Verwerking van chemische energiebronnen

Een veelvoorkomende situatie in elk huis is dat recent aangeschafte batterijen niet meer goed zijn. Of misschien, door voor het milieu te zorgen, en tegelijkertijd - over de rijkdom van onze portemonnee, hebben we batterijen? Na een tijdje zullen ze ook weigeren mee te werken. Dus in de prullenbak? Absoluut niet! Op de hoogte van de bedreigingen die cellen in het milieu veroorzaken, gaan we op zoek naar een verzamelpunt.

Collectie

Met welke omvang van het probleem hebben we te maken? Uit het rapport van de hoofdmilieu-inspecteur uit 2011 bleek dat er meer dan 400 miljoen cellen en batterijen. Ongeveer hetzelfde aantal pleegde zelfmoord.

Rijst. 1. Gemiddelde samenstelling van grondstoffen (gebruikte cellen) uit rijkscollecties.

We moeten ons dus ontwikkelen ongeveer 92 duizend ton gevaarlijk afval met zware metalen (kwik, cadmium, nikkel, zilver, lood) en een aantal chemische verbindingen (kaliumhydroxide, ammoniumchloride, mangaandioxide, zwavelzuur) (fig. 1). Als we ze weggooien - nadat de coating is aangetast - vervuilen ze de grond en het water (fig. 2). Laten we niet zo'n "cadeau" doen aan het milieu, en dus aan onszelf. Hiervan was 34% voor rekening van gespecialiseerde verwerkers. Daarom is er nog veel te doen, en het is geen troost dat het niet alleen in Polen is?

Rijst. 2. Gecorrodeerde celcoatings.

We hebben niet langer het excuus dat we nergens heen kunnen gebruikte cellen. Elk verkooppunt dat batterijen en vervangingen daarvan verkoopt, is verplicht deze van ons te accepteren (evenals oude elektronica en huishoudelijke apparaten). Ook hebben veel winkels en scholen containers waarin we de kooien kunnen plaatsen. Laten we dus geen excuses verzinnen en gebruikte batterijen en accu's in de prullenbak gooien. Met een beetje verlangen vinden we een verzamelpunt, en de schakels zelf wegen zo weinig dat de link ons ​​niet zal vermoeien.

sorteer-

Net als bij anderen recycleerbare materialen, efficiënte conversie is zinvol na het sorteren. Afval van productiefaciliteiten is over het algemeen uniform van kwaliteit, maar afval van openbare inzamelingen is een mix van beschikbare celtypen. De sleutelvraag wordt dus segregatie.

In Polen gebeurt het sorteren handmatig, maar andere Europese landen beschikken al over geautomatiseerde sorteerlijnen. Ze gebruiken zeven met de juiste maaswijdte (wat dit mogelijk maakt). scheiding van cellen van verschillende grootte) en röntgen (inhoud sorteren). Ook de samenstelling van grondstoffen uit collecties in Polen is iets anders.

Tot voor kort domineerden onze klassieke zure Leclanche-cellen. Pas onlangs is het voordeel merkbaar geworden van de modernere alkalische cellen, die vele jaren geleden de westerse markten veroverden. In ieder geval zijn beide typen wegwerpcellen goed voor ruim 90% van de ingezamelde batterijen. De rest zijn knoopbatterijen (die horloges (fig. 3) of rekenmachines van stroom voorzien), oplaadbare batterijen en lithiumbatterijen voor telefoons en laptops. De reden voor dit kleine aandeel is de hogere prijs en langere levensduur vergeleken met wegwerpelementen.

Rijst. 3. Zilveren schakel die wordt gebruikt om polshorloges van stroom te voorzien.

Verwerking

Na het uiteenvallen is het tijd voor het allerbelangrijkste verwerkingsfase - recuperatie van grondstoffen. Voor elk type zullen de ontvangen producten iets anders zijn. De verwerkingstechnieken zijn echter vergelijkbaar.

Mechanische recycling bestaat uit het malen van afval in molens. De resulterende fracties worden gescheiden met behulp van elektromagneten (ijzer en zijn legeringen) en speciale zeefsystemen (andere metalen, plastic elementen, papier, enz.). Zaleto de methode is dat het niet nodig is om grondstoffen zorgvuldig te sorteren voordat ze worden verwerkt, defect - een grote hoeveelheid onbruikbaar afval dat op stortplaatsen moet worden gestort.

Hydrometallurgische recycling bestaat uit het oplossen van cellen in zuren of basen. In de volgende verwerkingsfase worden de resulterende oplossingen gezuiverd en gescheiden, bijvoorbeeld metaalzouten, om zuivere elementen te verkrijgen. Groot voordeel De werkwijze wordt gekenmerkt door een laag energieverbruik en een kleine hoeveelheid afval die moet worden afgevoerd. defect Deze recyclingmethode vereist een zorgvuldige sortering van batterijen om verontreiniging van de resulterende producten te voorkomen.

Thermische verwerking bestaat uit het stoken van de cellen in ovens met een passend ontwerp. Als gevolg daarvan smelten hun oxiden en worden grondstoffen voor staalfabrieken verkregen. Zaleto De methode bestaat uit de mogelijkheid om ongesorteerde batterijen te gebruiken, defect en – energieverbruik en vorming van schadelijke verbrandingsproducten.

Trouwens recyclebaar De cellen worden opgeslagen op stortplaatsen na voorafgaande bescherming tegen het vrijkomen van hun componenten in het milieu. Dit is echter slechts een halve maatregel, waardoor de noodzaak om dit soort afval en de verspilling van veel waardevolle grondstoffen te bestrijden wordt uitgesteld.

We kunnen ook een deel van de voedingsstoffen in ons thuislaboratorium herstellen. Dit zijn de componenten van de klassieke Leclanche-elementen - zeer zuiver zink uit de cups rond het element en grafietelektroden. Als alternatief kunnen we het mangaandioxide uit het mengsel in het mengsel scheiden - kook het gewoon met water (om oplosbare onzuiverheden te verwijderen, voornamelijk ammoniumchloride) en filter. Het onoplosbare residu (verontreinigd met kolenstof) is geschikt voor de meeste reacties waarbij MnO betrokken is.₂.

Maar niet alleen de elementen die worden gebruikt om huishoudelijke apparaten van stroom te voorzien, zijn recyclebaar. Ook oude autoaccu’s zijn een bron van grondstoffen. Hieruit wordt lood gewonnen, dat vervolgens wordt gebruikt bij de productie van nieuwe apparaten, en de behuizingen en de elektrolyt waarmee ze worden gevuld, worden weggegooid.

Niemand hoeft herinnerd te worden aan de milieuschade die veroorzaakt kan worden door giftige oplossingen van zware metalen en zwavelzuur. Voor onze zich snel ontwikkelende technologische beschaving is het voorbeeld van cellen en batterijen een model. Het groeiende probleem is niet de productie van het product zelf, maar de verwijdering ervan na gebruik. Ik hoop dat de lezers van het tijdschrift Young Technician door hun voorbeeld anderen zullen inspireren om te recyclen.

Experiment 1 - lithiumbatterij

lithium cellen ze worden gebruikt in rekenmachines en om de BIOS van computermoederborden van stroom te voorzien (Fig. 4). Laten we de aanwezigheid van lithiummetaal daarin bevestigen.

Rijst. 4. Lithium-mangaancel die wordt gebruikt om de stroom naar het BIOS van het moederbord van de computer te behouden.

Na het demonteren van het element (bijvoorbeeld het gebruikelijke type CR2032), kunnen we de details van de structuur zien (Fig. 5): een zwarte samengeperste laag mangaandioxide MnO₂, een poreuze scheidingselektrode geïmpregneerd met een organische elektrolytoplossing, die een plastic ring isoleert en twee metalen delen die de behuizing vormen.

Rijst. 5. Onderdelen van een lithiummangaancel: 1. Het onderste deel van het lichaam met een laag lithiummetaal (negatieve elektrode). 2. Separator geïmpregneerd met een organische elektrolytoplossing. 3. Geperste laag mangaandioxide (positieve elektrode). 4. Kunststof ring (elektrode-isolator). 5. Bovenste behuizing (positieve elektrodeaansluiting).

De kleinere (de negatieve elektrode) is bedekt met een laag lithium, die snel donker wordt aan de lucht. Het element wordt geïdentificeerd door middel van een vlamtest. Om dit te doen, neemt u wat zacht metaal aan het uiteinde van de ijzerdraad en steekt u het monster in de vlam van de brander - de karmijnrode kleur geeft de aanwezigheid van lithium aan (fig. 6). Metaalresten voeren wij af door ze op te lossen in water.

Rijst. 6. Lithiummonster in een brandervlam.

Plaats een metalen elektrode met een laagje lithium in een bekerglas en giet een paar cm³ water. In het vat vindt een gewelddadige reactie plaats, vergezeld van het vrijkomen van waterstofgas:

Lithiumhydroxide is een sterke base en die kunnen we eenvoudig testen met indicatorpapier.

Ervaring 2 - alkalische binding

Knip een wegwerpbaar alkalisch element uit, bijvoorbeeld type LR6 ("vinger", AA). Na het openen van de metalen beker is de interne structuur zichtbaar (Fig. 7): binnenin bevindt zich een lichte massa die een anode vormt (kalium- of natriumhydroxide en zinkstof) en een donkere laag mangaandioxide MnO eromheen.₂ met grafietstof (celkathode).

Rijst. 7. Alkalische reactie van de anodemassa in een alkalische cel. Zichtbare celstructuur: lichte anodevormende massa (KOH + zinkstof) en donker mangaandioxide met grafietstof als kathode.

De elektroden zijn van elkaar gescheiden door een papieren diafragma. Breng een beetje lichte substantie aan op de teststrip en bevochtig deze met een druppel water. De blauwe kleur duidt op een alkalische reactie van de anodemassa. Het gebruikte type hydroxide kan het beste worden geverifieerd door een vlamtest. Een monster ter grootte van enkele maanzaadjes wordt op een met water bevochtigde ijzerdraad gelijmd en in de vlam van een brander geplaatst.

Gele kleur geeft het gebruik van natriumhydroxide door de fabrikant aan en roze-paarse kleur geeft kaliumhydroxide aan. Aangezien natriumverbindingen bijna alle stoffen verontreinigen en de vlamtest voor dit element uiterst gevoelig is, kan de gele kleur van de vlam de spectraallijnen van kalium maskeren. De oplossing is om naar de vlam te kijken door een blauw-paars filter, dat kobaltglas kan zijn of een kleurstofoplossing in de kolf (indigo of methylviolet gevonden in het wondontsmettingsmiddel, pyoctaan). Het filter absorbeert de gele kleur, zodat u de aanwezigheid van kalium in het monster kunt bevestigen.

Benamingscodes

Om de identificatie van het celtype te vergemakkelijken, is een speciale alfanumerieke code geïntroduceerd. Voor de meest voorkomende typen in onze huizen heeft het de vorm: nummer-letter-letter-cijfer, waarbij:

- het eerste cijfer is het aantal cellen; genegeerd voor enkele cellen.

– de eerste letter geeft het celtype aan. Indien afwezig, is het een Leclanche zink-grafietcel (anode: zink, elektrolyt: ammoniumchloride, NH₄Cl, zinkchloride ZnCl₂, kathode: mangaandioxide MnO₂). Andere celtypen worden als volgt geëtiketteerd (het goedkopere natriumhydroxide wordt ook gebruikt in plaats van kaliumhydroxide):

A, P – zink-luchtelementen (anode: zink, atmosferische zuurstof wordt gereduceerd op een grafietkathode);

B, C, E, F, G - lithiumcellen (anode: lithium, maar veel stoffen worden gebruikt als kathode en elektrolyt);

H – Ni-MH nikkel-metaalhydride batterij (metaalhydride, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikkel-cadmium batterij (cadmium, KOH, NiOOH);

L – alkalisch element (zink, KOH, MnO₂);

M – kwikelement (zink, KOH; HgO), niet meer gebruikt;

S – zilveren element (zink, KOH; Ag₂OVER);

Z – nikkel-mangaanelement (zink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- de volgende letter geeft de vorm van de link aan:

F - gelamelleerd;

R - cilindrisch;

S - rechthoekig;

P – de huidige aanduiding van cellen met andere vormen dan cilindrisch.

– het definitieve cijfer of de definitieve cijfers geven de grootte van de referentie aan (cataloguswaarden of direct afmetingen geven).

Voorbeelden van markeringen:

R03
 - een zink-grafietcel ter grootte van een pink. Een andere aanduiding is AAA of micro.

LR6 - een alkalinecel ter grootte van een vinger. Een andere aanduiding is AA of minion.

HR14  – Ni-MH batterij, de letter C wordt ook gebruikt voor maat.

KR20 – Ni-Cd-batterij, waarvan de grootte ook is gemarkeerd met de letter D.

3LR12 - een lege batterij met een spanning van 4,5 V, bestaande uit drie alkalinecellen.

6F22 – 9V batterij; zes individuele vlakke zink-grafietcellen zijn ingesloten in een rechthoekige behuizing.

CR2032 – lithium-mangaancel (lithium, organische elektrolyt, MnO₂) met een diameter van 20 mm en een dikte van 3,2 mm.