Procesamento de fontes de enerxía química

Unha situación común en todos os fogares é que as baterías compradas recentemente xa non son boas. Ou quizais, coidando o medio ambiente e, ao mesmo tempo, sobre a riqueza da nosa carteira, temos pilas? Despois dun tempo, tamén se negarán a cooperar. Entón, no lixo? Absolutamente non! Coñecendo as ameazas que provocan as células no medio, buscaremos un punto de concentración.

Colección

Cal é a magnitude do problema co que estamos a tratar? Un informe de 2011 do Inspector Xefe de Medio Ambiente indicaba que máis de 400 millóns de pilas e baterías. Aproximadamente o mesmo número suicidouse.

Arroz. 1. Composición media das materias primas (células usadas) das coleccións estatais.

Así que temos que desenvolvernos preto de 92 mil toneladas de residuos perigosos que conteñen metais pesados ​​(mercurio, cadmio, níquel, prata, chumbo) e unha serie de compostos químicos (hidróxido de potasio, cloruro de amonio, dióxido de manganeso, ácido sulfúrico) (Fig. 1). Cando os tiramos -despois de corroer o revestimento- contaminan o chan e a auga (fig. 2). Non fagamos tal “agasallo” ao medio ambiente, e polo tanto a nós mesmos. Desta cantidade, o 34% correspondeu a procesadores especializados. Polo tanto, aínda queda moito por facer, e non é un consolo que non sexa só en Polonia?

Arroz. 2. Revestimentos de células corroídas.

Xa non temos escusa para non ir células usadas. Todos os puntos de venda que vendan baterías e recambios están obrigados a aceptalos (así como os electrónicos e electrodomésticos antigos). Ademais, moitas tendas e colexios teñen contedores nos que podemos poñer gaiolas. Así que non "desengademos" e non tiremos as pilas e acumuladores usados ​​ao lixo. Cun pouco de ganas atoparemos un punto de concentración, e os propios enlaces pesan tan pouco que o enlace non nos cansará.

Ordenación

Como con outros materiais reciclables, a transformación eficiente ten sentido despois da clasificación. Os residuos das plantas de fabricación adoitan ser de calidade uniforme, pero os residuos das coleccións públicas son unha mestura de tipos de células dispoñibles. Así, a pregunta clave convértese segregación.

En Polonia a clasificación faise manualmente, mentres que outros países europeos xa teñen liñas de clasificación automatizadas. Usan peneiras con tamaños de malla adecuados (permitindo separación de células de diferentes tamaños) e radiografía (clasificación de contidos). A composición das materias primas das coleccións en Polonia tamén é lixeiramente diferente.

Ata hai pouco, dominaban as nosas clásicas células de Leclanche ácidas. É só recentemente cando se fixo notar a vantaxe das células alcalinas máis modernas, que conquistaron os mercados occidentais hai moitos anos. En calquera caso, ambos tipos de pilas desbotables representan máis do 90% das pilas recollidas. O resto son pilas de botón (alimentando reloxos (Fig. 3) ou calculadoras), pilas recargables e pilas de litio para teléfonos e portátiles. O motivo dunha participación tan pequena é o prezo máis elevado e a vida útil máis longa en comparación cos elementos desbotables.

Arroz. 3. Elo prateado usado para alimentar reloxos de pulso.

Procesamento

Despois da ruptura, é hora do máis importante etapa de procesamento - recuperación de materias primas. Para cada tipo, os produtos recibidos serán lixeiramente diferentes. Non obstante, as técnicas de procesamento son similares.

procesamento mecánico consiste en moer os residuos en muíños. As fraccións resultantes sepáranse mediante electroimáns (ferro e as súas aliaxes) e sistemas especiais de criba (outros metais, elementos plásticos, papel, etc.). Zaleto o método reside no feito de que non é necesario clasificar coidadosamente as materias primas antes do procesamento, defecto - unha gran cantidade de residuos inservibles que requiren a súa eliminación en vertedoiros.

Reciclaxe hidrometalúrxica é a disolución das células en ácidos ou bases. Na seguinte fase de procesamento, as solucións resultantes purifícanse e sepáranse, por exemplo, sales metálicas, para obter elementos puros. Grande vantaxe o método caracterízase por un baixo consumo de enerxía e unha pequena cantidade de residuos que requiren eliminación. Defecto Este método de reciclaxe require unha coidadosa clasificación das baterías para evitar a contaminación dos produtos resultantes.

Procesamento térmico consiste en cocer as celas en fornos de deseño axeitado. Como resultado, os seus óxidos se funden e obtéñense (materias primas para siderurxia). Zaleto método consiste na posibilidade de utilizar baterías sen clasificar, defecto e – consumo de enerxía e xeración de produtos da combustión nocivos.

agás reciclables As células almacénanse en vertedoiros despois da protección previa contra a entrada dos seus compoñentes no medio ambiente. Non obstante, esta é só unha media medida, adiando a necesidade de facer fronte a este tipo de residuos e ao desperdicio de moitas materias primas valiosas.

Tamén podemos restaurar algúns dos nutrientes no noso laboratorio doméstico. Estes son os compoñentes dos elementos clásicos de Leclanche: zinc de alta pureza das copas que rodean o elemento e electrodos de grafito. Alternativamente, podemos separar o dióxido de manganeso da mestura dentro da mestura, simplemente ferva con auga (para eliminar as impurezas solubles, principalmente cloruro de amonio) e filtra. O residuo insoluble (contaminado con po de carbón) é adecuado para a maioría das reaccións que implican MnO.₂.

Pero non só os elementos utilizados para alimentar os electrodomésticos son reciclables. As baterías de automóbiles antigas tamén son unha fonte de materias primas. Deles extráese chumbo, que despois se emprega na fabricación de novos aparellos, e desfórzanse das caixas e do electrólito que os enche.

Non hai que lembrar a ninguén o dano ambiental que pode causar a solución tóxica de metais pesados ​​e ácido sulfúrico. Para a nosa civilización técnica en rápido desenvolvemento, o exemplo das células e baterías é un modelo. Un problema cada vez maior non é a produción do produto en si, senón a súa eliminación despois do seu uso. Espero que os lectores da revista Young Technician inspiren a outros a reciclar co seu exemplo.

Experimento 1: batería de litio

células de litio utilízanse en calculadoras e para manter a alimentación na BIOS das placas base de ordenadores (Fig. 4). Confirmemos a presenza de litio metálico neles.

Arroz. 4. Unha célula de litio-manganeso utilizada para manter a alimentación na BIOS dunha placa base de ordenador.

Despois de desmontar o elemento (por exemplo, o tipo común CR2032), podemos ver os detalles da estrutura (Fig. 5): capa negra comprimida de dióxido de manganeso MnO₂, un eléctrodo separador poroso impregnado cunha solución de electrólitos orgánicos, illante un anel de plástico e dúas pezas metálicas que forman unha carcasa.

Arroz. 5. Compoñentes dunha pila de litio-manganeso: 1. A parte inferior do corpo cunha capa de litio metálico (electrodo negativo). 2. Separador impregnado cunha solución de electrólitos orgánicos. 3. Capa prensada de dióxido de manganeso (electrodo positivo). 4. Anel de plástico (illante de electrodos). 5. Carcasa superior (terminal do electrodo positivo).

O máis pequeno (o electrodo negativo) está cuberto cunha capa de litio, que se escurece rapidamente no aire. O elemento identifícase mediante unha proba de chama. Para iso, tome un pouco de metal brando no extremo do fío de ferro e introduza a mostra na chama do queimador: a cor carmín indica a presenza de litio (Fig. 6). Eliminamos os residuos metálicos disolvendoos en auga.

Arroz. 6. Unha mostra de litio na chama dun queimador.

Coloca nun vaso de precipitados un electrodo metálico cunha capa de litio e bota uns centímetros³ auga. No recipiente prodúcese unha reacción violenta, acompañada da liberación de gas hidróxeno:

O hidróxido de litio é unha base forte e podemos probalo facilmente con papel indicador.

Experiencia 2 - enlace alcalino

Recorta un elemento alcalino desbotable, por exemplo, tipo LR6 ("dedo", AA). Despois de abrir a copa metálica é visible a estrutura interna (Fig. 7): no seu interior hai unha masa lixeira formando un ánodo (hidróxido de potasio ou de sodio e po de cinc), e unha capa escura de dióxido de manganeso MnO que o rodea.₂ con po de grafito (cátodo celular).

Arroz. 7. Reacción alcalina da masa do ánodo nunha pila alcalina. Estrutura celular visible: masa lixeira formadora de ánodos (KOH + po de cinc) e dióxido de manganeso escuro con po de grafito como cátodo.

Os electrodos están separados entre si por un diafragma de papel. Aplique unha pequena cantidade de substancia lixeira á tira de proba e humedeceo cunha pinga de auga. A cor azul indica a reacción alcalina da masa do ánodo. O tipo de hidróxido utilizado verifícase mellor mediante unha proba de chama. Unha mostra do tamaño de varias sementes de papoula pégase a un fío de ferro empapado en auga e colócase na chama do queimador.

A cor amarela indica o uso de hidróxido de sodio polo fabricante, e a cor rosa-púrpura indica o hidróxido de potasio. Dado que os compostos de sodio contaminan case todas as substancias e a proba de chama para este elemento é extremadamente sensible, a cor amarela da chama pode enmascarar as liñas espectrais do potasio. A solución é mirar a chama a través dun filtro azul-violeta, que pode ser vidro de cobalto ou unha solución de colorante no matraz (índigo ou violeta de metilo que se atopa no desinfectante de feridas, pioctano). O filtro absorberá a cor amarela, o que lle permitirá confirmar a presenza de potasio na mostra.

Códigos de designación

Para facilitar a identificación do tipo celular, introduciuse un código alfanumérico especial. Para os tipos máis comúns nas nosas casas, parece: número-letra-letra-número, onde:

- o primeiro díxito é o número de celas; ignorado para células individuais.

– a primeira letra indica o tipo de cela. Cando está ausente, é unha pila de zinc-grafito Leclanche (ánodo: cinc, electrólito: cloruro de amonio, NH₄Cl, cloruro de cinc ZnCl₂, cátodo: MnO dióxido de manganeso₂). Outros tipos de células están etiquetados como segue (o hidróxido de sodio máis barato tamén se usa en lugar do hidróxido de potasio):

A, P – elementos zinc-aire (ánodo: cinc, o osíxeno atmosférico redúcese nun cátodo de grafito);

B, C, E, F, G - pilas de litio (ánodo: litio, pero utilízanse moitas substancias como cátodos e electrólitos);

H – Batería de níquel-hidruro metálico Ni-MH (hidruro metálico, KOH, NiOOH);

K – Batería de níquel-cadmio Ni-Cd (cadmio, KOH, NiOOH);

L – Elemento alcalino (zinc, KOH, MnO₂);

M – elemento mercurio (zinc, KOH; HgO), xa non se usa;

S – elemento de prata (zinc, KOH; Ag₂O);

Z – elemento níquel-manganeso (zinc, KOH, NiOOH, MnO₂).

- a seguinte letra indica a forma da ligazón:

F - laminar;

R - cilíndrico;

S - rectangular;

P – a designación actual das celas con formas distintas das cilíndricas.

– a figura ou as cifras finais indican o tamaño da referencia (valores do catálogo ou directamente indicando dimensións).

Exemplos de marcado:

R03
 - unha célula de zinc-grafito do tamaño dun dedo meñique. Outra designación é AAA ou micro.

LR6 - unha célula alcalina do tamaño dun dedo. Outra designación é AA ou minion.

HR14  – Batería Ni-MH, a letra C tamén se usa para o tamaño.

KR20 – Batería Ni-Cd, cuxo tamaño tamén está marcado coa letra D.

3LR12 - unha batería plana cunha tensión de 4,5 V, formada por tres pilas alcalinas.

6F22 - Batería de 9 V; seis células planas individuais de cinc-grafito están encerradas nunha caixa rectangular.

CR2032 – pila de litio-manganeso (litio, electrólito orgánico, MnO₂) cun diámetro de 20 mm e un grosor de 3,2 mm.