Pemprosesan sumber tenaga kimia

Situasi biasa di setiap rumah ialah bateri yang dibeli baru-baru ini tidak lagi bagus. Atau mungkin, menjaga alam sekitar, dan pada masa yang sama - tentang kekayaan dompet kita, kita mendapat bateri? Selepas beberapa ketika, mereka juga akan menolak untuk bekerjasama. Jadi dalam tong sampah? Sama sekali tidak! Mengetahui tentang ancaman yang disebabkan oleh sel dalam persekitaran, kami akan mencari titik perhimpunan.

Koleksi

Apakah skala masalah yang kita hadapi? Laporan 2011 oleh Ketua Pemeriksa Alam Sekitar menunjukkan bahawa lebih daripada 400 juta sel dan bateri. Kira-kira jumlah yang sama membunuh diri.

nasi. 1. Purata komposisi bahan mentah (sel terpakai) daripada koleksi negeri.

Jadi kita perlu membangunkan kira-kira 92 ribu tan sisa berbahaya mengandungi logam berat (merkuri, kadmium, nikel, perak, plumbum) dan beberapa sebatian kimia (kalium hidroksida, ammonium klorida, mangan dioksida, asid sulfurik) (Rajah 1). Apabila kita membuangnya - selepas salutan telah berkarat - ia mencemarkan tanah dan air (Rajah 2). Jangan kita membuat "hadiah" sedemikian kepada alam sekitar, dan oleh itu kepada diri kita sendiri. Daripada jumlah ini, 34% telah diambil kira oleh pemproses khusus. Oleh itu, masih banyak yang perlu dilakukan, dan ia bukan satu penghiburan bahawa ia bukan sahaja di Poland?

nasi. 2. Salutan sel terhakis.

Kami tidak lagi mempunyai alasan untuk tidak ke mana-mana sel terpakai. Setiap kedai yang menjual bateri dan penggantian dikehendaki menerimanya daripada kami (serta elektronik lama dan perkakas rumah). Selain itu, banyak kedai dan sekolah mempunyai bekas di mana kita boleh meletakkan sangkar. Oleh itu, jangan kita "disclaim" dan tidak membuang bateri dan penumpuk terpakai ke dalam tong sampah. Dengan sedikit keinginan, kita akan menemui titik perhimpunan, dan pautan itu sendiri beratnya sangat kecil sehingga pautan itu tidak akan memenatkan kita.

Сортировка

Seperti yang lain bahan kitar semula, transformasi yang cekap masuk akal selepas mengisih. Sisa daripada loji perindustrian biasanya berkualiti seragam, tetapi sisa daripada koleksi awam adalah campuran jenis sel yang ada. Oleh itu, persoalan utama menjadi pengasingan.

Di Poland pengisihan dilakukan secara manual, manakala negara Eropah yang lain sudah mempunyai garisan pengisihan automatik. Mereka menggunakan ayak dengan saiz mesh yang sesuai (membolehkan pemisahan sel yang berlainan saiz) dan x-ray (isih kandungan). Komposisi bahan mentah dari koleksi di Poland juga sedikit berbeza.

Sehingga baru-baru ini, sel Leclanche berasid klasik kami didominasi. Baru-baru ini kelebihan unsur alkali yang lebih moden, yang menakluki pasaran Barat bertahun-tahun yang lalu, telah menjadi ketara. Walau apa pun, kedua-dua jenis sel pakai buang menyumbang lebih daripada 90% daripada bateri yang dikumpul. Selebihnya ialah bateri butang (jam tangan berkuasa (Rajah 3) atau kalkulator), bateri boleh dicas semula dan bateri litium untuk telefon dan komputer riba. Alasan untuk bahagian kecil itu adalah harga yang lebih tinggi dan hayat perkhidmatan yang lebih lama berbanding dengan elemen pakai buang.

nasi. 3. Pautan perak digunakan untuk menghidupkan jam tangan.

Pemprosesan

Selepas perpisahan, sudah tiba masanya untuk perkara yang paling penting peringkat pemprosesan - pemulihan bahan mentah. Bagi setiap jenis, produk yang diterima akan berbeza sedikit. Walau bagaimanapun, teknik pemprosesan adalah serupa.

pemprosesan mekanikal terdiri daripada mengisar sisa di kilang. Pecahan yang terhasil diasingkan menggunakan elektromagnet (besi dan aloinya) dan sistem ayak khas (logam lain, unsur plastik, kertas, dll.). Zaleto kaedahnya terletak pada hakikat bahawa tidak perlu menyusun bahan mentah dengan teliti sebelum diproses, kecacatan - sejumlah besar sisa tidak boleh digunakan yang memerlukan pelupusan di tapak pelupusan.

Kitar semula hidrometalurgi ialah pembubaran sel dalam asid atau bes. Pada peringkat seterusnya pemprosesan, penyelesaian yang terhasil disucikan dan diasingkan, sebagai contoh, garam logam, untuk mendapatkan unsur tulen. Besar kelebihan kaedah ini dicirikan oleh penggunaan tenaga yang rendah dan sejumlah kecil sisa yang memerlukan pelupusan. Kecacatan Kaedah kitar semula ini memerlukan pengisihan bateri yang teliti untuk mengelakkan pencemaran produk yang terhasil.

Pemprosesan haba terdiri daripada membakar sel dalam ketuhar dengan reka bentuk yang sesuai. Akibatnya, oksida mereka cair dan diperolehi (bahan mentah untuk kilang keluli). Zaleto kaedah terdiri daripada kemungkinan menggunakan bateri yang tidak diisih, kecacatan dan – penggunaan tenaga dan penjanaan produk pembakaran berbahaya.

Selain itu boleh dikitar semula Sel-sel disimpan di tapak pelupusan selepas perlindungan awal terhadap kemasukan komponennya ke dalam persekitaran. Walau bagaimanapun, ini hanya separuh langkah, menangguhkan keperluan untuk menangani sisa jenis ini dan pembaziran banyak bahan mentah yang berharga.

Kami juga boleh memulihkan beberapa nutrien dalam makmal rumah kami. Ini ialah komponen unsur Leclanche klasik - zink ketulenan tinggi daripada cawan yang mengelilingi unsur tersebut, dan elektrod grafit. Sebagai alternatif, kita boleh mengasingkan mangan dioksida daripada campuran dalam campuran - hanya rebus dengan air (untuk menghilangkan kekotoran larut, terutamanya ammonium klorida) dan tapis. Sisa tidak larut (tercemar dengan habuk arang batu) sesuai untuk kebanyakan tindak balas yang melibatkan MnO.₂.

Tetapi bukan sahaja unsur-unsur yang digunakan untuk membekalkan tenaga kepada perkakas rumah boleh dikitar semula. Bateri kereta lama juga merupakan sumber bahan mentah. Plumbum diekstrak daripadanya, yang kemudiannya digunakan dalam pembuatan peranti baharu, dan bekas serta elektrolit yang mengisinya dilupuskan.

Tiada siapa yang perlu diingatkan tentang kerosakan alam sekitar yang boleh disebabkan oleh logam berat toksik dan larutan asid sulfurik. Untuk tamadun teknikal kita yang pesat membangun, contoh sel dan bateri adalah model. Masalah yang semakin meningkat bukanlah pengeluaran produk itu sendiri, tetapi pelupusannya selepas digunakan. Saya berharap pembaca majalah "Juruteknik Muda" akan memberi inspirasi kepada orang lain untuk mengitar semula melalui teladan mereka.

Percubaan 1 - bateri litium

sel litium ia digunakan dalam kalkulator dan untuk mengekalkan kuasa kepada BIOS motherboard komputer (Gamb. 4). Mari kita sahkan kehadiran litium logam di dalamnya.

nasi. 4. Sel litium-mangan yang digunakan untuk mengekalkan kuasa kepada BIOS papan induk komputer.

Selepas membuka elemen (contohnya, jenis biasa CR2032), kita boleh melihat butiran struktur (Rajah 5): lapisan termampat hitam mangan dioksida MnO₂, elektrod pemisah berliang yang diresapi dengan larutan elektrolit organik, penebat gelang plastik dan dua bahagian logam membentuk perumah.

nasi. 5. Komponen sel litium-mangan: 1. Bahagian bawah badan dengan lapisan logam litium (elektrod negatif). 2. Pemisah diresapi dengan larutan elektrolit organik. 3. Lapisan mangan dioksida (elektrod positif). 4. Gelang plastik (penebat elektrod). 5. Perumah atas (terminal elektrod positif).

Yang lebih kecil (elektrod negatif) ditutup dengan lapisan litium, yang dengan cepat menjadi gelap di udara. Unsur tersebut dikenal pasti melalui ujian nyalaan. Untuk melakukan ini, ambil beberapa logam lembut pada hujung dawai besi dan masukkan sampel ke dalam api pembakar - warna carmine menunjukkan kehadiran litium (Rajah 6). Kami membuang sisa logam dengan melarutkannya dalam air.

nasi. 6. Sampel litium dalam nyalaan penunu.

Letakkan elektrod logam dengan lapisan litium dalam bikar dan tuangkan beberapa cm³ air. Tindak balas ganas berlaku di dalam kapal, disertai dengan pembebasan gas hidrogen:

Litium hidroksida ialah asas yang kuat dan kita boleh mengujinya dengan mudah dengan kertas penunjuk.

Pengalaman 2 - ikatan alkali

Potong unsur alkali pakai buang, contohnya, taip LR6 (“jari”, AA). Selepas membuka cawan logam, struktur dalaman boleh dilihat (Rajah 7): di dalamnya terdapat jisim ringan yang membentuk anod (kalium atau natrium hidroksida dan habuk zink), dan lapisan gelap mangan dioksida MnO mengelilinginya.₂ dengan habuk grafit (katod sel).

nasi. 7. Tindak balas alkali jisim anod dalam sel alkali. Struktur selular yang boleh dilihat: jisim membentuk anod ringan (KOH + habuk zink) dan mangan dioksida gelap dengan habuk grafit sebagai katod.

Elektrod dipisahkan antara satu sama lain oleh diafragma kertas. Sapukan sedikit bahan ringan pada jalur ujian dan lembapkannya dengan setitik air. Warna biru menunjukkan tindak balas alkali pes anod. Jenis hidroksida yang digunakan paling baik disahkan oleh ujian nyalaan. Satu sampel saiz beberapa biji popia dilekatkan pada dawai besi yang direndam dalam air dan diletakkan di dalam api penunu.

Warna kuning menunjukkan penggunaan natrium hidroksida oleh pengilang, dan warna merah jambu-ungu menunjukkan kalium hidroksida. Oleh kerana sebatian natrium mencemarkan hampir semua bahan, dan ujian nyalaan untuk unsur ini adalah sangat sensitif, warna kuning nyalaan boleh menutup garisan spektrum kalium. Penyelesaiannya adalah untuk melihat nyalaan melalui penapis biru-ungu, yang boleh berupa kaca kobalt atau larutan pewarna dalam kelalang (indigo atau metil ungu yang terdapat dalam pembasmi kuman luka, pyoctane). Penapis akan menyerap warna kuning, membolehkan anda mengesahkan kehadiran kalium dalam sampel.

Kod jawatan

Untuk memudahkan pengecaman jenis sel, kod alfanumerik khas telah diperkenalkan. Untuk jenis yang paling biasa di rumah kami, ia kelihatan seperti: nombor-huruf-huruf-nombor, di mana:

- digit pertama ialah bilangan sel; diabaikan untuk sel tunggal.

– huruf pertama menunjukkan jenis sel. Apabila tiada, ia adalah sel zink-grafit Leclanche (anod: zink, elektrolit: ammonium klorida, NH₄Cl, zink klorida ZnCl₂, katod: mangan dioksida MnO₂). Jenis sel lain dilabelkan seperti berikut (natrium hidroksida yang lebih murah juga digunakan sebagai pengganti kalium hidroksida):

A, P – unsur zink-udara (anod: zink, oksigen atmosfera dikurangkan pada katod grafit);

B, C, E, F, G - sel litium (anod: litium, tetapi banyak bahan digunakan sebagai katod dan elektrolit);

H – Bateri hidrida nikel-logam Ni-MH (hidrida logam, KOH, NiOOH);

K – Bateri nikel-kadmium Ni-Cd (kadmium, KOH, NiOOH);

L – unsur alkali (zink, KOH, MnO₂);

M – unsur merkuri (zink, KOH; HgO), tidak lagi digunakan;

S – unsur perak (zink, KOH; Ag₂TENTANG);

Z – unsur nikel-mangan (zink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- huruf berikut menunjukkan bentuk pautan:

F - lamellar;

R - silinder;

S - segi empat tepat;

P – sebutan semasa sel dengan bentuk selain daripada silinder.

– angka atau angka akhir menunjukkan saiz rujukan (nilai katalog atau secara langsung memberi dimensi).

Contoh penandaan:

R03
 - sel zink-grafit sebesar jari kelingking. Nama lain ialah AAA atau mikro.

LR6 - sel beralkali sebesar jari. Nama lain ialah AA atau minion.

HR14  – Bateri Ni-MH, huruf C juga digunakan untuk saiz.

KR20 – Bateri Ni-Cd, yang saiznya juga ditandakan dengan huruf D.

3LR12 - bateri rata dengan voltan 4,5 V, yang terdiri daripada tiga sel alkali.

6F22 – Bateri 9V; enam sel zink-grafit planar individu disertakan dalam bekas segi empat tepat.

CR2032 – sel litium-mangan (lithium, elektrolit organik, MnO₂) dengan diameter 20 mm dan ketebalan 3,2 mm.