Перапрацоўка хімічных крыніц энергіі

Частая сітуацыя ў кожным доме - нядаўна набытыя батарэйкі ўжо не падыходзяць. А можа быць, клапоцячыся аб навакольным асяроддзі, а заадно - аб багацці свайго кашалька, мы абзавяліся акумулятарнымі батарэямі? Праз нейкі час яны таксама адмовяцца супрацоўнічаць. Дык у сметнік? Дакладна не! Ведаючы аб пагрозах, якія клеткі выклікаюць у навакольным асяроддзі, мы будзем шукаць кропку збору.

Калекцыя

З якім маштабам праблемы мы маем справу? У справаздачы Галоўнага інспектара па ахове навакольнага асяроддзя за 2011 год пазначана, што больш 400 мільёнаў элементаў і батарэй. Прыкладна столькі ж наклалі на сябе рукі.

Мал. 1. Сярэдні склад сыравіны (выкарыстаных клетак) з дзяржаўных калекцый.

Так што трэба разьвівацца каля 92 тыс. тон небяспечных адходаў якія змяшчаюць цяжкія металы (ртуць, кадмій, нікель, срэбра, свінец) і шэраг хімічных злучэнняў (гідраксід калію, хларыд амонію, дыяксід марганцу, серная кіслата) (мал. 1). Калі мы іх выкідваем - пасля карозіі пакрыцця - яны забруджваюць глебу і ваду (мал. 2). Не будзем рабіць такі "падарунак" навакольнаму асяроддзю, а значыць і самім сабе. З гэтай сумы 34% прыпала на спецыялізаваныя перапрацоўшчыкі. Таму трэба яшчэ шмат зрабіць, і гэта не суцяшэнне, што не толькі ў Польшчы?

Мал. 2. Кародзірованные пакрыцці вочак.

У нас больш няма апраўдання, што няма куды сысці выкарыстаныя клеткі. Кожная гандлёвая кропка, якая гандлюе батарэйкамі і іх заменай, абавязана прыняць іх у нас (гэтак жа, як і старую электроніку і бытавую тэхніку). Таксама ў шматлікіх крамах і школах ёсць кантэйнеры, у якія мы можам пакласці клеткі. Так што давайце не будзем "адмазвацца" і не выкідваць скарыстаныя батарэйкі і акумулятары ў смецце. Пры невялікім жаданні мы знойдзем кропку збору, а самі звёны важаць так мала, што спасылка нас не стоміць.

Сартаванне

Як і з іншымі перапрацоўваныя матэрыялы, эфектыўнае пераўтварэнне мае сэнс пасля сартавання. Адходы з вытворчых прадпрыемстваў звычайна аднастайныя па якасці, але адходы з грамадскіх калекцый уяўляюць сабой сумесь наяўных тыпаў клетак. Такім чынам, ключавое пытанне становіцца сегрэгацыя.

У Польшчы сартаванне вырабляецца ўручную, а ў іншых еўрапейскіх краінах ужо ёсць аўтаматызаваныя сартавальныя лініі. Яны выкарыстоўваюць сіты з адпаведнымі памерамі ячэек (што дазваляе падзел клетак рознага памеру) і рэнтген (сартаванне кантэнту). Склад сыравіны з калекцый у Польшчы таксама крыху адрозніваецца.

Да нядаўняга часу дамінавалі нашы класічныя кіслотныя клеткі Лекланша. Толькі нядаўна стала прыкметна перавага больш сучасных шчолачных элементаў, якія шмат гадоў таму заваявалі заходнія рынкі. У любым выпадку, на абодва тыпу аднаразовых элементаў прыпадае больш за 90% збіраных батарэек. Астатняе - кнопкавыя батарэйкі (харчаванне гадзін (мал. 3) або калькулятараў), акумулятары і літыевыя батарэі для тэлефонаў і наўтбукаў. Чыннікам такой невялікай дзелі з'яўляецца больш высокі кошт і больш працяглы тэрмін службы ў параўнанні з аднаразовымі элементамі.

Мал. 3. Сярэбранае звяно, якое выкарыстоўваецца для харчавання наручных гадзін.

Апрацоўка

Пасля растання прыйшоў час для найважнейшага этап перапрацоўкі - аднаўленне сыравіны. Для кожнага тыпу атрыманыя прадукты будуць крыху адрознівацца. Аднак тэхналогіі апрацоўкі аналагічныя.

Механічная перапрацоўка заключаецца ў драбненні адходаў на млынах. Атрыманыя фракцыі падзяляюць з дапамогай электрамагнітаў (жалеза і яго сплавы) і спецыяльных сістэм сіт (іншыя металы, пластмасавыя элементы, папера і г.д.). Залета метад заключаецца ў тым, што няма неабходнасці старанна сартаваць сыравіну перад перапрацоўкай, дэфект - вялікая колькасць непрыдатных адходаў, якія патрабуюць пахавання на палігонах.

Гідраметалургічны рэцыклінг заключаецца ў растварэнні клетак у кіслотах або падставах. На наступным этапе перапрацоўкі атрыманыя растворы чысцяць і адлучаюць, напрыклад, солі металаў, для атрымання чыстых элементаў. Вялікі перавага метад адрозніваецца нізкім энергаспажываннем і малой колькасцю адходаў, якія патрабуюць пахаванні. дэфект Гэты метад перапрацоўкі патрабуе ўважлівага сартавання акумулятараў, каб пазбегнуць забруджвання атрыманых прадуктаў.

Тэрмічная перапрацоўка заключаецца ў абпале клетак у печах адпаведнай канструкцыі. У выніку плавяцца і атрымліваюцца іх аксіды (сыравіну для сталеліцейных заводаў). Залета метад заключаецца ў магчымасці выкарыстання несартаваных акумулятараў, дэфект і - спажыванне энергіі і адукацыя шкодных прадуктаў гарэння.

акрамя перапрацоўваемы Ячэйкі захоўваюцца на палігонах пасля папярэдняй абароны ад траплення іх кампанентаў у навакольнае асяроддзе. Аднак гэта толькі паўмера, якая адкладае неабходнасць барацьбы з гэтым відам адходаў і адходамі многіх каштоўных сыравінных матэрыялаў.

Мы таксама можам аднавіць некаторыя карысныя рэчывы ў хатняй лабараторыі. Гэта кампаненты класічных элементаў Лекланша - высокачысты цынк з кубкаў, навакольных элемент, і графітавыя электроды. Як варыянт, мы можам вылучыць дыяксід марганцу з сумесі ўсярэдзіне сумесі – проста пракіпяціць яго з вадой (для выдалення растваральных прымешак, у асноўным хларыду амонію) і прафільтраваць. Нерастваральны астатак (забруджаны вугальным пылам) падыдзе для большасці рэакцый з удзелам MnO.₂.

Але не толькі элементы, якія выкарыстоўваюцца для харчавання бытавой тэхнікі, падлягаюць другаснай перапрацоўцы. Старыя аўтамабільныя акумулятары таксама з'яўляюцца крыніцай сыравіны. З іх здабываюць свінец, які затым выкарыстоўваюць у вытворчасці новых прыбораў, а карпусы і які запаўняе іх электраліт утылізуюць.

Нікому не трэба нагадваць аб экалагічным уроне, які можа быць нанесены таксічным цяжкім металам і растворам сернай кіслаты. Для нашай імкліва якая развіваецца тэхнічнай цывілізацыі прыклад ячэек і акумулятараў з'яўляецца ўзорам. Нарастальнай праблемай з'яўляецца не вытворчасць самога прадукта, а яго ўтылізацыя пасля выкарыстання. Спадзяюся, што сваім прыкладам чытачы часопіса "Юны тэхнік" натхняць і іншых на перапрацоўку.

Эксперымент 1 - літыевая батарэя

літыевыя элементы яны выкарыстоўваюцца ў калькулятарах і для падтрымання харчавання BIOS матчыных поплаткаў кампутараў (мал. 4). Пацвердзім наяўнасць у іх металічнага літыя.

Мал. 4. Літый-марганцавы элемент, які выкарыстоўваецца для падтрымання харчавання BIOS мацярынскай платы кампутара.

Пасля разборкі элемента (напрыклад, звычайнага тыпу CR2032) мы можам убачыць дэталі структуры (мал. 5): чорны спрасаваны пласт дыяксіду марганцу MnO₂, сітаваты электрод-сепаратар, прасякнуты растворам арганічнага электраліта, ізалявальны пластыкавае кольца і дзве металічныя дэталі, утваральныя корпус.

Мал. 5. Кампаненты літый-марганцавага элемента: 1. Ніжняя частка корпуса са пластом металічнага літыя (адмоўны электрод). 2. Сепаратар, прасякнуты растворам арганічнага электраліта. 3. Прэсаваны пласт дыяксіду марганцу (станоўчы электрод). 4. Пластмасавае кольца (электродны ізалятар). 5. Верхні корпус (выснова станоўчага электрода).

Меншы з іх (адмоўны электрод) пакрыты пластом літыя, які хутка цямнее на паветры. Элемент ідэнтыфікуецца з дапамогай выпрабавання полымем. Для гэтага на канец жалезнага дроту вазьміце крыху мяккага металу і ўстаўце ўзор у полымя гарэлкі – кармінавы колер сведчыць аб наяўнасці літыя (мал. 6). Мы ўтылізуем рэшткі металаў, раствараючы іх у вадзе.

Мал. 6. Узор літыя ў полымі гарэлкі.

Змесціце металічны электрод з пластом літыя ў хімічную шклянку і наліце ​​на некалькі гл³ вада. У пасудзіне адбываецца бурная рэакцыя, якая суправаджаецца вылучэннем газападобнага вадароду:

Гідраксід літыя з'яўляецца моцнай падставай, і мы можам лёгка праверыць яго з дапамогай індыкатарнай паперы.

Вопыт 2 - шчолачная сувязь

Выражыце аднаразовы шчолачны элемент, напрыклад, тыпу LR6 ("палец", AA). Пасля выкрыцця металічнага кубка бачная ўнутраная структура (мал. 7): усярэдзіне светлая маса, утваральная анод (гідраксід калія або натрыю і цынкавы пыл), і навакольны яго цёмны пласт дыяксіду марганцу MnO.₂ з графітавым пылам (катод вочка).

Мал. 7. Шчолачная рэакцыя аноднай масы ў шчолачным вочку. Бачная ячэістая структура: светлая анодообразующая маса (КОН + цынкавы пыл) і цёмны дыяксід марганцу з графітавым пылам у якасці катода.

Электроды аддзеленыя сябар ад сябра папяровай дыяфрагмай. Вырабіце трохі лёгкага рэчыва на тэст-палоску і намочыце яе кропляй вады. Сіні колер сведчыць аб шчолачнай рэакцыі аноднай масы. Тып выкарыстоўванага гідраксіду лепш за ўсё праверыць выпрабаваннем полымем. Узор памерам з некалькі насення маку прыляпляюць да змочанай вадой жалезнага дроту і змяшчаюць у полымя гарэлкі.

Жоўты колер сведчыць аб выкарыстанні вытворцам гідраксіду натрыю, а ружова-фіялетавы колер - гідраксіду калію. Бо злучэнні натрыю забруджваюць практычна ўсе рэчывы, а палымяная спроба на гэты элемент надзвычай адчувальная - жоўты колер полымя можа маскіраваць спектральныя лініі калія. Рашэнне складаецца ў тым, каб глядзець на полымя праз сіне-фіялетавы фільтр, якім можа быць кобальтавае шкло або раствор фарбавальніка ў колбе (індыга або метылавы фіялетавы, які змяшчаецца ў дэзінфікуе сродку для ран, пиоктане). Фільтр паглыне жоўты колер, што дазволіць вам пацвердзіць прысутнасць калію ва ўзоры.

Коды абазначэння

Для палягчэння ідэнтыфікацыі тыпу клетак уведзены спецыяльны літарна-лічбавай код. Для найболей распаўсюджаных у нашых хатах выглядаў ён мае выгляд: лік-літара-літара-лічба, дзе:

- першая лічба - колькасць вочак; ігнаруецца для адзіночных ячэек.

– першая літара абазначае тып ячэйкі. Калі ён адсутнічае, гэта цынк-графітавае вочка Лекланша (анод: цынк, электраліт: хларыд амонія, NH₄Cl, хларыд цынку ZnCl₂, катод: дыяксід марганца MnO₂). Іншыя тыпы вочак пазначаныя наступным чынам (замест гідраксіду калія таксама выкарыстоўваецца таннейшы гідраксід натрыю):

A, P – цынкава-паветраныя элементы (анод: цынк, кісларод паветра аднаўляецца на графітавым катодзе);

B, C, E, F, G – літыевыя элементы (анод: літый, але ў якасці катодаў і электраліта выкарыстоўваюцца многія рэчывы);

H – Ni-MH нікель-металагідрыдны акумулятар (металагідрыд, KOH, NiOOH);

K - Ni-Cd нікель-кадміевы акумулятар (кадмій, КОН, NiOOH);

L - шчолачны элемент (цынк, KOH, MnO₂);

M - ртутны элемент (цынк, KOH; HgO), больш не выкарыстоўваецца;

S - сярэбраны элемент (цынк, KOH; Ag₂ПРА);

Z - нікель-марганцавы элемент (цынк, KOH, NiOOH, MnO₂).

– наступная літара паказвае на форму звяна:

F - пласціністы;

R - цыліндрычны;

S - прастакутны;

P - бягучае абазначэнне вочак з формамі, выдатнымі ад цыліндрычных.

– выніковая лічба або лічбы азначаюць памер спасылкі (каталожныя значэнні ці тыя, што прама даюць памеры).

Прыклады маркіроўкі:

R03
 – цынк-графітавае вочка памерам з мезенец. Іншае абазначэнне - ААА або мікра.

LR6 - шчолачнае вочка памерам з палец. Іншае абазначэнне - АА або міньён.

HR14  – Батарэя Ni-MH, літара C таксама выкарыстоўваецца для абазначэння памеру.

KR20 - Ni-Cd акумулятар, памер якога таксама пазначаны літарай D.

3LR12 - плоская батарэя напругай 4,5В, якая складаецца з трох шчолачных элементаў.

6F22 - батарэя 9В; шэсць асобных планарных цынк-графітавых ячэек заключаны ў прастакутны корпус.

CR2032 - літый-марганцавы элемент (літый, арганічны электраліт, MnO₂) дыяметрам 20 мм і таўшчынёй 3,2 мм.