پردازش منابع انرژی شیمیایی

یک وضعیت رایج در هر خانه این است که باتری های اخیرا خریداری شده دیگر مناسب نیستند. یا شاید با توجه به محیط زیست، و در عین حال به ثروت کیف پول خود، باتری های قابل شارژ به دست آوردیم؟ پس از مدتی آنها نیز از همکاری خودداری می کنند. پس در سطل زباله؟ قطعا نه! با دانستن تهدیداتی که سلول ها در محیط ایجاد می کنند، به دنبال یک نقطه جمع آوری خواهیم بود.

مجموعه

ما با چه مقیاسی از مشکل روبرو هستیم؟ گزارش بازرس ارشد محیط زیست در سال 2011 نشان داد که بیش از 400 میلیون سلول و باتری. به همین تعداد هم خودکشی کردند.

برنج. 1. میانگین ترکیب مواد خام (سلول های استفاده شده) از مجموعه های دولتی.

پس باید توسعه پیدا کنیم حدود 92 هزار تن زباله خطرناک حاوی فلزات سنگین (جیوه، کادمیوم، نیکل، نقره، سرب) و تعدادی ترکیبات شیمیایی (هیدروکسید پتاسیم، کلرید آمونیوم، دی اکسید منگنز، اسید سولفوریک) (شکل 1). وقتی آنها را دور می اندازیم - پس از خوردگی پوشش - خاک و آب را آلوده می کنند (شکل 2). بیایید چنین "هدیه ای" به محیط زیست و در نتیجه به خودمان ندهیم. از این میزان 34 درصد به پردازنده های تخصصی تعلق گرفت. بنابراین، هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد و آیا این مایه تسلی نیست که فقط در لهستان نیست؟

برنج. 2. پوشش های سلولی خورده شده.

ما دیگر بهانه ای نداریم که جایی برای رفتن نیست سلول های مورد استفاده. هر خرده فروشی که باتری و تعویض آنها را می فروشد موظف است آنها را از ما بپذیرد (و همچنین لوازم الکترونیکی قدیمی و لوازم خانگی). همچنین بسیاری از فروشگاه ها و مدارس ظروفی دارند که می توانیم قفس ها را در آنها قرار دهیم. پس بیایید بهانه نیاوریم و باتری ها و باتری های مستعمل را به سطل زباله نریزیم. با کمی میل، یک نقطه جمع آوری پیدا می کنیم و خود لینک ها آنقدر وزن کمی دارند که لینک ما را خسته نمی کند.

ترتیب دادن

همانطور که با دیگران مواد قابل بازیافت، تبدیل کارآمد پس از مرتب سازی معنا پیدا می کند. ضایعات تأسیسات تولیدی عموماً از نظر کیفیت یکنواخت هستند، اما زباله های مجموعه های عمومی ترکیبی از انواع سلول های موجود است. بنابراین سوال کلیدی می شود جداسازی.

در لهستان، مرتب سازی به صورت دستی انجام می شود، اما سایر کشورهای اروپایی در حال حاضر خطوط مرتب سازی خودکار دارند. آنها از الک هایی با اندازه های مش مناسب استفاده می کنند (که اجازه می دهد جداسازی سلول ها با اندازه های مختلف) و اشعه ایکس (مرتب سازی محتوا). ترکیب مواد خام از مجموعه ها در لهستان نیز کمی متفاوت است.

تا همین اواخر، سلول‌های اسیدی کلاسیک Leclanche ما غالب بودند. اخیراً مزیت سلول‌های قلیایی مدرن‌تر که سال‌ها پیش بازارهای غربی را فتح کرده‌اند، قابل توجه شده است. در هر صورت، هر دو نوع سلول یکبار مصرف بیش از 90 درصد از باتری های جمع آوری شده را تشکیل می دهند. بقیه باتری های دکمه ای (ساعت های برقی (شکل 3) یا ماشین حساب ها)، باتری های قابل شارژ و باتری های لیتیومی برای تلفن ها و لپ تاپ ها هستند. دلیل این سهم اندک، قیمت بالاتر و طول عمر بیشتر نسبت به عناصر یکبار مصرف است.

برنج. 3. پیوند نقره ای که برای برق رسانی به ساعت های مچی استفاده می شود.

پردازش

بعد از جدایی، نوبت به مهمترین چیز می رسد مرحله پردازش - بازیافت مواد خام برای هر نوع، محصولات حاصل کمی متفاوت خواهد بود. با این حال، فناوری های پردازش مشابه هستند.

بازیافت مکانیکی شامل آسیاب زباله در آسیاب می شود. کسرهای حاصل با استفاده از آهنرباهای الکترومغناطیس (آهن و آلیاژهای آن) و سیستم های الک مخصوص (سایر فلزات، عناصر پلاستیکی، کاغذ و غیره) جدا می شوند. زالتو روش این است که نیازی به دسته بندی دقیق مواد خام قبل از پردازش نیست، نقص - مقدار زیادی زباله غیرقابل استفاده که نیاز به دفع در محل های دفن زباله دارد.

بازیافت هیدرومتالورژی شامل حل کردن سلولها در اسیدها یا بازها است. در مرحله بعدی فرآوری، محلول‌های به‌دست‌آمده، برای مثال نمک‌های فلزی، خالص شده و جدا می‌شوند تا عناصر خالص به دست آید. بزرگ مزیت این روش با مصرف کم انرژی و مقدار کمی زباله که نیاز به دفع دارد مشخص می شود. کاستی این روش بازیافت نیازمند دسته بندی دقیق باتری ها برای جلوگیری از آلودگی محصولات به دست آمده است.

پردازش حرارتی شامل پختن سلول ها در کوره هایی با طراحی مناسب است. در نتیجه اکسیدهای آنها ذوب شده و به دست می آید (مواد اولیه کارخانه های فولاد). زالتو این روش شامل امکان استفاده از باتری های مرتب نشده است، نقص و - مصرف انرژی و تشکیل محصولات احتراق مضر.

بعلاوه قابل بازیافت سلول ها پس از محافظت اولیه از انتشار اجزای آنها در محیط، در محل های دفن زباله ذخیره می شوند. با این حال، این تنها یک اقدام نیمه تمام است و نیاز به مبارزه با این نوع ضایعات و اتلاف بسیاری از مواد اولیه با ارزش را به تعویق می اندازد.

ما همچنین می توانیم برخی از مواد مفید را در یک آزمایشگاه خانگی بازیابی کنیم. اینها اجزای عناصر کلاسیک Leclanche هستند - روی با خلوص بالا از فنجان های اطراف عنصر و الکترودهای گرافیتی. روش دیگر، ما می توانیم دی اکسید منگنز را از مخلوط درون مخلوط جدا کنیم - به سادگی آن را با آب بجوشانیم (برای حذف ناخالصی های محلول، عمدتا کلرید آمونیوم) و فیلتر. باقیمانده نامحلول (آلوده به گرد و غبار زغال سنگ) برای اکثر واکنش های مربوط به MnO مناسب است.₂.

اما نه تنها عناصری که برای برق رسانی به لوازم خانگی استفاده می شوند قابل بازیافت نیستند. باتری های قدیمی خودرو نیز منبع مواد اولیه هستند. سرب از آنها استخراج می شود که سپس در تولید دستگاه های جدید استفاده می شود و محفظه ها و الکترولیت پرکننده آنها دفع می شود.

هیچ کس نیازی به یادآوری آسیب های زیست محیطی که می تواند توسط محلول های سمی فلزات سنگین و اسید سولفوریک ایجاد شود، نیست. برای تمدن تکنولوژیکی ما که به سرعت در حال توسعه است، نمونه سلول ها و باتری ها یک مدل است. مشکل رو به رشد تولید خود محصول نیست، بلکه دفع آن پس از استفاده است. امیدوارم خوانندگان مجله تکنسین جوان با مثال خود دیگران را به بازیافت تشویق کنند.

آزمایش 1 - باتری لیتیومی

سلول های لیتیومی آنها در ماشین حساب ها و برای حفظ برق بایوس مادربردهای کامپیوتر استفاده می شوند (شکل 4). اجازه دهید وجود فلز لیتیوم در آنها را تأیید کنیم.

برنج. 4. سلول لیتیوم منگنز برای حفظ برق بایوس مادربرد کامپیوتر استفاده می شود.

پس از جداسازی عنصر (به عنوان مثال، نوع معمول CR2032)، می توانیم جزئیات ساختار را مشاهده کنیم (شکل 5): یک لایه فشرده سیاه رنگ از دی اکسید منگنز MnO₂یک الکترود جداکننده متخلخل آغشته به محلول الکترولیت آلی، یک حلقه پلاستیکی و دو قسمت فلزی را که محفظه را تشکیل می‌دهند، عایق می‌کند.

برنج. 5. اجزای یک سلول لیتیوم منگنز: 1. قسمت پایین بدن با لایه ای از فلز لیتیوم (الکترود منفی). 2. جداکننده آغشته به محلول الکترولیت آلی. 3. لایه فشرده دی اکسید منگنز (الکترود مثبت). 4. حلقه پلاستیکی (عایق الکترود). 5. محفظه بالایی (ترمینال الکترود مثبت).

الکترود کوچکتر (الکترود منفی) با لایه ای از لیتیوم پوشیده شده است که به سرعت در هوا تیره می شود. عنصر با استفاده از آزمایش شعله شناسایی می شود. برای این کار، در انتهای سیم آهنی کمی فلز نرم بردارید و نمونه را داخل شعله مشعل قرار دهید - رنگ کارمین نشان دهنده وجود لیتیوم است (شکل 6). ما بقایای فلزات را با حل کردن آنها در آب بازیافت می کنیم.

برنج. 6. نمونه لیتیوم در شعله مشعل.

یک الکترود فلزی را با یک لایه لیتیوم در یک بشر قرار دهید و چند سانتی متر بریزید³ اب. یک واکنش خشونت آمیز در رگ رخ می دهد که با انتشار گاز هیدروژن همراه است:

هیدروکسید لیتیوم یک پایه قوی است و به راحتی می توانیم آن را با استفاده از کاغذ نشانگر آزمایش کنیم.

آزمایش 2 - پیوند قلیایی

یک عنصر قلیایی یکبار مصرف، به عنوان مثال نوع LR6 ("انگشت"، AA) را برش دهید. پس از باز کردن فنجان فلزی، ساختار داخلی قابل مشاهده است (شکل 7): در داخل یک توده سبک وجود دارد که آند را تشکیل می دهد (هیدروکسید پتاسیم یا سدیم و گرد و غبار روی)، و یک لایه تیره از دی اکسید منگنز MnO آن را احاطه کرده است.₂ با گرد و غبار گرافیت (کاتد سلولی).

برنج. 7. واکنش قلیایی توده آند در یک سلول قلیایی. ساختار سلولی قابل مشاهده: جرم تشکیل دهنده آند سبک (KOH + غبار روی) و دی اکسید منگنز تیره با گرد و غبار گرافیت به عنوان کاتد.

الکترودها توسط یک دیافراگم کاغذی از یکدیگر جدا می شوند. کمی ماده سبک روی نوار تست بمالید و آن را با یک قطره آب مرطوب کنید. رنگ آبی نشان دهنده واکنش قلیایی توده آند است. نوع هیدروکسید استفاده شده با آزمایش شعله به بهترین وجه تایید می شود. نمونه ای به اندازه چند دانه خشخاش را به سیم آهنی مرطوب شده با آب چسبانده و در شعله مشعل قرار می دهند.

رنگ زرد نشان می دهد که سازنده از هیدروکسید سدیم استفاده کرده است و رنگ صورتی-بنفش نشان دهنده هیدروکسید پتاسیم است. از آنجایی که ترکیبات سدیم تقریباً همه مواد را آلوده می کند و آزمایش شعله برای این عنصر بسیار حساس است، رنگ زرد شعله می تواند خطوط طیفی پتاسیم را بپوشاند. راه حل این است که شعله را از طریق فیلتر آبی-بنفش، که می تواند شیشه کبالت یا محلول رنگی در یک فلاسک (نیل یا متیل ویولت، موجود در پیوکتان ضد عفونی کننده زخم) باشد، نگاه کنید. فیلتر رنگ زرد را جذب می کند و به شما امکان می دهد وجود پتاسیم در نمونه را تأیید کنید.

کدهای تعیین

برای تسهیل شناسایی نوع سلول، یک کد الفبایی عددی ویژه معرفی شده است. برای متداول ترین انواع در خانه های ما، به شکل: عدد-حروف-حروف-رقمی است که در آن:

- رقم اول - تعداد سلول ها. برای سلول های تک نادیده گرفته می شود.

- حرف اول نوع سلول را نشان می دهد. هنگامی که وجود ندارد، یک سلول لکلانش روی گرافیت است (آند: روی، الکترولیت: کلرید آمونیوم، NH₄کلر، کلرید روی ZnCl₂کاتد: دی اکسید منگنز MnO₂). سایر انواع سلول ها به صورت زیر برچسب گذاری می شوند (هیدروکسید سدیم ارزان تر نیز به جای هیدروکسید پتاسیم استفاده می شود):

A, P - عناصر روی-هوا (آند: روی، اکسیژن هوا در کاتد گرافیت کاهش می یابد).

B, C, E, F, G - سلول های لیتیومی (آند: لیتیوم، اما بسیاری از مواد به عنوان کاتد و الکترولیت استفاده می شوند).

H – باتری نیکل-فلز هیدرید Ni-MH (هیدرید فلز، KOH، NiOOH)؛

K – باتری نیکل کادمیوم نیکل کادمیوم (کادمیم، KOH، NiOOH)؛

L - عنصر قلیایی (روی، KOH، MnO₂);

M - عنصر جیوه (روی، KOH؛ HgO)، دیگر استفاده نمی شود.

S - عنصر نقره (روی، KOH؛ Ag₂در باره)؛

Z - عنصر نیکل- منگنز (روی، KOH، NiOOH، MnO₂).

- حرف زیر شکل پیوند را نشان می دهد:

F - لایه لایه؛

R - استوانه ای؛

S - مستطیل شکل؛

P - تعیین فعلی سلول ها با اشکالی غیر از استوانه.

- عدد یا اعداد نهایی اندازه مرجع را نشان می دهد (مقادیر کاتالوگ یا مستقیماً دادن ابعاد).

نمونه هایی از علامت گذاری:

R03
 - یک سلول روی-گرافیت به اندازه یک انگشت کوچک. نام دیگر AAA یا میکرو است.

LR6 - یک سلول قلیایی به اندازه یک انگشت. نام دیگر AA یا مینیون است.

HR14  – باتری Ni-MH، از حرف C نیز برای نشان دادن اندازه استفاده می شود.

KR20 – باتری Ni-Cd که اندازه آن نیز با حرف D مشخص شده است.

3LR12 - یک باتری تخت با ولتاژ 4,5 ولت، متشکل از سه سلول قلیایی.

6F22 – باتری 9 ولت؛ شش سلول روی-گرافیت مسطح منفرد در یک محفظه مستطیلی قرار دارند.

CR2032 - عنصر لیتیوم - منگنز (لیتیوم، الکترولیت آلی، MnO₂) با قطر 20 میلی متر و ضخامت 3,2 میلی متر.