Processament de fonts d'energia química

Una situació habitual a totes les llars és que les piles comprades recentment ja no són bones. O potser, tenint cura del medi ambient i, al mateix temps, sobre la riquesa de la nostra cartera, tenim piles? Després d'un temps, també es negaran a cooperar. Així que a les escombraries? Absolutament no! Coneixent les amenaces que provoquen les cèl·lules a l'entorn, buscarem un punt de trobada.

Col · lecció

Quina és l'envergadura del problema que estem tractant? Un informe de 2011 de l'inspector en cap de medi ambient va indicar que més de 400 milions de cèl·lules i bateries. Aproximadament el mateix nombre es va suïcidar.

Arròs. 1. Composició mitjana de matèries primeres (cel·les usades) de col·leccions estatals.

Per tant, hem de desenvolupar-nos unes 92 mil tones de residus perillosos que conté metalls pesants (mercuri, cadmi, níquel, plata, plom) i una sèrie de compostos químics (hidròxid de potassi, clorur d'amoni, diòxid de manganès, àcid sulfúric) (Fig. 1). Quan els llencem -un cop s'hagi corroït el recobriment- contaminen el sòl i l'aigua (Fig. 2). No fem un "regal" així al medi ambient, i per tant a nosaltres mateixos. D'aquesta quantitat, el 34% el van comptar amb processadors especialitzats. Per tant, encara queda molt per fer, i no és un consol que no només sigui a Polònia?

Arròs. 2. Recobriments cel·lulars corroïts.

Ja no tenim excusa per no anar enlloc cèl·lules utilitzades. Tots els punts de venda que ven piles i recanvis han d'acceptar-los de nosaltres (així com aparells electrònics i electrodomèstics antics). A més, moltes botigues i escoles disposen de contenidors on podem posar gàbies. Així que no "neguem la responsabilitat" i no llencem les piles i acumuladors usats a les escombraries. Amb una mica de ganes trobarem un punt de concentració, i els mateixos enllaços pesen tan poc que l'enllaç no ens cansarà.

Сортировка

Com amb altres materials reciclables, la transformació eficient té sentit després de la classificació. Els residus de les plantes industrials solen tenir una qualitat uniforme, però els residus de les col·leccions públiques són una barreja de tipus de cèl·lules disponibles. Així, la pregunta clau esdevé segregació.

A Polònia la classificació es fa manualment, mentre que altres països europeus ja disposen de línies de classificació automatitzades. Utilitzen garbells amb mides de malla adequades (permetent separació de cèl·lules de diferents mides) i radiografia (ordenació de contingut). La composició de les matèries primeres de les col·leccions a Polònia també és lleugerament diferent.

Fins fa poc, dominaven les nostres cèl·lules àcides clàssiques de Leclanche. Només recentment s'ha fet notar l'avantatge de les cèl·lules alcalines més modernes, que van conquerir els mercats occidentals fa molts anys. En qualsevol cas, ambdós tipus de cèl·lules d'un sol ús representen més del 90% de les piles recollides. La resta són piles de botó (alimentant rellotges (Fig. 3) o calculadores), piles recarregables i piles de liti per a telèfons i ordinadors portàtils. El motiu d'una part tan petita és el preu més elevat i la vida útil més llarga en comparació amb els elements d'un sol ús.

Arròs. 3. Enllaç de plata utilitzat per alimentar els rellotges de polsera.

Tractament

Després de la ruptura, és el moment del més important etapa de processament - recuperació de matèries primeres. Per a cada tipus, els productes rebuts seran lleugerament diferents. No obstant això, les tècniques de processament són similars.

processament mecànic consisteix a moldre residus en molins. Les fraccions resultants es separen mitjançant electroimants (ferro i els seus aliatges) i sistemes de tamisos especials (altres metalls, elements plàstics, paper, etc.). Inundat el mètode rau en el fet que no cal ordenar acuradament les matèries primeres abans de processar-les, defecte - Una gran quantitat de residus inutilitzables que requereixen l'eliminació en abocadors.

Reciclatge hidrometal·lúrgic és la dissolució de les cèl·lules en àcids o bases. En la següent etapa de processament, les solucions resultants es purifiquen i se separen, per exemple, sals metàl·liques, per obtenir elements purs. Gran avantatge el mètode es caracteritza per un baix consum d'energia i una petita quantitat de residus que requereixen eliminació. Defecte Aquest mètode de reciclatge requereix una classificació acurada de les bateries per evitar la contaminació dels productes resultants.

Processament tèrmic consisteix en la cocció de les cèl·lules en forns de disseny adequat. Com a resultat, es fonen i s'obtenen els seus òxids (matèries primeres per a les siderúrgiques). Inundat mètode consisteix en la possibilitat d'utilitzar bateries sense classificar, defecte i – el consum d'energia i la generació de productes de combustió nocius.

A més reciclable Les cèl·lules s'emmagatzemen en abocadors després d'una protecció prèvia contra l'entrada dels seus components al medi ambient. No obstant això, es tracta només d'una mitja mesura, ajornant la necessitat de fer front a aquest tipus de residus i al malbaratament de moltes matèries primeres valuoses.

També podem restaurar alguns dels nutrients al nostre laboratori de casa. Aquests són els components dels elements clàssics de Leclanche: zinc d'alta puresa de les tasses que envolten l'element i elèctrodes de grafit. Alternativament, podem separar el diòxid de manganès de la barreja dins de la mescla; simplement bullir-lo amb aigua (per eliminar les impureses solubles, principalment clorur d'amoni) i filtrar. El residu insoluble (contaminat amb pols de carbó) és adequat per a la majoria de reaccions que impliquen MnO.₂.

Però no només els elements utilitzats per alimentar els electrodomèstics són reciclables. Les bateries de cotxes velles també són una font de matèries primeres. D'ells s'extreu plom, que després s'utilitza en la fabricació de nous aparells, i s'eliminen els estoigs i l'electròlit que els omple.

No cal recordar a ningú els danys ambientals que poden causar la solució tòxica de metalls pesants i àcid sulfúric. Per a la nostra civilització tècnica en ràpid desenvolupament, l'exemple de les cèl·lules i bateries és un model. Un problema creixent no és la producció del producte en si, sinó la seva eliminació després del seu ús. Espero que els lectors de la revista Young Technician inspirin altres a reciclar amb el seu exemple.

Experiment 1: bateria de liti

cèl·lules de liti s'utilitzen en calculadores i per mantenir l'alimentació a la BIOS de les plaques base d'ordinadors (Fig. 4). Confirmem la presència de liti metàl·lic en ells.

Arròs. 4. Una cèl·lula de liti-manganès utilitzada per mantenir l'alimentació a la BIOS d'una placa base d'ordinador.

Després de desmuntar l'element (per exemple, el tipus comú CR2032), podem veure els detalls de l'estructura (Fig. 5): capa negra comprimida de diòxid de manganès MnO₂, un elèctrode separador porós impregnat amb una solució d'electròlit orgànic, aïllant un anell de plàstic i dues peces metàl·liques formant una carcassa.

Arròs. 5. Components d'una cèl·lula de liti-manganès: 1. La part inferior del cos amb una capa de metall de liti (elèctrode negatiu). 2. Separador impregnat amb una solució d'electròlit orgànic. 3. Capa premsada de diòxid de manganès (elèctrode positiu). 4. Anell de plàstic (aïllant d'electrodes). 5. Carcassa superior (terminal d'elèctrode positiu).

El més petit (l'elèctrode negatiu) està cobert amb una capa de liti, que s'enfosqueix ràpidament a l'aire. L'element s'identifica mitjançant una prova de flama. Per fer-ho, agafeu una mica de metall tou a l'extrem del filferro de ferro i introduïu la mostra a la flama del cremador: el color carmí indica la presència de liti (Fig. 6). Eliminarem els residus metàl·lics dissolent-los en aigua.

Arròs. 6. Una mostra de liti a la flama d'un cremador.

Col·loqueu un elèctrode metàl·lic amb una capa de liti en un vas de precipitats i aboqueu uns centímetres³ aigua. Es produeix una reacció violenta al recipient, acompanyada de l'alliberament de gas hidrogen:

L'hidròxid de liti és una base forta i el podem provar fàcilment amb paper indicador.

Experiència 2 - enllaç alcalí

Retalla un element alcalí d'un sol ús, per exemple, tipus LR6 ("dit", AA). Després d'obrir la copa metàl·lica, es veu l'estructura interna (Fig. 7): a l'interior hi ha una massa lleugera formant un ànode (hidròxid de potassi o de sodi i pols de zinc), i una capa fosca de diòxid de manganès MnO que l'envolta.₂ amb pols de grafit (càtode cel·lular).

Arròs. 7. Reacció alcalina de la massa ànode en una pila alcalina. Estructura cel·lular visible: massa lleugera formadora d'ànodes (KOH + pols de zinc) i diòxid de manganès fosc amb pols de grafit com a càtode.

Els elèctrodes estan separats entre si per un diafragma de paper. Aplicar una petita quantitat de substància lleugera a la tira reactiva i humitejar-la amb una gota d'aigua. El color blau indica la reacció alcalina de la massa de l'ànode. El tipus d'hidròxid utilitzat es verifica millor mitjançant una prova de flama. Una mostra de la mida de diverses llavors de rosella s'enganxa a un filferro de ferro remullat amb aigua i es col·loca a la flama d'un cremador.

El color groc indica l'ús d'hidròxid de sodi per part del fabricant, i el color rosa-porpra indica hidròxid de potassi. Com que els compostos de sodi contaminen gairebé totes les substàncies, i la prova de flama d'aquest element és extremadament sensible, el color groc de la flama pot emmascarar les línies espectrals del potassi. La solució és mirar la flama a través d'un filtre blau-violeta, que pot ser vidre de cobalt o una solució de colorant al matràs (índigo o violeta de metil que es troba al desinfectant de ferides, pioctà). El filtre absorbirà el color groc, el que us permetrà confirmar la presència de potassi a la mostra.

Codis de designació

Per facilitar la identificació del tipus cel·lular, s'ha introduït un codi alfanumèric especial. Per als tipus més comuns a les nostres cases, sembla: número-lletra-lletra-número, on:

- el primer dígit és el nombre de cel·les; ignorat per a cel·les individuals.

– la primera lletra indica el tipus de cel·la. Quan no hi ha, és una pila de zinc-grafit Leclanche (ànode: zinc, electròlit: clorur d'amoni, NH).₄Cl, clorur de zinc ZnCl₂, càtode: MnO diòxid de manganès₂). Altres tipus de cèl·lules s'etiqueten de la següent manera (també s'utilitza l'hidròxid de sodi més barat en lloc de l'hidròxid de potassi):

A, P – elements zinc-aire (ànode: zinc, l'oxigen atmosfèric es redueix en un càtode de grafit);

B, C, E, F, G - cèl·lules de liti (ànode: liti, però s'utilitzen moltes substàncies com a càtodes i electròlits);

H – Bateria de níquel-hidrur metàl·lic Ni-MH (hidrur metàl·lic, KOH, NiOOH);

K – Bateria de níquel-cadmi Ni-Cd (cadmi, KOH, NiOOH);

L – element alcalí (zinc, KOH, MnO₂);

M – element de mercuri (zinc, KOH; HgO), ja no s'utilitza;

S – element de plata (zinc, KOH; Ag₂SOBRE);

Z – element níquel-manganès (zinc, KOH, NiOOH, MnO₂).

- la lletra següent indica la forma de l'enllaç:

F - lamel·lar;

R - cilíndric;

S - rectangular;

P – la designació actual de les cel·les amb formes diferents de cilíndriques.

– la figura o xifres finals indiquen la mida de la referència (valors del catàleg o directament donant dimensions).

Exemples de marcatge:

R03
 - una cèl·lula de zinc-grafit de la mida d'un dit petit. Una altra designació és AAA o micro.

LR6 - una cèl·lula alcalina de la mida d'un dit. Una altra designació és AA o minion.

HR14  – Bateria Ni-MH, la lletra C també s'utilitza per a la mida.

KR20 – Bateria Ni-Cd, la mida de la qual també està marcada amb la lletra D.

3LR12 - una bateria plana amb una tensió de 4,5 V, formada per tres cel·les alcalines.

6F22 - Bateria de 9V; sis cel·les planes individuals de zinc-grafit estan tancades en una caixa rectangular.

CR2032 – Cèl·lula de liti-manganès (liti, electròlit orgànic, MnO₂) amb un diàmetre de 20 mm i un gruix de 3,2 mm.