Keemiliste energiaallikate töötlemine

Igas kodus on levinud olukord, et hiljuti ostetud akud ei ole enam head. Või äkki saime keskkonna eest hoolitsedes ja samal ajal rahakoti rikkuse osas akud? Mõne aja pärast keelduvad nad ka koostööst. Nii et prügikastis? Absoluutselt mitte! Teades ohtudest, mida rakud keskkonnas põhjustavad, otsime koondumispunkti.

Kogumine

Millise ulatusega on probleem, millega me tegeleme? Keskkonna peainspektori 2011. aasta aruanne näitas, et rohkem kui 400 miljonit elementi ja akut. Umbes sama palju tegi enesetapu.

Riis. 1. Riigikogude tooraine (kasutatud rakkude) keskmine koostis.

Seega peame arenema umbes 92 tuhat tonni ohtlikke jäätmeid mis sisaldab raskemetalle (elavhõbe, kaadmium, nikkel, hõbe, plii) ja mitmeid keemilisi ühendeid (kaaliumhüdroksiid, ammooniumkloriid, mangaandioksiid, väävelhape) (joon. 1). Kui me need ära viskame – pärast katte korrodeerumist – saastavad nad pinnast ja vett (joonis 2). Ärgem tehkem sellist "kingitust" keskkonnale ja seega ka iseendale. Sellest summast 34% moodustasid spetsialiseerunud töötlejad. Seetõttu on veel palju teha ja see ei lohuta, et see pole ainult Poolas?

Riis. 2. Korrodeerunud rakukatted.

Meil pole enam vabandust, et kuhugi minna kasutatud rakud. Iga akusid ja nende asendusi müüv kauplus on kohustatud need meilt vastu võtma (nagu ka vana elektroonika ja kodumasinad). Samuti on paljudes poodides ja koolides konteinerid, kuhu saame puure panna. Nii et ärgem "lahti ütleme" ja ärgem visakem kasutatud patareisid ja akusid prügikasti. Väikese sooviga leiame rallipunkti ja lingid ise kaaluvad nii vähe, et link meid ei väsita.

Сортировка

Nagu ka teistega taaskasutatavad materjalid, on tõhus teisendus pärast sorteerimist mõistlik. Tootmisettevõtete jäätmed on tavaliselt ühtlase kvaliteediga, kuid avalike kogude jäätmed on segu saadaolevatest rakutüüpidest. Seega saab võtmeküsimuseks eraldamine.

Poolas toimub sorteerimine käsitsi, teistes Euroopa riikides on juba automatiseeritud sorteerimisliinid. Nad kasutavad sobiva silmasuurusega sõelu (võimaldavad erineva suurusega rakkude eraldamine) ja röntgenikiirgus (sisu sorteerimine). Veidi erinev on ka Poola kollektsioonidest pärit tooraine koostis.

Kuni viimase ajani domineerisid meie klassikalised happelised Leclanche'i rakud. Alles hiljuti on märgata palju aastaid tagasi lääne turud vallutanud moodsamate leeliseliste elementide eelis. Igal juhul moodustavad mõlemat tüüpi ühekordsed elemendid üle 90% kogutud patareidest. Ülejäänud on nööpatareid (toitekellad (joon. 3) või kalkulaatorid), laetavad akud ja liitiumakud telefonidele ja sülearvutitele. Nii väikese osakaalu põhjuseks on kõrgem hind ja pikem kasutusiga võrreldes ühekordselt kasutatavate elementidega.

Riis. 3. Hõbedane lüli, mida kasutatakse käekellade toiteks.

Töötlemine

Pärast lahkuminekut on aeg kõige tähtsama jaoks töötlemise etapp - tooraine taaskasutamine. Iga tüübi puhul on saadud tooted veidi erinevad. Töötlemistehnikad on aga sarnased.

mehaaniline töötlemine seisneb jäätmete jahvatamises veskites. Saadud fraktsioonid eraldatakse elektromagnetite (raud ja selle sulamid) ja spetsiaalsete sõelasüsteemide (muud metallid, plastelemendid, paber jne) abil. Zaleto meetod seisneb selles, et enne töötlemist ei ole vaja toorainet hoolikalt sorteerida, defekt - suur hulk kasutuskõlbmatuid jäätmeid, mis tuleb ladestada prügilasse.

Hüdrometallurgiline ringlussevõtt on rakkude lahustumine hapetes või alustes. Töötlemise järgmises etapis saadud lahused puhastatakse ja eraldatakse, näiteks metallisoolad, et saada puhtad elemendid. Suur eelis meetodit iseloomustab väike energiakulu ja väike kogus jäätmeid, mis vajavad kõrvaldamist. Defekt See taaskasutusmeetod nõuab patareide hoolikat sorteerimist, et vältida tekkivate toodete saastumist.

Termiline töötlemine seisneb elementide põletamises sobiva konstruktsiooniga ahjudes. Selle tulemusena sulatatakse ja saadakse nende oksiidid (terasetehaste tooraine). Zaleto meetod seisneb võimaluses kasutada sorteerimata patareisid, defekt ja – energiatarbimine ja kahjulike põlemisproduktide teke.

Pealegi taaskasutatav Rakke ladustatakse prügilasse pärast eelkaitset nende komponentide keskkonda sattumise eest. See on aga vaid pool meede, mis lükkab edasi vajadust tegeleda seda tüüpi jäätmete ja paljude väärtuslike toorainete jäätmetega.

Osa toitaineid saame taastada ka oma koduses laboris. Need on klassikaliste Leclanche'i elementide komponendid – elementi ümbritsevate tasside kõrge puhtusastmega tsink ja grafiitelektroodid. Teise võimalusena võime mangaandioksiidi segu sees olevast segust eraldada – lihtsalt keeta veega (lahustuvate lisandite, peamiselt ammooniumkloriidi eemaldamiseks) ja filtreerida. Lahustumatu jääk (söetolmuga saastunud) sobib enamiku reaktsioonide jaoks, mis hõlmavad MnO.₂.

Kuid mitte ainult kodumasinate toiteks kasutatavad elemendid ei ole taaskasutatavad. Vanad autoakud on ka tooraineallikaks. Nendest ekstraheeritakse pliid, mida seejärel kasutatakse uute seadmete valmistamisel ning ümbrised ja neid täitev elektrolüüt utiliseeritakse.

Keskkonnakahju, mida mürgine raskmetalli ja väävelhappe lahus võib põhjustada, ei pea kellelegi meelde tuletama. Meie kiiresti areneva tehnilise tsivilisatsiooni jaoks on elementide ja patareide näide eeskujuks. Üha suuremaks probleemiks ei ole mitte toote enda tootmine, vaid selle utiliseerimine pärast kasutamist. Loodan, et ajakirja "Noor tehnik" lugejad inspireerivad oma eeskujuga teisi taaskasutusse.

1. katse – liitiumaku

liitiumrakud neid kasutatakse kalkulaatorites ja arvuti emaplaatide BIOS-i toite säilitamiseks (joonis 4). Kinnitagem metallilise liitiumi olemasolu neis.

Riis. 4. Liitium-mangaani element, mida kasutatakse arvuti emaplaadi BIOS-i toite säilitamiseks.

Pärast elemendi lahtivõtmist (näiteks tavaline tüüp CR2032) näeme konstruktsiooni detaile (joonis 5): must kokkusurutud mangaandioksiidi MnO kiht.₂, orgaanilise elektrolüüdi lahusega immutatud poorne separaatorelektrood, mis isoleerib plastrõngast ja kahte metallosa, mis moodustavad korpuse.

Riis. 5. Liitium-mangaanelemendi komponendid: 1. Kere alumine osa liitiummetalli kihiga (negatiivne elektrood). 2. Orgaanilise elektrolüüdi lahusega immutatud eraldaja. 3. Pressitud mangaandioksiidi kiht (positiivne elektrood). 4. Plastist rõngas (elektroodiisolaator). 5. Ülemine korpus (positiivne elektroodi klemm).

Väiksem (negatiivne elektrood) on kaetud liitiumikihiga, mis õhu käes kiiresti tumeneb. Element tuvastatakse leegikatsega. Selleks võtke raudtraadi otsa pehmet metalli ja sisestage proov põleti leeki – karmiinvärv näitab liitiumi olemasolu (joon. 6). Metallijäägid kõrvaldame vees lahustades.

Riis. 6. Liitiumi proov põleti leegis.

Asetage keeduklaasi metallelektrood liitiumikihiga ja valage paar cm³ vesi. Anumas toimub äge reaktsioon, millega kaasneb gaasilise vesiniku eraldumine:

Liitiumhüdroksiid on tugev alus ja seda saame kergesti testida indikaatorpaberiga.

Kogemus 2 - leeliseline side

Lõika välja ühekordselt kasutatav leeliseline element, näiteks tüüp LR6 (“sõrm”, AA). Pärast metalltopsi avamist on näha sisemine struktuur (joonis 7): sees on anoodi moodustav kerge mass (kaalium- või naatriumhüdroksiid ja tsingitolm), seda ümbritseb tume mangaandioksiidi MnO kiht.₂ grafiiditolmuga (elemendikatood).

Riis. 7. Anoodi massi leeliseline reaktsioon leeliselemendis. Nähtav rakustruktuur: kerge anoodi moodustav mass (KOH + tsingitolm) ja tume mangaandioksiid, mille katoodiks on grafiiditolm.

Elektroodid on üksteisest eraldatud pabermembraaniga. Kandke testribale väike kogus kerget ainet ja niisutage seda tilga veega. Sinine värv näitab anoodi massi leeliselist reaktsiooni. Kasutatava hüdroksiidi tüüpi saab kõige paremini kontrollida leegikatsega. Mitme mooniseemne suurune proov liimitakse vees leotatud raudtraadile ja asetatakse põleti leeki.

Kollane värv näitab naatriumhüdroksiidi kasutamist tootja poolt ja roosakaslilla värv näitab kaaliumhüdroksiidi. Kuna naatriumiühendid saastavad peaaegu kõiki aineid ja selle elemendi leegikatse on äärmiselt tundlik, võib leegi kollane värvus varjata kaaliumi spektrijooni. Lahenduseks on leegi vaatamine läbi sinakasvioletse filtri, milleks võib olla koobaltklaas või kolvis olev värvainelahus (haavadesinfektsioonivahendis leiduv indigo- või metüülviolett, püoktaan). Filter neelab kollase värvi, võimaldades teil kontrollida kaaliumi olemasolu proovis.

Nimetuskoodid

Lahtritüübi tuvastamise hõlbustamiseks on kasutusele võetud spetsiaalne tähtnumbriline kood. Meie kodudes levinumate tüüpide puhul näeb see välja järgmine: number-täht-täht-number, kus:

- esimene number on lahtrite arv; üksikute lahtrite puhul ignoreeritakse.

– esimene täht näitab lahtri tüüpi. Kui see puudub, on see Leclanche tsink-grafiitelement (anood: tsink, elektrolüüt: ammooniumkloriid, NH₄Cl, tsinkkloriid ZnCl₂, katood: mangaandioksiid MnO₂). Teised rakutüübid on märgistatud järgmiselt (kaaliumhüdroksiidi asemel kasutatakse ka odavamat naatriumhüdroksiidi):

A, P – tsink-õhk elemendid (anood: tsink, õhuhapnik redutseeritakse grafiitkatoodil);

B, C, E, F, G - liitiumelemendid (anood: liitium, kuid paljusid aineid kasutatakse katoodidena ja elektrolüütidena);

H – Ni-MH nikkel-metallhüdriid aku (metallhüdriid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikkel-kaadmiumaku (kaadmium, KOH, NiOOH);

L - leeliseline element (tsink, KOH, MnO₂);

M – elavhõbeda element (tsink, KOH; HgO), enam ei kasutata;

S - hõbeda element (tsink, KOH; Ag₂ABOUT);

Z - nikkel-mangaani element (tsink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- järgmine täht näitab lingi kuju:

F - lamell;

R - silindriline;

S - ristkülikukujuline;

P – silindrilisest erineva kujuga lahtrite praegune tähistus.

– lõplik joonis või arvud näitavad viite suurust (kataloogiväärtused või mõõtmed).

Märgistusnäited:

R03
 - väikese sõrme suurune tsink-grafiitrakk. Teine tähistus on AAA või mikro.

LR6 - sõrme suurune leelisrakk. Teine tähistus on AA või minion.

HR14  – Ni-MH aku, suuruseks kasutatakse ka C-tähte.

KR20 – Ni-Cd aku, mille suurus on samuti märgitud D-tähega.

3LR12 - tühi aku pingega 4,5 V, mis koosneb kolmest leeliselemendist.

6F22 - 9 V aku; kuus üksikut tasapinnalist tsink-grafiitelementi on ümbritsetud ristkülikukujulises korpuses.

CR2032 – liitium-mangaani element (liitium, orgaaniline elektrolüüt, MnO₂) läbimõõduga 20 mm ja paksusega 3,2 mm.