Kémiai energiaforrások feldolgozása

Minden otthonban gyakori helyzet, hogy a nemrég vásárolt akkumulátorok már nem jók. Vagy lehet, hogy a környezetet óvva és egyben - pénztárcánk gazdagságáról - akkumulátorokat kaptunk? Egy idő után ők is megtagadják az együttműködést. Szóval a szemetesben? Egyáltalán nem! Ismerve a sejtek által a környezetben okozott fenyegetéseket, gyülekezési pontot fogunk keresni.

Gyűjtemény

Mekkora a probléma, amellyel foglalkozunk? A környezetvédelmi főfelügyelő 2011-es jelentése jelezte, hogy több mint 400 millió cella és akkumulátor. Körülbelül ugyanennyien követtek el öngyilkosságot.

Rizs. 1. Az állami gyűjteményekből származó nyersanyagok (felhasznált cellák) átlagos összetétele.

Tehát fejlődnünk kell mintegy 92 ezer tonna veszélyes hulladékot nehézfémeket (higany, kadmium, nikkel, ezüst, ólom) és számos kémiai vegyületet (kálium-hidroxid, ammónium-klorid, mangán-dioxid, kénsav) tartalmaz (1. ábra). Amikor kidobjuk őket - miután a bevonat korrodált - szennyezik a talajt és a vizet (2. ábra). Ne adjunk ilyen „ajándékot” a környezetnek, tehát magunknak. Ennek az összegnek 34%-a a szakosodott feldolgozók részaránya. Ezért még sok a tennivaló, és nem vigasztal, hogy nem csak Lengyelországban?

Rizs. 2. Korrodált sejtbevonatok.

Nincs többé mentségünk arra, hogy ne menjünk hova használt sejteket. Minden elemet és csereakkumulátort árusító üzletnek át kell vennie tőlünk azokat (valamint a régi elektronikai és háztartási gépeket). Ezenkívül sok üzletben és iskolában van olyan konténer, amelybe ketreceket helyezhetünk el. Tehát ne "elutasítsuk" és ne dobjuk ki a használt elemeket és akkumulátorokat a szemétbe. Egy kis kedvvel találunk egy gyűjtőpontot, és maguk a linkek olyan keveset nyomnak, hogy a link nem fáraszt minket.

osztályozás

Ahogy másoknál is újrahasznosítható anyagok, a hatékony átalakításnak a válogatás után van értelme. Az ipari üzemekből származó hulladék általában egységes minőségű, de a közgyűjteményekből származó hulladék a rendelkezésre álló cellatípusok keveréke. Így válik a kulcskérdéssé elkülönítés.

Lengyelországban a válogatás manuálisan történik, míg más európai országokban már vannak automatizált válogatósorok. Megfelelő lyukméretű szitákat használnak (lehetővé teszik különböző méretű sejtek szétválasztása) és röntgen (tartalomválogatás). A lengyelországi gyűjteményekből származó alapanyagok összetétele is kissé eltér.

Egészen a közelmúltig a klasszikus savas Leclanche sejtjeink domináltak. Csak a közelmúltban vált szembetűnővé a nyugati piacokat évekkel ezelőtt meghódító, modernebb alkáli elemek előnye. Mindenesetre mindkét típusú eldobható elem az összegyűjtött elemek több mint 90%-át teszi ki. A többi gombelem (órák (3. ábra) vagy számológép), újratölthető elemek és lítium akkumulátorok telefonokhoz és laptopokhoz. Az ilyen csekély részesedés oka az eldobható elemekhez képest magasabb ár és hosszabb élettartam.

Rizs. 3. Ezüst link karórák áramellátásához.

Feldolgozás

Az elválás után eljött a legfontosabb dolog ideje feldolgozási szakasz - nyersanyagok visszanyerése. Az egyes típusoknál a kapott termékek kissé eltérőek lesznek. A feldolgozási technikák azonban hasonlóak.

mechanikai feldolgozás malomban a hulladék őrléséből áll. A kapott frakciókat elektromágnesek (vas és ötvözetei) és speciális szitarendszerek (egyéb fémek, műanyag elemek, papír stb.) segítségével választják szét. Zaleto a módszer az, hogy nincs szükség az alapanyagok gondos válogatására a feldolgozás előtt, disszidál - nagy mennyiségű felhasználhatatlan hulladék, amelyet szemétlerakóba kell helyezni.

Hidrometallurgiai újrahasznosítás a sejtek feloldása savakban vagy bázisokban. A feldolgozás következő szakaszában a kapott oldatokat megtisztítják és elválasztják, például fémsókat, hogy tiszta elemeket kapjanak. Nagy előny a módszert alacsony energiafogyasztás és kis mennyiségű, ártalmatlanítást igénylő hulladék jellemzi. Disszidál Ez az újrahasznosítási módszer megköveteli az akkumulátorok gondos válogatását a keletkező termékek szennyeződésének elkerülése érdekében.

Termikus feldolgozás abból áll, hogy a cellákat a megfelelő kialakítású kemencékben égetjük ki. Ennek eredményeként oxidjaikat megolvasztják és előállítják (acélművek alapanyagai). Zaleto a módszer a válogatás nélküli akkumulátorok használatának lehetőségéből áll, disszidál valamint – energiafogyasztás és káros égéstermékek keletkezése.

kívül újrahasznosítható A cellákat a komponenseik környezetbe kerülése elleni előzetes védelem után hulladéklerakókban tárolják. Ez azonban csak egy fél intézkedés, ami elodázza az ilyen típusú hulladékok és számos értékes nyersanyag hulladékának kezelését.

Az otthoni laborunkban is helyreállíthatjuk a tápanyagok egy részét. Ezek a klasszikus Leclanche elemek összetevői - az elemet körülvevő csészékből származó nagy tisztaságú cink és grafitelektródák. Alternatív megoldásként elválaszthatjuk a mangán-dioxidot a keveréktől a keveréken belül - egyszerűen forraljuk fel vízzel (hogy eltávolítsuk az oldható szennyeződéseket, főleg az ammónium-kloridot), és szűrjük le. Az oldhatatlan (szénporral szennyezett) maradék a legtöbb MnO-t tartalmazó reakcióhoz alkalmas.₂.

De nemcsak a háztartási gépek táplálására használt elemek újrahasznosíthatók. A régi autóakkumulátorok is nyersanyagforrást jelentenek. Az ólmot kivonják belőlük, amit aztán új készülékek gyártásánál használnak fel, a tokot és az azokat kitöltő elektrolitot pedig ártalmatlanítják.

Senkit sem kell emlékeztetni arra, hogy milyen környezeti károkat okozhat a mérgező nehézfém- és kénsavoldat. Gyorsan fejlődő műszaki civilizációnk számára a cellák és akkumulátorok példája a példa. Egyre nagyobb probléma nem maga a termék előállítása, hanem a használat utáni ártalmatlanítása. Remélem, hogy a Fiatal Technikus magazin olvasói példájukkal másokat is az újrahasznosításra ösztönöznek.

1. kísérlet – lítium akkumulátor

lítium sejtek Számológépekben és számítógépes alaplapok BIOS-ának áramellátására használják (4. ábra). Erősítsük meg a fémes lítium jelenlétét bennük.

Rizs. 4. Lítium-mangán cella, amelyet a számítógép alaplapjának BIOS-ának fenntartásához használnak.

Az elem szétszerelése után (pl. a közönséges CR2032 típus) láthatjuk a szerkezet részleteit (5. ábra): fekete tömörített MnO mangán-dioxid réteg₂, szerves elektrolit oldattal impregnált porózus leválasztó elektróda, amely egy műanyag gyűrűt és két fémrészt szigetel, amelyek házat alkotnak.

Rizs. 5. Lítium-mangán cella alkotóelemei: 1. A test alsó része lítium fémréteggel (negatív elektróda). 2. Szerves elektrolit oldattal impregnált szeparátor. 3. Préselt mangán-dioxid réteg (pozitív elektróda). 4. Műanyag gyűrű (elektróda szigetelő). 5. Felső ház (pozitív elektróda csatlakozó).

A kisebb elektródát (a negatív elektródát) lítiumréteg borítja, amely gyorsan elsötétül a levegőben. Az elem azonosítása lángteszttel történik. Ehhez vegyünk némi puha fémet a vashuzal végére, és helyezzük a mintát az égő lángjába – a kármin szín a lítium jelenlétét jelzi (6. ábra). A fémmaradványokat vízben való feloldással ártalmatlanítjuk.

Rizs. 6. Lítium minta égő lángjában.

Helyezzen egy fémelektródát egy lítiumréteggel egy főzőpohárba, és öntsön néhány cm-t³ víz. Az edényben heves reakció megy végbe, hidrogéngáz felszabadulásával:

A lítium-hidroxid erős bázis, indikátorpapírral könnyen tesztelhetjük.

2. tapasztalat - lúgos kötés

Vágjon ki egy eldobható alkáli elemet, például LR6 típusú („ujj”, AA). A fémpohár kinyitása után látható a belső szerkezet (7. ábra): belsejében egy anódot alkotó világos tömeg (kálium- vagy nátrium-hidroxid és cinkpor), és egy sötét mangán-dioxid MnO réteg veszi körül.₂ grafitporral (cellakatód).

Rizs. 7. Az anódtömeg lúgos reakciója lúgos cellában. Látható sejtszerkezet: könnyű anódképző tömeg (KOH + cinkpor) és sötét mangán-dioxid, katódként grafitporral.

Az elektródákat papírmembrán választja el egymástól. Vigyen fel kis mennyiségű könnyű anyagot a tesztcsíkra, és nedvesítse meg egy csepp vízzel. A kék szín az anódpaszta lúgos reakcióját jelzi. Az alkalmazott hidroxid típusát legjobban lángpróbával lehet ellenőrizni. Több mákszem nagyságú mintát vízzel átitatott vashuzalra ragasztunk, és égő lángba helyezzük.

A sárga szín azt jelzi, hogy a gyártó nátrium-hidroxidot használ, a rózsaszín-lila szín pedig a kálium-hidroxidot. Mivel a nátriumvegyületek szinte minden anyagot szennyeznek, és ennek az elemnek a lángtesztje rendkívül érzékeny, a láng sárga színe elfedheti a kálium spektrumvonalait. A megoldás az, hogy a lángot kék-ibolya szűrőn keresztül nézzük, ami lehet kobaltüveg vagy a lombikban lévő festékoldat (a sebfertőtlenítőben található indigó vagy metilibolya, pioktán). A szűrő elnyeli a sárga színt, így ellenőrizheti a kálium jelenlétét a mintában.

Elnevezési kódok

A cellatípus azonosításának megkönnyítésére egy speciális alfanumerikus kódot vezettek be. Otthonunkban a leggyakoribb típusoknál ez így néz ki: szám-betű-betű-szám, ahol:

- az első számjegy a cellák száma; figyelmen kívül hagyva az egyes celláknál.

– az első betű a cella típusát jelzi. Ha nincs, ez egy Leclanche cink-grafit cella (anód: cink, elektrolit: ammónium-klorid, NH₄Cl, cink-klorid ZnCl₂, katód: mangán-dioxid MnO₂). A többi sejttípust a következőképpen jelölik (kálium-hidroxid helyett az olcsóbb nátrium-hidroxidot is használják):

A, P – cink-levegő elemek (anód: cink, a légköri oxigént grafit katódon redukálják);

B, C, E, F, G - lítium cellák (anód: lítium, de sok anyagot használnak katódként és elektrolitként);

H – Ni-MH nikkel-fémhidrid akkumulátor (fémhidrid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikkel-kadmium akkumulátor (kadmium, KOH, NiOOH);

L - lúgos elem (cink, KOH, MnO₂);

M – higanyelem (cink, KOH; HgO), már nem használják;

S – ezüst elem (cink, KOH; Ag₂RÓL RŐL);

Z – nikkel-mangán elem (cink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- a következő betű a link alakját jelzi:

F - lamellás;

R - hengeres;

S - téglalap alakú;

P – a hengerestől eltérő alakú cellák jelenlegi megnevezése.

– a végső ábra vagy számok jelzik a referencia méretét (katalógusértékek vagy közvetlenül megadva a méreteket).

Jelölési példák:

R03
 - egy kisujjnyi méretű cink-grafit cella. Egy másik megjelölés AAA vagy micro.

LR6 - ujjnyi méretű lúgos sejt. Egy másik elnevezés az AA vagy minion.

HR14  – Ni-MH akkumulátor, a méretnél a C betű is használatos.

KR20 – Ni-Cd akkumulátor, melynek mérete szintén D betűvel van jelölve.

3LR12 - 4,5 V feszültségű, három alkáli cellából álló, lemerült akkumulátor.

6F22 – 9V-os elem; hat egyedi sík cink-grafit cella van egy téglalap alakú tokban.

CR2032 – lítium-mangán cella (lítium, szerves elektrolit, MnO₂) 20 mm átmérőjű és 3,2 mm vastagságú.