Pagproseso ng mga mapagkukunan ng enerhiya ng kemikal

Ang isang karaniwang sitwasyon sa bawat tahanan ay ang mga kamakailang binili na baterya ay hindi na maganda. O marahil, ang pag-aalaga sa kapaligiran, at sa parehong oras - tungkol sa kayamanan ng aming pitaka, nakakuha kami ng mga baterya? Pagkaraan ng ilang sandali, tatanggi rin silang makipagtulungan. Kaya sa basurahan? Talagang hindi! Dahil alam ang tungkol sa mga banta na dulot ng mga cell sa kapaligiran, maghahanap tayo ng rally point.

Koleksyon

Ano ang sukat ng problemang ating kinakaharap? Ang isang ulat noong 2011 ng Chief Environmental Inspector ay nagpahiwatig na higit sa 400 milyong mga cell at baterya. Humigit-kumulang sa parehong bilang ang nagpakamatay.

kanin. 1. Average na komposisyon ng mga hilaw na materyales (mga ginamit na cell) mula sa mga koleksyon ng estado.

Kaya kailangan nating umunlad humigit-kumulang 92 libong tonelada ng mapanganib na basura naglalaman ng mabibigat na metal (mercury, cadmium, nickel, silver, lead) at isang bilang ng mga kemikal na compound (potassium hydroxide, ammonium chloride, manganese dioxide, sulfuric acid) (Fig. 1). Kapag itinapon natin ang mga ito - pagkatapos ma-corrode ang coating - dinudumhan nila ang lupa at tubig (Larawan 2). Huwag tayong gumawa ng ganoong "regalo" sa kapaligiran, at samakatuwid ay sa ating sarili. Sa halagang ito, 34% ang binibilang ng mga dalubhasang processor. Samakatuwid, marami pa ring dapat gawin, at hindi ito isang aliw na hindi lamang ito sa Poland?

kanin. 2. Corroded cell coatings.

Wala na tayong dahilan para walang mapuntahan ginamit na mga cell. Ang bawat outlet na nagbebenta ng mga baterya at kapalit ay kinakailangang tanggapin ang mga ito mula sa amin (pati na rin ang mga lumang electronics at mga gamit sa bahay). Gayundin, maraming mga tindahan at paaralan ang may mga lalagyan kung saan maaari tayong maglagay ng mga kulungan. Kaya huwag nating "disclaim" at huwag itapon sa basurahan ang mga ginamit na baterya at accumulator. Sa kaunting pagnanais, makakahanap tayo ng isang rally point, at ang mga link mismo ay tumitimbang ng napakaliit na ang link ay hindi mapapagod sa amin.

Pagsunud-sunod

Gaya ng iba mga recyclable na materyales, ang mahusay na pagbabago ay may katuturan pagkatapos ng pag-uuri. Ang mga basura mula sa mga pang-industriya na halaman ay karaniwang pare-pareho sa kalidad, ngunit ang basura mula sa mga pampublikong koleksyon ay pinaghalong magagamit na mga uri ng cell. Kaya, ang pangunahing tanong ay nagiging paghihiwalay.

Sa Poland, ang pag-uuri ay ginagawa nang manu-mano, habang ang ibang mga bansa sa Europa ay mayroon nang mga awtomatikong linya ng pag-uuri. Gumagamit sila ng mga salaan na may naaangkop na laki ng mata (na nagpapahintulot paghihiwalay ng mga cell na may iba't ibang laki) at x-ray (pag-uuri ng nilalaman). Ang komposisyon ng mga hilaw na materyales mula sa mga koleksyon sa Poland ay bahagyang naiiba din.

Hanggang kamakailan lamang, nangingibabaw ang aming klasikong acidic na mga cell ng Leclanche. Kamakailan lamang ay naging kapansin-pansin ang bentahe ng mas modernong alkaline na mga selula, na sumakop sa mga pamilihang Kanluranin maraming taon na ang nakalilipas. Sa anumang kaso, ang parehong uri ng mga disposable cell ay nagkakahalaga ng higit sa 90% ng mga nakolektang baterya. Ang natitira ay mga button na baterya (mga relo na nagpapagana (Fig. 3) o mga calculator), mga rechargeable na baterya at mga lithium na baterya para sa mga telepono at laptop. Ang dahilan para sa gayong maliit na bahagi ay ang mas mataas na presyo at mas mahabang buhay ng serbisyo kumpara sa mga disposable na elemento.

kanin. 3. Silver na link na ginagamit sa pagpapagana ng mga pulso na relo.

Pagproseso

Pagkatapos ng breakup, oras na para sa pinakamahalagang bagay yugto ng pagproseso - pagbawi ng mga hilaw na materyales. Para sa bawat uri, ang mga produktong matatanggap ay bahagyang naiiba. Gayunpaman, ang mga diskarte sa pagproseso ay magkatulad.

mekanikal na pagproseso ay binubuo sa paggiling ng basura sa mga gilingan. Ang mga resultang fraction ay pinaghihiwalay gamit ang mga electromagnet (bakal at mga haluang metal nito) at mga espesyal na sistema ng salaan (iba pang mga metal, mga elemento ng plastik, papel, atbp.). Binaha ang pamamaraan ay nakasalalay sa katotohanan na hindi na kailangang maingat na pag-uri-uriin ang mga hilaw na materyales bago iproseso, depekto - isang malaking halaga ng hindi nagagamit na basura na nangangailangan ng pagtatapon sa mga landfill.

Hydrometallurgical recycling ay ang pagkatunaw ng mga selula sa mga acid o base. Sa susunod na yugto ng pagproseso, ang mga nagresultang solusyon ay dinadalisay at pinaghihiwalay, halimbawa, mga metal na asing-gamot, upang makakuha ng mga purong elemento. Malaki kalamangan ang pamamaraan ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang pagkonsumo ng enerhiya at isang maliit na halaga ng basura na nangangailangan ng pagtatapon. Pang-apekto Ang paraan ng pag-recycle na ito ay nangangailangan ng maingat na pag-uuri ng mga baterya upang maiwasan ang kontaminasyon ng mga resultang produkto.

Thermal processing binubuo sa pagpapaputok ng mga cell sa mga hurno ng naaangkop na disenyo. Bilang resulta, ang kanilang mga oxide ay natutunaw at nakuha (mga hilaw na materyales para sa mga gilingan ng bakal). Binaha Ang pamamaraan ay binubuo sa posibilidad ng paggamit ng mga hindi pinagsunod-sunod na baterya, depekto at – pagkonsumo ng enerhiya at pagbuo ng mga nakakapinsalang produkto ng pagkasunog.

Bukod sa recyclable Ang mga cell ay iniimbak sa mga landfill pagkatapos ng paunang proteksyon laban sa pagpasok ng kanilang mga bahagi sa kapaligiran. Gayunpaman, kalahating sukat lamang ito, na ipinagpapaliban ang pangangailangang harapin ang ganitong uri ng basura at ang pag-aaksaya ng maraming mahahalagang hilaw na materyales.

Maaari rin nating ibalik ang ilan sa mga sustansya sa ating home lab. Ito ang mga bahagi ng mga klasikong elemento ng Leclanche - high-purity zinc mula sa mga cup na nakapalibot sa elemento, at mga graphite electrodes. Bilang kahalili, maaari nating paghiwalayin ang manganese dioxide mula sa pinaghalong nasa loob ng pinaghalong - pakuluan lamang ito ng tubig (upang alisin ang mga natutunaw na dumi, pangunahin ang ammonium chloride) at i-filter. Ang hindi matutunaw na nalalabi (nahawahan ng alikabok ng karbon) ay angkop para sa karamihan ng mga reaksyong kinasasangkutan ng MnO.₂.

Ngunit hindi lamang ang mga elementong ginagamit sa pagpapagana ng mga gamit sa bahay ay nare-recycle. Ang mga lumang baterya ng kotse ay pinagmumulan din ng mga hilaw na materyales. Ang tingga ay nakuha mula sa kanila, na pagkatapos ay ginagamit sa paggawa ng mga bagong aparato, at ang mga kaso at ang electrolyte na pagpuno sa kanila ay itinatapon.

Walang sinuman ang kailangang ipaalala sa pinsala sa kapaligiran na maaaring dulot ng nakakalason na heavy metal at sulfuric acid solution. Para sa aming mabilis na pag-unlad ng teknikal na sibilisasyon, ang halimbawa ng mga cell at baterya ay isang modelo. Ang isang pagtaas ng problema ay hindi ang paggawa ng produkto mismo, ngunit ang pagtatapon nito pagkatapos gamitin. Umaasa ako na ang mga mambabasa ng magasing "Young Technician" ay magbigay ng inspirasyon sa iba na mag-recycle sa pamamagitan ng kanilang halimbawa.

Eksperimento 1 - baterya ng lithium

mga selulang lithium ginagamit ang mga ito sa mga calculator at upang mapanatili ang kapangyarihan sa BIOS ng mga motherboard ng computer (Larawan 4). Kumpirmahin natin ang pagkakaroon ng metal na lithium sa kanila.

kanin. 4. Isang lithium-manganese cell na ginagamit upang mapanatili ang kapangyarihan sa BIOS ng motherboard ng computer.

Pagkatapos i-disassembling ang elemento (halimbawa, ang karaniwang uri na CR2032), makikita natin ang mga detalye ng istraktura (Larawan 5): black compressed layer ng manganese dioxide MnO₂, isang porous separator electrode na pinapagbinhi ng isang organic electrolyte solution, insulating isang plastic ring at dalawang bahagi ng metal na bumubuo ng isang pabahay.

kanin. 5. Mga bahagi ng lithium-manganese cell: 1. Ang ibabang bahagi ng katawan na may layer ng lithium metal (negative electrode). 2. Separator na pinapagbinhi ng isang organic electrolyte solution. 3. Pinindot na layer ng manganese dioxide (positive electrode). 4. Plastic ring (electrode insulator). 5. Upper housing (positive electrode terminal).

Ang mas maliit (ang negatibong elektrod) ay natatakpan ng isang layer ng lithium, na mabilis na nagdidilim sa hangin. Natutukoy ang elemento sa pamamagitan ng pagsubok sa apoy. Upang gawin ito, kumuha ng ilang malambot na metal sa dulo ng bakal na kawad at ipasok ang sample sa apoy ng burner - ang kulay ng carmine ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng lithium (Larawan 6). Itinatapon namin ang mga residue ng metal sa pamamagitan ng pagtunaw sa kanila sa tubig.

kanin. 6. Isang sample ng lithium sa apoy ng burner.

Maglagay ng metal electrode na may layer ng lithium sa isang beaker at ibuhos ng ilang cm³ tubig. Ang isang marahas na reaksyon ay nangyayari sa sisidlan, na sinamahan ng paglabas ng hydrogen gas:

Ang Lithium hydroxide ay isang matibay na base at madali natin itong masusubok gamit ang indicator paper.

Karanasan 2 - alkaline bond

Gupitin ang isang disposable alkaline element, halimbawa, i-type ang LR6 (“daliri”, AA). Pagkatapos buksan ang metal cup, makikita ang panloob na istraktura (Larawan 7): sa loob ay may magaan na masa na bumubuo ng anode (potassium o sodium hydroxide at zinc dust), at isang madilim na layer ng manganese dioxide MnO na nakapalibot dito.₂ na may graphite dust (cell cathode).

kanin. 7. Alkaline reaction ng anode mass sa isang alkaline cell. Nakikitang cellular structure: magaan na anode-forming mass (KOH + zinc dust) at dark manganese dioxide na may graphite dust bilang cathode.

Ang mga electrodes ay pinaghihiwalay mula sa bawat isa sa pamamagitan ng isang papel na dayapragm. Maglagay ng isang maliit na halaga ng magaan na substance sa test strip at basain ito ng isang patak ng tubig. Ang asul na kulay ay nagpapahiwatig ng alkaline na reaksyon ng anode paste. Ang uri ng hydroxide na ginamit ay pinakamahusay na napatunayan sa pamamagitan ng pagsubok sa apoy. Ang isang sample na kasing laki ng ilang buto ng poppy ay nakadikit sa isang bakal na kawad na ibinabad sa tubig at inilalagay sa apoy ng burner.

Ang dilaw na kulay ay nagpapahiwatig ng paggamit ng sodium hydroxide ng tagagawa, at ang pink-purple na kulay ay nagpapahiwatig ng potassium hydroxide. Dahil ang mga sodium compound ay nakakahawa sa halos lahat ng mga sangkap, at ang pagsubok ng apoy para sa elementong ito ay lubhang sensitibo, ang dilaw na kulay ng apoy ay maaaring magtakpan ng parang multo na mga linya ng potasa. Ang solusyon ay tingnan ang apoy sa pamamagitan ng isang asul na violet na filter, na maaaring kobalt na baso o isang solusyon sa pangkulay sa prasko (indigo o methyl violet na matatagpuan sa disinfectant ng sugat, pyoctane). Ang filter ay sumisipsip ng dilaw na kulay, na nagpapahintulot sa iyo na kumpirmahin ang pagkakaroon ng potasa sa sample.

Mga code ng pagtatalaga

Upang mapadali ang pagkilala sa uri ng cell, isang espesyal na alphanumeric code ang ipinakilala. Para sa mga pinakakaraniwang uri sa ating mga tahanan, ganito ang hitsura: numero-titik-titik-number, kung saan:

- ang unang digit ay ang bilang ng mga cell; hindi pinansin para sa mga solong cell.

– ang unang titik ay nagpapahiwatig ng uri ng cell. Kapag wala, ito ay isang Leclanche zinc-graphite cell (anode: zinc, electrolyte: ammonium chloride, NH₄Cl, zinc chloride ZnCl₂, katod: manganese dioxide MnO₂). Ang iba pang mga uri ng cell ay may label na tulad ng sumusunod (ang mas murang sodium hydroxide ay ginagamit din sa halip na potassium hydroxide):

A, P – mga elemento ng zinc-air (anode: zinc, atmospheric oxygen ay nabawasan sa isang graphite cathode);

B, C, E, F, G - mga cell ng lithium (anode: lithium, ngunit maraming mga sangkap ang ginagamit bilang mga cathodes at electrolyte);

H – Ni-MH nickel-metal hydride na baterya (metal hydride, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nickel-cadmium na baterya (cadmium, KOH, NiOOH);

L - elemento ng alkalina (sinc, KOH, MnO₂);

M – mercury element (zinc, KOH; HgO), hindi na ginagamit;

S – elementong pilak (sink, KOH; Ag₂TUNGKOL);

Z – elemento ng nickel-manganese (zinc, KOH, NiOOH, MnO₂).

- ang sumusunod na titik ay nagpapahiwatig ng hugis ng link:

F - lamellar;

R - cylindrical;

S - hugis-parihaba;

P – ang kasalukuyang pagtatalaga ng mga cell na may mga hugis maliban sa cylindrical.

– ang panghuling figure o figure ay nagpapahiwatig ng laki ng sanggunian (mga halaga ng catalog o direktang nagbibigay ng mga sukat).

Mga halimbawa ng pagmamarka:

R03
 - isang zinc-graphite cell na kasing laki ng isang maliit na daliri. Ang isa pang pagtatalaga ay AAA o micro.

LR6 - isang alkaline cell na kasinglaki ng daliri. Ang isa pang pagtatalaga ay AA o minion.

HR14  – Ni-MH na baterya, ang letrang C ay ginagamit din para sa laki.

KR20 – Ni-Cd na baterya, ang laki nito ay minarkahan din ng letrang D.

3LR12 - isang flat na baterya na may boltahe na 4,5 V, na binubuo ng tatlong alkaline na mga cell.

6F22 - 9V na baterya; anim na indibidwal na planar zinc-graphite na mga cell ay nakapaloob sa isang hugis-parihaba na kaso.

CR2032 – lithium-manganese cell (lithium, organic electrolyte, MnO₂) na may diameter na 20 mm at isang kapal na 3,2 mm.