Elaborazione di fonti energetiche chimiche

Una situazione comune in ogni casa è che le batterie acquistate di recente non sono più buone. O forse, prendendoci cura dell'ambiente e, allo stesso tempo, della ricchezza del nostro portafoglio, abbiamo le batterie? Dopo un po', si rifiuteranno anche di collaborare. Quindi nella spazzatura? Assolutamente no! Conoscendo le minacce che le cellule causano nell'ambiente, cercheremo un punto di incontro.

Collezione

Qual è la portata del problema di cui ci occupiamo? Un rapporto del 2011 dell'ispettore ambientale capo ha indicato che più di 400 milioni di celle e batterie. Circa lo stesso numero si è suicidato.

Riso. 1. Composizione media delle materie prime (celle usate) delle raccolte statali.

Quindi dobbiamo svilupparci circa 92mila tonnellate di rifiuti pericolosi contenente metalli pesanti (mercurio, cadmio, nichel, argento, piombo) e una serie di composti chimici (idrossido di potassio, cloruro di ammonio, biossido di manganese, acido solforico) (Fig. 1). Quando li buttiamo via - dopo che il rivestimento si è corroso - inquinano il suolo e l'acqua (Fig. 2). Non facciamo un simile "regalo" all'ambiente, e quindi a noi stessi. Di questo importo, il 34% è stato rappresentato da trasformatori specializzati. Quindi, c'è ancora molto da fare, e non è una consolazione che non sia solo in Polonia?

Riso. 2. Rivestimenti cellulari corrosi.

Non abbiamo più una scusa per non andare da nessuna parte cellule usate. Ogni punto vendita che vende batterie e ricambi è tenuto ad accettarle da noi (così come vecchi elettrodomestici ed elettronica). Inoltre, molti negozi e scuole hanno contenitori in cui possiamo mettere le gabbie. Quindi non "disclaimer" e non buttiamo batterie e accumulatori usati nella spazzatura. Con un po' di voglia troveremo un punto d'incontro, e i collegamenti stessi pesano così poco che il collegamento non ci stancherà.

Ordinamento

Come con gli altri materiali riciclabili, la trasformazione efficiente ha senso dopo l'ordinamento. I rifiuti degli impianti industriali sono generalmente di qualità uniforme, ma i rifiuti delle raccolte pubbliche sono una miscela di tipi cellulari disponibili. Quindi, la domanda chiave diventa segregazione.

In Polonia lo smistamento avviene manualmente, mentre altri paesi europei dispongono già di linee di smistamento automatizzate. Usano setacci con maglie di dimensioni adeguate (consentendo separazione di cellule di diverse dimensioni) e raggi X (ordinamento dei contenuti). Anche la composizione delle materie prime delle collezioni in Polonia è leggermente diversa.

Fino a poco tempo, dominavano le nostre classiche cellule acide di Leclanche. È solo di recente che il vantaggio delle più moderne celle alcaline, che hanno conquistato i mercati occidentali molti anni fa, è diventato evidente. In ogni caso, entrambe le tipologie di celle usa e getta rappresentano oltre il 90% delle batterie raccolte. Il resto sono batterie a bottone (che alimentano orologi (Fig. 3) o calcolatrici), batterie ricaricabili e batterie al litio per telefoni e laptop. Il motivo di una quota così piccola è il prezzo più alto e la maggiore durata rispetto agli elementi usa e getta.

Riso. 3. Collegamento d'argento utilizzato per alimentare gli orologi da polso.

lavorazione

Dopo la rottura, è il momento della cosa più importante fase di elaborazione - recupero di materie prime. Per ogni tipologia, i prodotti ricevuti saranno leggermente diversi. Tuttavia, le tecniche di elaborazione sono simili.

lavorazione meccanica consiste nella macinazione dei rifiuti nei mulini. Le frazioni risultanti vengono separate mediante elettromagneti (ferro e sue leghe) e speciali sistemi di setacciatura (altri metalli, elementi plastici, carta, ecc.). Zaleto il metodo sta nel fatto che non è necessario selezionare accuratamente le materie prime prima della lavorazione, difetto - una grande quantità di rifiuti inutilizzabili che richiedono lo smaltimento in discarica.

Riciclo idrometallurgico è la dissoluzione delle cellule in acidi o basi. Nella fase successiva della lavorazione, le soluzioni risultanti vengono purificate e separate, ad esempio sali metallici, per ottenere elementi puri. Larga vantaggio il metodo è caratterizzato da un basso consumo energetico e da una piccola quantità di rifiuti da smaltire. difetto Questo metodo di riciclaggio richiede un'attenta selezione delle batterie per evitare la contaminazione dei prodotti risultanti.

Elaborazione termica consiste nel cuocere le celle in forni di design appropriato. Di conseguenza, i loro ossidi vengono fusi e ottenuti (materie prime per acciaierie). Zaleto metodo consiste nella possibilità di utilizzare batterie non smistate, difetto e – consumo di energia e generazione di prodotti di combustione nocivi.

tranne riciclabile Le celle vengono stoccate in discariche dopo una preventiva protezione contro l'ingresso dei loro componenti nell'ambiente. Si tratta però solo di una mezza misura, che rimanda la necessità di far fronte a questo tipo di rifiuti e allo spreco di molte materie prime pregiate.

Possiamo anche ripristinare alcuni dei nutrienti nel nostro laboratorio domestico. Questi sono i componenti dei classici elementi Leclanche: zinco ad alta purezza dalle coppe che circondano l'elemento ed elettrodi di grafite. In alternativa, possiamo isolare il biossido di manganese dalla miscela all'interno della miscela: basta farlo bollire con acqua (per rimuovere le impurità solubili, principalmente cloruro di ammonio) e filtrare. Il residuo insolubile (contaminato da polvere di carbone) è adatto per la maggior parte delle reazioni che coinvolgono MnO.₂.

Ma non solo gli elementi utilizzati per alimentare gli elettrodomestici sono riciclabili. Anche le vecchie batterie per auto sono una fonte di materie prime. Da essi viene estratto il piombo, che viene poi utilizzato nella fabbricazione di nuovi dispositivi, e le custodie e l'elettrolita che le riempie vengono smaltite.

Nessuno deve essere ricordato del danno ambientale che può essere causato da una soluzione tossica di metalli pesanti e acido solforico. Per la nostra civiltà tecnica in rapido sviluppo, l'esempio delle celle e delle batterie è un modello. Un problema crescente non è la produzione del prodotto stesso, ma il suo smaltimento dopo l'uso. Spero che i lettori della rivista Young Technician ispirino gli altri a riciclare con il loro esempio.

Esperimento 1 - batteria al litio

celle al litio sono usati nelle calcolatrici e per mantenere l'alimentazione al BIOS delle schede madri dei computer (Fig. 4). Confermiamo la presenza di litio metallico in essi.

Riso. 4. Una cella al litio-manganese utilizzata per mantenere l'alimentazione al BIOS della scheda madre di un computer.

Dopo aver smontato l'elemento (ad esempio il tipo comune CR2032), possiamo vedere i dettagli della struttura (Fig. 5): strato nero compresso di biossido di manganese MnO₂, un elettrodo separatore poroso impregnato con una soluzione di elettrolita organico, isolante un anello di plastica e due parti metalliche che formano un alloggiamento.

Riso. 5. Componenti di una cella al litio-manganese: 1. La parte inferiore del corpo con uno strato di litio metallico (elettrodo negativo). 2. Separatore impregnato con una soluzione di elettrolita organico. 3. Strato pressato di biossido di manganese (elettrodo positivo). 4. Anello in plastica (isolatore elettrodo). 5. Alloggiamento superiore (terminale elettrodo positivo).

Quello più piccolo (l'elettrodo negativo) è ricoperto da uno strato di litio, che si scurisce rapidamente all'aria. L'elemento è identificato da un test alla fiamma. Per fare ciò, prendi del metallo morbido all'estremità del filo di ferro e inserisci il campione nella fiamma del bruciatore: il colore carminio indica la presenza di litio (Fig. 6). Smaltiamo i residui metallici sciogliendoli in acqua.

Riso. 6. Un campione di litio nella fiamma di un bruciatore.

Mettere un elettrodo di metallo con uno strato di litio in un becher e versare qualche cm³ acqua. Nella nave si verifica una violenta reazione, accompagnata dal rilascio di idrogeno gassoso:

L'idrossido di litio è una base forte e possiamo facilmente testarlo con carta indicatrice.

Esperienza 2 - legame alcalino

Ritagliare un elemento alcalino usa e getta, ad esempio, tipo LR6 ("dito", AA). Dopo aver aperto la coppa metallica, è visibile la struttura interna (Fig. 7): all'interno è presente una massa leggera formante un anodo (idrossido di potassio o di sodio e polvere di zinco), e uno strato scuro di biossido di manganese MnO che lo circonda.₂ con polvere di grafite (catodo cellulare).

Riso. 7. Reazione alcalina della massa anodica in una cella alcalina. Struttura cellulare visibile: massa anodica chiara (KOH + polvere di zinco) e biossido di manganese scuro con polvere di grafite come catodo.

Gli elettrodi sono separati l'uno dall'altro da un diaframma di carta. Applicare una piccola quantità di sostanza leggera sulla striscia reattiva e inumidirla con una goccia d'acqua. Il colore blu indica la reazione alcalina della pasta anodica. Il tipo di idrossido utilizzato è meglio verificato da un test di fiamma. Un campione delle dimensioni di diversi semi di papavero viene incollato su un filo di ferro imbevuto di acqua e posto nella fiamma di un bruciatore.

Il colore giallo indica l'uso di idrossido di sodio da parte del produttore e il colore rosa-viola indica idrossido di potassio. Poiché i composti del sodio contaminano quasi tutte le sostanze e il test della fiamma per questo elemento è estremamente sensibile, il colore giallo della fiamma può mascherare le linee spettrali del potassio. La soluzione è guardare la fiamma attraverso un filtro blu-viola, che può essere vetro di cobalto o una soluzione colorante nel pallone (indaco o violetto di metile trovato nel disinfettante per ferite, piottano). Il filtro assorbirà il colore giallo, consentendo di confermare la presenza di potassio nel campione.

Codici di designazione

Per facilitare l'identificazione del tipo cellulare è stato introdotto uno speciale codice alfanumerico. Per i tipi più comuni nelle nostre case, si presenta come: numero-lettera-lettera-numero, dove:

- la prima cifra è il numero di celle; ignorato per le singole celle.

– la prima lettera indica il tipo di cella. Quando assente, è una cella di zinco-grafite Leclanche (anodo: zinco, elettrolita: cloruro di ammonio, NH₄Cl, cloruro di zinco ZnCl₂, catodo: MnO biossido di manganese₂). Altri tipi di cellule sono etichettati come segue (l'idrossido di sodio più economico viene utilizzato anche al posto dell'idrossido di potassio):

A, P – elementi zinco-aria (anodo: zinco, l'ossigeno atmosferico è ridotto su un catodo di grafite);

B, C, E, F, G - celle al litio (anodo: litio, ma molte sostanze sono usate come catodi ed elettrolita);

H – Batteria al nichel-metallo idruro Ni-MH (metallo idruro, KOH, NiOOH);

K – Batteria Ni-Cd al nichel-cadmio (cadmio, KOH, NiOOH);

L – elemento alcalino (zinco, KOH, MnO₂);

M – elemento di mercurio (zinco, KOH; HgO), non più utilizzato;

S – elemento in argento (zinco, KOH; Ag₂DI);

Z – elemento nichel-manganese (zinco, KOH, NiOOH, MnO₂).

- la seguente lettera indica la forma del collegamento:

F - lamellare;

R - cilindrico;

S - rettangolare;

P – l'attuale designazione di celle con forme diverse da quella cilindrica.

– la cifra o le cifre finali indicano la dimensione del riferimento (valori di catalogo o che danno direttamente le dimensioni).

Esempi di marcatura:

R03
 - una cella di zinco-grafite delle dimensioni di un mignolo. Un'altra designazione è AAA o micro.

LR6 - una cella alcalina delle dimensioni di un dito. Un'altra designazione è AA o servitore.

HR14  – Batteria Ni-MH, la lettera C viene utilizzata anche per la dimensione.

KR20 – Batteria Ni-Cd, la cui dimensione è anch'essa contrassegnata dalla lettera D.

3LR12 - una batteria scarica con tensione 4,5 V, composta da tre celle alcaline.

6F22 – batteria 9V; sei singole celle planari di zinco-grafite sono racchiuse in una custodia rettangolare.

CR2032 – cella litio-manganese (litio, elettrolita organico, MnO₂) con un diametro di 20 mm e uno spessore di 3,2 mm.