroksidin tyyppi varmistetaan parhaiten liekkitestillä. Usean unikonsiemenen kokoinen näyte liimataan veteen kastettuun rautalankaan ja laitetaan polttimen liekkiin.

Keltainen väri osoittaa, että valmistaja on käyttänyt natriumhydroksidia, ja vaaleanpunainen-violetti väri tarkoittaa kaliumhydroksidia. Koska natriumyhdisteet saastuttavat melkein kaikki aineet ja tämän alkuaineen liekitesti on erittäin herkkä, liekin keltainen väri voi peittää kaliumin spektriviivat. Ratkaisu on katsoa liekkiä sinivioletin suodattimen läpi, joka voi olla kobolttilasia tai väriaineliuosta pullossa (indigo- tai metyylivioletti, jota löytyy haavan desinfiointiaineesta, pyoktaanista). Suodatin imee keltaisen värin, jolloin voit varmistaa, että näytteessä on kaliumia.

Nimityskoodit

Solutyypin tunnistamisen helpottamiseksi on otettu käyttöön erityinen aakkosnumeerinen koodi. Yleisimmille kodeissamme se näyttää tältä: numero-kirjain-kirjain-numero, missä:

- ensimmäinen numero on solujen lukumäärä; jätetään huomioimatta yksittäisten solujen osalta.

– ensimmäinen kirjain osoittaa solutyypin. Jos sitä ei ole, se on Leclanchen sinkki-grafiittikenno (anodi: sinkki, elektrolyytti: ammoniumkloridi, NH₄Cl, sinkkikloridi ZnCl₂, katodi: mangaanidioksidi MnO₂). Muut solutyypit on merkitty seuraavasti (kaliumhydroksidin sijasta käytetään myös halvempaa natriumhydroksidia):

A, P – sinkki-ilma-elementit (anodi: sinkki, ilmakehän happi pelkistetään grafiittikatodilla);

B, C, E, F, G - litiumkennot (anodi: litium, mutta monia aineita käytetään katodeina ja elektrolyyttinä);

H – Ni-MH nikkelimetallihydridiakku (metallihydridi, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikkeli-kadmium akku (kadmium, KOH, NiOOH);

L – alkalinen alkuaine (sinkki, KOH, MnO₂);

M – elohopeaelementti (sinkki, KOH; HgO), ei enää käytössä;

S – hopeaelementti (sinkki, KOH; Ag₂NOIN);

Z – nikkeli-mangaanialkuaine (sinkki, KOH, NiOOH, MnO₂).

- seuraava kirjain osoittaa linkin muodon:

F - lamellimainen;

R - sylinterimäinen;

S - suorakaiteen muotoinen;

P – muiden kuin lieriömäisten solujen nykyinen nimitys.

– lopullinen kuva tai luvut osoittavat viitteen koon (luetteloarvot tai suoraan mitat).

Merkintäesimerkkejä:

R03
 - pikkusormen kokoinen sinkki-grafiittikenno. Toinen nimitys on AAA tai micro.

LR6 - sormen kokoinen alkalisolu. Toinen nimitys on AA tai minion.

HR14  – Ni-MH-akku, kokona käytetään myös kirjainta C.

KR20 – Ni-Cd-akku, jonka koko on myös merkitty kirjaimella D.

3LR12 - tyhjä akku, jonka jännite on 4,5 V ja joka koostuu kolmesta alkalikennosta.

6F22 – 9V akku; kuusi yksittäistä tasomaista sinkki-grafiittikennoa on suljettu suorakaiteen muotoiseen koteloon.

CR2032 – litium-mangaanikenno (litium, orgaaninen elektrolyytti, MnO₂), jonka halkaisija on 20 mm ja paksuus 3,2 mm.