Kimyasal enerji kaynaklarının işlenmesi

Her evde sık görülen bir durum, yakın zamanda satın alınan pillerin artık iyi durumda olmamasıdır. Ya da belki çevreye dikkat ederek ve aynı zamanda - cüzdanımızın zenginliği hakkında, pillerimiz var mı? Bir süre sonra işbirliği yapmayı da reddedecekler. Yani çöpte mi? Kesinlikle hayır! Hücrelerin çevrede neden olduğu tehditleri bilerek bir toplanma noktası arayacağız.

koleksiyon

Karşılaştığımız sorunun boyutu nedir? Baş Çevre Müfettişi tarafından hazırlanan 2011 tarihli bir rapor, 400 milyon hücre ve pil. Yaklaşık aynı sayıda intihar etti.

Pirinç. 1. Devlet koleksiyonlarından elde edilen ham maddelerin (kullanılmış hücreler) ortalama bileşimi.

yani geliştirmemiz lazım yaklaşık 92 bin ton tehlikeli atık ağır metaller (cıva, kadmiyum, nikel, gümüş, kurşun) ve bir dizi kimyasal bileşik (potasyum hidroksit, amonyum klorür, manganez dioksit, sülfürik asit) içerir (Şekil 1). Kaplamaları aşındıktan sonra çöpe attığımızda toprağı ve suyu kirletiyorlar (Res. 2). Çevreye ve dolayısıyla kendimize böyle bir "armağan" yapmayalım. Bu miktarın %34'ü özel işlemciler tarafından karşılandı. Bu nedenle, yapılacak daha çok şey var ve bunun sadece Polonya'da olmaması bir teselli değil mi?

Pirinç. 2. Korozyona uğramış hücre kaplamaları.

Artık hiçbir yere gitmek için bir bahanemiz yok kullanılmış hücreler. Pil ve yedek parça satan her prizin (eski elektronik ve ev aletlerinin yanı sıra) bunları bizden kabul etmesi gerekmektedir. Ayrıca birçok mağaza ve okulda kafesleri koyabileceğimiz konteynerler var. Bu yüzden "reddetme" ve kullanılmış pilleri ve akümülatörleri çöp kutusuna atmayalım. Biraz arzu ile bir toplanma noktası bulacağız ve bağlantıların kendileri o kadar az ağır ki bağlantı bizi yormayacak.

Сортировка

Diğerlerinde olduğu gibi geri dönüştürülebilir malzemeler, verimli dönüşüm, sıralamadan sonra anlamlıdır. Endüstriyel tesislerden çıkan atıkların kalitesi genellikle aynıdır, ancak kamu koleksiyonlarından gelen atıklar, mevcut hücre tiplerinin bir karışımıdır. Böylece, anahtar soru ortaya çıkıyor ayrım.

Polonya'da sıralama elle yapılırken, diğer Avrupa ülkelerinde zaten otomatik sıralama hatları var. Uygun göz boyutlarına sahip elekler kullanırlar (izin veren farklı büyüklükteki hücrelerin ayrılması) ve röntgen (içerik sıralama). Polonya'daki koleksiyonlardan elde edilen hammaddelerin bileşimi de biraz farklıdır.

Yakın zamana kadar, klasik asidik Leclanche hücrelerimiz baskındı. Batı pazarlarını yıllar önce fetheden daha modern alkali elementlerin avantajı ancak son zamanlarda fark edilir hale geldi. Her durumda, her iki tip tek kullanımlık hücre, toplanan pillerin %90'ından fazlasını oluşturur. Geri kalanı düğme piller (güçlü saatler (Şekil 3) veya hesap makineleri), şarj edilebilir piller ve telefonlar ve dizüstü bilgisayarlar için lityum pillerdir. Bu kadar küçük bir payın nedeni, tek kullanımlık elemanlara kıyasla daha yüksek fiyat ve daha uzun hizmet ömrüdür.

Pirinç. 3. Kol saatlerine güç sağlamak için kullanılan gümüş halka.

işleme

Ayrılıktan sonra en önemli şeyin zamanı geldi işleme aşaması - hammaddelerin geri kazanılması. Her tür için alınan ürünler biraz farklı olacaktır. Bununla birlikte, işleme teknikleri benzerdir.

mekanik işleme değirmenlerdeki atıkların öğütülmesinden oluşur. Elde edilen fraksiyonlar elektromıknatıslar (demir ve alaşımları) ve özel elek sistemleri (diğer metaller, plastik elementler, kağıt vb.) kullanılarak ayrılır. Zaleto yöntem, hammaddeleri işlemeden önce dikkatlice ayırmaya gerek olmaması gerçeğinde yatmaktadır, kusur - düzenli depolama alanlarında bertaraf edilmesini gerektiren büyük miktarda kullanılamaz atık.

Hidrometalurjik geri dönüşüm hücrelerin asit veya bazlarda çözünmesidir. İşlemin bir sonraki aşamasında, elde edilen çözeltiler saflaştırılır ve saf elementler elde etmek için örneğin metal tuzları gibi ayrılır. Büyük avantaj yöntem, düşük enerji tüketimi ve bertaraf gerektiren az miktarda atık ile karakterize edilir. kusur Bu geri dönüşüm yöntemi, ortaya çıkan ürünlerin kirlenmesini önlemek için pillerin dikkatli bir şekilde ayrılmasını gerektirir.

Termal işleme hücrelerin uygun tasarımdaki fırınlarda pişirilmesinden oluşur. Sonuç olarak, oksitleri eritilir ve elde edilir (çelik fabrikaları için hammaddeler). Zaleto yöntem, sınıflandırılmamış pillerin kullanılması olasılığından oluşur, kusur ve – enerji tüketimi ve zararlı yanma ürünlerinin oluşumu.

ancak geri dönüştürülebilir Hücreler, bileşenlerinin çevreye girmesine karşı ön korumadan sonra çöplüklerde depolanır. Ancak bu, bu tür atıklarla uğraşma ihtiyacını ve birçok değerli hammaddenin israfını erteleyen sadece yarım bir önlemdir.

Ev laboratuvarımızdaki bazı besinleri de geri kazanabiliriz. Bunlar, klasik Leclanche elemanlarının bileşenleridir - elemanı çevreleyen kaplardan gelen yüksek saflıkta çinko ve grafit elektrotlar. Alternatif olarak, manganez dioksiti karışım içindeki karışımdan ayırabiliriz - basitçe suyla kaynatın (çözünür safsızlıkları, esas olarak amonyum klorürü gidermek için) ve filtreleyin. Çözünmeyen tortu (kömür tozu ile kirlenmiş), MnO içeren çoğu reaksiyon için uygundur.₂.

Ancak yalnızca ev aletlerine güç sağlamak için kullanılan öğeler geri dönüştürülebilir değildir. Eski araba aküleri de bir hammadde kaynağıdır. Bunlardan kurşun çıkarılır, daha sonra yeni cihazların üretiminde kullanılır ve kasalar ve onları dolduran elektrolit atılır.

Zehirli ağır metal ve sülfürik asit çözeltisinin neden olabileceği çevresel zararı kimsenin hatırlatmasına gerek yok. Hızla gelişen teknik uygarlığımız için hücre ve pil örneği bir modeldir. Artan bir sorun, ürünün kendisinin üretimi değil, kullanımdan sonra atılmasıdır. "Genç Teknisyen" dergisinin okuyucularının, örnekleriyle başkalarına geri dönüşüm için ilham vermesini umuyorum.

Deney 1 - lityum pil

lityum hücreler hesap makinelerinde ve bilgisayar anakartlarının BIOS'una güç sağlamak için kullanılırlar (Şekil 4). İçlerinde metalik lityumun varlığını doğrulayalım.

Pirinç. 4. Bir bilgisayar anakartının BIOS'una güç sağlamak için kullanılan bir lityum-manganez hücresi.

Elemanı söktükten sonra (örneğin, ortak tip CR2032), yapının ayrıntılarını görebiliriz (Şekil 5): siyah sıkıştırılmış manganez dioksit MnO tabakası₂, bir plastik halkayı ve bir yuva oluşturan iki metal parçayı yalıtan, organik bir elektrolit çözeltisi ile emprenye edilmiş gözenekli bir ayırıcı elektrot.

Pirinç. 5. Lityum-manganez hücresinin bileşenleri: 1. Vücudun bir lityum metal tabakası (negatif elektrot) içeren alt kısmı. 2. Organik elektrolit solüsyonu emdirilmiş ayırıcı. 3. Preslenmiş manganez dioksit tabakası (pozitif elektrot). 4. Plastik halka (elektrot yalıtkanı). 5. Üst muhafaza (pozitif elektrot terminali).

Daha küçük olan (negatif elektrot), havada hızla kararan bir lityum tabakasıyla kaplıdır. Eleman bir alev testi ile tanımlanır. Bunu yapmak için demir telin ucundan biraz yumuşak metal alın ve numuneyi brülör alevine sokun - kırmızı renk lityum varlığını gösterir (Şekil 6). Metal artıklarını suda eriterek bertaraf ediyoruz.

Pirinç. 6. Brülör alevinde bir lityum örneği.

Bir beher içine lityum tabakası olan bir metal elektrot yerleştirin ve birkaç cm.³ Su. Kapta, hidrojen gazının salınmasıyla birlikte şiddetli bir reaksiyon meydana gelir:

Lityum hidroksit güçlü bir bazdır ve bunu indikatör kağıdı ile kolayca test edebiliriz.

Deneyim 2 - alkalin bağ

Tek kullanımlık bir alkalin elementi kesin, örneğin LR6 tipi (“parmak”, AA). Metal kap açıldıktan sonra iç yapı görünür (Şekil 7): içinde bir anot oluşturan hafif bir kütle (potasyum veya sodyum hidroksit ve çinko tozu) ve onu çevreleyen koyu bir manganez dioksit MnO tabakası vardır.₂ grafit tozu ile (hücre katodu).

Pirinç. 7. Bir alkali hücrede anot kütlesinin alkali reaksiyonu. Görünür hücresel yapı: hafif anot oluşturan kütle (KOH + çinko tozu) ve katot olarak grafit tozu ile koyu manganez dioksit.

Elektrotlar birbirinden bir kağıt diyafram ile ayrılır. Test şeridine az miktarda hafif madde uygulayın ve bir damla su ile nemlendirin. Mavi renk, anot kütlesinin alkali reaksiyonunu gösterir. Kullanılan hidroksitin türü en iyi alev testi ile doğrulanır. Birkaç haşhaş tohumu büyüklüğünde bir numune, suya batırılmış bir demir tele yapıştırılır ve bir brülör alevine yerleştirilir.

Sarı renk, üretici tarafından sodyum hidroksit kullanıldığını, pembe-mor renk ise potasyum hidroksiti göstermektedir. Sodyum bileşikleri hemen hemen tüm maddeleri kirlettiğinden ve bu element için yapılan alev testi son derece hassas olduğundan, alevin sarı rengi potasyumun spektral çizgilerini maskeleyebilir. Çözüm, aleve mavi-mor bir filtreden bakmaktır; bu, kobalt cam veya şişedeki bir boya çözeltisi (yara dezenfektanında bulunan indigo veya metil menekşe, pioktan) olabilir. Filtre sarı rengi emerek numunede potasyum varlığını doğrulamanıza olanak tanır.

atama kodları

Hücre tipi tanımlamasını kolaylaştırmak için özel bir alfanümerik kod eklenmiştir. Evlerimizdeki en yaygın türler için şuna benzer: sayı-harf-harf-sayı, burada:

- ilk basamak hücre sayısıdır; tek hücreler için göz ardı edildi.

– ilk harf hücre tipini gösterir. Yok olduğunda, bir Leclanche çinko-grafit hücresidir (anot: çinko, elektrolit: amonyum klorür, NH₄Cl, çinko klorür ZnCl₂, katot: manganez dioksit MnO₂). Diğer hücre tipleri aşağıdaki gibi etiketlenmiştir (potasyum hidroksit yerine daha ucuz olan sodyum hidroksit de kullanılır):

A, P – çinko-hava elementleri (anot: çinko, atmosferik oksijen bir grafit katot üzerinde indirgenir);

B, C, E, F, G - lityum hücreler (anot: lityum, ancak birçok madde katot ve elektrolit olarak kullanılır);

H – Ni-MH nikel-metal hidrit pil (metal hidrit, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikel-kadmiyum pil (kadmiyum, KOH, NiOOH);

L – alkali element (çinko, KOH, MnO₂);

M – artık kullanılmayan cıva elementi (çinko, KOH; HgO);

S – gümüş element (çinko, KOH; Ag₂Ö);

Z – nikel-mangan elementi (çinko, KOH, NiOOH, MnO₂).

- aşağıdaki harf bağlantının şeklini gösterir:

F - katmanlı;

R - silindirik;

S - dikdörtgen;

P – silindirik olmayan şekillere sahip hücrelerin mevcut tanımı.

– son şekil veya şekiller, referansın boyutunu gösterir (katalog değerleri veya doğrudan boyutları verir).

İşaretleme örnekleri:

R03
 - küçük parmak büyüklüğünde bir çinko-grafit hücre. Başka bir atama AAA veya mikrodur.

LR6 - parmak büyüklüğünde bir alkalin hücre. Başka bir atama AA veya minyondur.

HR14  – Ni-MH pil, boyut için de C harfi kullanılmıştır.

KR20 – Ni-Cd pil, boyutu D harfi ile de işaretlenmiştir.

3LR12 - üç alkalin hücreden oluşan, 4,5 V'luk bir voltaja sahip düz bir pil.

6F22 – 9V pil; altı ayrı düzlemsel çinko-grafit hücre, dikdörtgen bir kutu içine alınmıştır.

CR2032 – lityum-mangan hücresi (lityum, organik elektrolit, MnO₂) 20 mm çapında ve 3,2 mm kalınlığında.