Ķīmisko enerģijas avotu apstrāde

Izplatīta situācija katrā mājā ir tāda, ka nesen iegādātās baterijas vairs nav labas. Vai varbūt, rūpējoties par apkārtējo vidi, un tajā pašā laikā - par sava maciņa bagātību, esam ieguvuši baterijas? Pēc kāda laika arī viņi atteiksies no sadarbības. Tātad miskastē? Noteikti nē! Zinot par apdraudējumiem, ko šūnas rada vidē, meklēsim pulcēšanās punktu.

Kolekcija

Kāds ir problēmas mērogs, ar kuru mēs saskaramies? Galvenās vides inspektores 2011.gada ziņojumā norādīts, ka vairāk nekā 400 miljoni elementu un bateriju. Apmēram tikpat daudz izdarīja pašnāvību.

Rīsi. 1. Izejvielu (izlietoto šūnu) vidējais sastāvs no valsts kolekcijām.

Tāpēc mums ir jāattīstās aptuveni 92 tūkstoši tonnu bīstamo atkritumu kas satur smagos metālus (dzīvsudrabu, kadmiju, niķeli, sudrabu, svinu) un vairākus ķīmiskus savienojumus (kālija hidroksīdu, amonija hlorīdu, mangāna dioksīdu, sērskābi) (1. att.). Kad tos izmetam – pēc pārklājuma korozijas – tie piesārņo augsni un ūdeni (2. att.). Netaisīsim tādu "dāvanu" videi, tātad arī sev. No šīs summas 34% veidoja specializētie pārstrādātāji. Tāpēc vēl ir daudz darāmā, un tas nav mierinājums, ka tas nav tikai Polijā?

Rīsi. 2. Sarūsējuši šūnu pārklājumi.

Mums vairs nav attaisnojuma nekur iet izmantotās šūnas. Katrai tirdzniecības vietai, kas pārdod akumulatorus un rezerves daļas, ir pienākums tos pieņemt no mums (kā arī veco elektroniku un sadzīves tehniku). Tāpat daudzos veikalos un skolās ir konteineri, kuros varam ievietot būrus. Tāpēc “neatteiksimies” un neizmetīsim izlietotās baterijas un akumulatorus miskastē. Ar nelielu vēlēšanos atradīsim rallija punktu, un pašas saites sver tik maz, ka saite mūs nenogurdinās.

šķirošana

Tāpat kā ar citiem pārstrādājamiem materiāliem, efektīvai pārveidošanai ir jēga pēc šķirošanas. Ražotņu atkritumi parasti ir vienādas kvalitātes, bet atkritumi no publiskajām kolekcijām ir pieejamo šūnu veidu maisījums. Tādējādi galvenais jautājums kļūst segregācija.

Polijā šķirošana notiek manuāli, savukārt citās Eiropas valstīs jau ir automatizētās šķirošanas līnijas. Viņi izmanto sietus ar atbilstošu acu izmēru (atļaujot dažādu izmēru šūnu atdalīšana) un rentgena (satura šķirošana). Nedaudz atšķiras arī izejvielu sastāvs no kolekcijām Polijā.

Vēl nesen dominēja mūsu klasiskās skābās Leclanche šūnas. Tikai nesen pamanāma ir modernāko sārma elementu priekšrocība, kas Rietumu tirgus iekaroja pirms daudziem gadiem. Jebkurā gadījumā abu veidu vienreizējās lietošanas šūnas veido vairāk nekā 90% no savāktajām baterijām. Pārējais ir pogu baterijas (barošanas pulksteņi (3. att.) vai kalkulatori), uzlādējamās baterijas un litija baterijas tālruņiem un portatīvajiem datoriem. Šādas nelielas daļas iemesls ir augstāka cena un ilgāks kalpošanas laiks, salīdzinot ar vienreiz lietojamiem elementiem.

Rīsi. 3. Sudraba saite, ko izmanto rokas pulksteņu barošanai.

Pārstrādes

Pēc šķiršanās ir pienācis laiks vissvarīgākajam apstrādes posms - izejvielu atgūšana. Katram veidam saņemtie produkti būs nedaudz atšķirīgi. Tomēr apstrādes tehnika ir līdzīga.

mehāniskā apstrāde sastāv no atkritumu malšanas dzirnavās. Iegūtās frakcijas tiek atdalītas, izmantojot elektromagnētus (dzelzs un tās sakausējumi) un īpašas sietu sistēmas (citi metāli, plastmasas elementi, papīrs utt.). Zaleto metode ir tāda, ka pirms apstrādes nav rūpīgi jāšķiro izejvielas, defekts - liels daudzums nederīgu atkritumu, kas jālikvidē poligonos.

Hidrometalurģiskā pārstrāde ir šūnu šķīdināšana skābēs vai bāzēs. Nākamajā apstrādes posmā iegūtos šķīdumus attīra un atdala, piemēram, metālu sāļus, lai iegūtu tīrus elementus. Liels priekšrocība metodi raksturo zems enerģijas patēriņš un neliels atkritumu daudzums, kas jāiznīcina. Defekts Šī pārstrādes metode prasa rūpīgu bateriju šķirošanu, lai izvairītos no iegūto produktu piesārņošanas.

Termiskā apstrāde sastāv no šūnu apdedzināšanas atbilstošas ​​konstrukcijas krāsnīs. Rezultātā tiek izkausēti un iegūti to oksīdi (tērauda rūpnīcu izejvielas). Zaleto metode ietver iespēju izmantot nešķirotas baterijas, defekts un – enerģijas patēriņš un kaitīgu sadegšanas produktu veidošanās.

Turklāt pārstrādājams Šūnas tiek uzglabātas poligonos pēc iepriekšējas aizsardzības pret to sastāvdaļu iekļūšanu vidē. Tomēr tas ir tikai puse pasākums, kas atliek nepieciešamību risināt šāda veida atkritumus un daudzu vērtīgu izejvielu atkritumus.

Mēs varam arī atjaunot dažas barības vielas mūsu mājas laboratorijā. Tās ir klasisko Leclanche elementu sastāvdaļas – augstas tīrības pakāpes cinks no elementu aptverošajiem kausiem un grafīta elektrodi. Alternatīvi, mēs varam atdalīt mangāna dioksīdu no maisījuma maisījumā - vienkārši vāriet to ar ūdeni (lai noņemtu šķīstošos piemaisījumus, galvenokārt amonija hlorīdu) un filtrējiet. Nešķīstošais atlikums (piesārņots ar ogļu putekļiem) ir piemērots lielākajai daļai reakciju, kas ietver MnO.₂.

Taču ne tikai elementi, ko izmanto sadzīves tehnikas darbināšanai, ir pārstrādājami. Veco automašīnu akumulatori ir arī izejvielu avots. No tiem tiek iegūts svins, kas pēc tam tiek izmantots jaunu ierīču ražošanā, un korpusi un tos pildošais elektrolīts tiek utilizēti.

Nevienam nav jāatgādina par kaitējumu videi, ko var izraisīt toksiskais smagais metāls un sērskābes šķīdums. Mūsu strauji augošajai tehniskajai civilizācijai elementu un bateriju piemērs ir paraugs. Arvien lielāka problēma ir nevis paša produkta ražošana, bet gan tā utilizācija pēc lietošanas. Ceru, ka žurnāla "Jaunais tehniķis" lasītāji ar savu piemēru iedvesmos citus pārstrādāt.

1. eksperiments - litija akumulators

litija šūnas tos izmanto kalkulatoros un datoru mātesplates BIOS barošanas uzturēšanai (4. att.). Apstiprināsim metāliskā litija klātbūtni tajos.

Rīsi. 4. Litija-mangāna šūna, ko izmanto, lai uzturētu barošanu datora mātesplates BIOS.

Pēc elementa izjaukšanas (piemēram, parastais tips CR2032) varam redzēt konstrukcijas detaļas (5. att.): melns saspiests mangāna dioksīda MnO slānis.₂, porains separatora elektrods, kas piesūcināts ar organisko elektrolīta šķīdumu, izolējot plastmasas gredzenu un divas metāla daļas, kas veido korpusu.

Rīsi. 5. Litija-mangāna šūnas sastāvdaļas: 1. Ķermeņa apakšējā daļa ar litija metāla slāni (negatīvs elektrods). 2. Separators, kas piesūcināts ar organisko elektrolīta šķīdumu. 3. Presētais mangāna dioksīda slānis (pozitīvs elektrods). 4. Plastmasas gredzens (elektroda izolators). 5. Augšējais korpuss (pozitīvā elektroda spaile).

Mazākais (negatīvais elektrods) ir pārklāts ar litija slāni, kas gaisā ātri kļūst tumšāks. Elementu identificē ar liesmas testu. Lai to izdarītu, dzelzs stieples galā paņemiet mīkstu metālu un ievietojiet paraugu degļa liesmā - karmīna krāsa norāda uz litija klātbūtni (6. att.). Metālu atlikumus likvidējam, izšķīdinot ūdenī.

Rīsi. 6. Litija paraugs degļa liesmā.

Ievietojiet vārglāzē metāla elektrodu ar litija slāni un ielejiet dažus cm³ ūdens. Tvertnē notiek vardarbīga reakcija, ko papildina ūdeņraža gāzes izdalīšanās:

Litija hidroksīds ir spēcīga bāze, un mēs to varam viegli pārbaudīt ar indikatorpapīru.

2. pieredze – sārmaina saite

Izgrieziet vienreizlietojamo sārma elementu, piemēram, LR6 (“pirksts”, AA). Pēc metāla kausa atvēršanas ir redzama iekšējā struktūra (7. att.): iekšpusē atrodas viegla masa, kas veido anodu (kālija vai nātrija hidroksīda un cinka putekļi), un to ieskauj tumšs mangāna dioksīda MnO slānis.₂ ar grafīta putekļiem (šūnu katods).

Rīsi. 7. Anoda masas sārma reakcija sārmainā šūnā. Redzama šūnu struktūra: viegla anodu veidojoša masa (KOH + cinka putekļi) un tumšs mangāna dioksīds ar grafīta putekļiem kā katodu.

Elektrodi ir atdalīti viens no otra ar papīra diafragmu. Uz testa strēmeles uzklāj nelielu daudzumu vieglas vielas un samitriniet to ar ūdens pilienu. Zilā krāsa norāda uz anoda masas sārmainu reakciju. Izmantotā hidroksīda veidu vislabāk var pārbaudīt ar liesmas testu. Vairāku magoņu sēklu lielumā paraugu pielīmē pie ūdenī samērcētas dzelzs stieples un ievieto degļa liesmā.

Dzeltenā krāsa norāda, ka ražotājs ir izmantojis nātrija hidroksīdu, un rozā purpursarkanā krāsa norāda uz kālija hidroksīdu. Tā kā nātrija savienojumi piesārņo gandrīz visas vielas, un šī elementa liesmas tests ir ārkārtīgi jutīgs, liesmas dzeltenā krāsa var maskēt kālija spektrālās līnijas. Risinājums ir skatīties uz liesmu caur zili violetu filtru, kas var būt kobalta stikls vai krāsvielu šķīdums kolbā (indigo vai metilviolete, kas atrodama brūču dezinfekcijas līdzeklī, pioktānā). Filtrs absorbēs dzelteno krāsu, ļaujot apstiprināt kālija klātbūtni paraugā.

Apzīmējuma kodi

Lai atvieglotu šūnu tipa identificēšanu, ir ieviests īpašs burtciparu kods. Mūsu mājās visizplatītākajiem veidiem tas izskatās šādi: cipars-burts-burts-skaitlis, kur:

- pirmais cipars ir šūnu skaits; ignorēts atsevišķām šūnām.

– pirmais burts norāda šūnas tipu. Ja tā nav, tā ir Leclanche cinka-grafīta šūna (anods: cinks, elektrolīts: amonija hlorīds, NH₄Cl, cinka hlorīds ZnCl₂, katods: MnO mangāna dioksīds₂). Citi šūnu veidi ir marķēti šādi (kālija hidroksīda vietā tiek izmantots arī lētāks nātrija hidroksīds):

A, P – cinka-gaisa elementi (anods: cinks, atmosfēras skābeklis tiek reducēts uz grafīta katoda);

B, C, E, F, G - litija elementi (anods: litijs, bet daudzas vielas tiek izmantotas kā katodi un elektrolīts);

H – Ni-MH niķeļa-metāla hidrīda akumulators (metāla hidrīds, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd niķeļa-kadmija akumulators (kadmijs, KOH, NiOOH);

L - sārmains elements (cinks, KOH, MnO₂);

M – dzīvsudraba elements (cinks, KOH; HgO), vairs netiek izmantots;

S – sudraba elements (cinks, KOH; Ag₂PAR);

Z – niķeļa-mangāna elements (cinks, KOH, NiOOH, MnO₂).

- šāds burts norāda saites formu:

F - slāņveida;

R - cilindrisks;

S - taisnstūrveida;

P – pašreizējais apzīmējums šūnām, kuru forma nav cilindriska.

– gala cipars vai skaitļi norāda atsauces lielumu (kataloga vērtības vai tieši norādot izmērus).

Marķēšanas piemēri:

R03
 - cinka-grafīta šūna mazā pirkstiņa lielumā. Vēl viens apzīmējums ir AAA vai mikro.

LR6 - sārma šūna pirksta lielumā. Vēl viens apzīmējums ir AA vai minions.

HR14  – Ni-MH akumulators, izmēram izmantots arī burts C.

KR20 – Ni-Cd akumulators, kura izmērs arī apzīmēts ar burtu D.

3LR12 - tukšs akumulators ar spriegumu 4,5 V, kas sastāv no trim sārma elementiem.

6F22 - 9V akumulators; sešas atsevišķas plakanas cinka-grafīta šūnas ir ievietotas taisnstūra korpusā.

CR2032 – litija-mangāna šūna (litijs, organiskais elektrolīts, MnO₂) ar diametru 20 mm un biezumu 3,2 mm.