معالجة مصادر الطاقة الكيميائية
من المواقف الشائعة في كل منزل أن البطاريات المشتراة مؤخرًا لم تعد جيدة. أو ربما ، الاعتناء بالبيئة ، وفي نفس الوقت - حول ثروة محفظتنا ، لدينا بطاريات؟ بعد فترة ، سيرفضون أيضًا التعاون. حتى في سلة المهملات؟ بالطبع لا! بمعرفة التهديدات التي تسببها الخلايا في البيئة ، سنبحث عن نقطة تجمع.
جمع
ما هو حجم المشكلة التي نتعامل معها؟ أشار تقرير عام 2011 من قبل كبير المفتشين البيئيين إلى أن أكثر من 400 مليون خلية وبطارية. تقريبا نفس العدد انتحر.
أرز. 1. متوسط تكوين المواد الخام (الخلايا المستخدمة) من مجموعات الدولة.
لذلك نحن بحاجة إلى التطوير حوالي 92 ألف طن من النفايات الخطرة تحتوي على معادن ثقيلة (زئبق ، كادميوم ، نيكل ، فضة ، رصاص) وعدد من المركبات الكيميائية (هيدروكسيد البوتاسيوم ، كلوريد الأمونيوم ، ثاني أكسيد المنغنيز ، حامض الكبريتيك) (الشكل 1). عندما نتخلص منها - بعد تآكل الطلاء - فإنها تلوث التربة والمياه (الشكل 2). دعونا لا نقدم مثل هذه "الهدية" للبيئة ، وبالتالي لأنفسنا. من هذا المبلغ ، تم تقديم 34 ٪ من قبل معالجات متخصصة. لذلك ، لا يزال هناك الكثير الذي يتعين القيام به ، وليس من العزاء أنه ليس فقط في بولندا؟
أرز. 2. طلاءات الخلايا المتآكلة.
لم يعد لدينا عذر لعدم الذهاب إلى أي مكان الخلايا المستخدمة. مطلوب من كل منفذ يبيع البطاريات وقطع الغيار أن يقبلها منا (بالإضافة إلى الأجهزة الإلكترونية والأجهزة المنزلية القديمة). كما أن العديد من المحلات والمدارس بها حاويات يمكننا وضع أقفاص فيها. لذلك دعونا لا "ننكر" ولا نرمي البطاريات والمراكم المستعملة في سلة المهملات. بقليل من الرغبة ، سنجد نقطة تجمع ، والروابط نفسها تزن القليل جدًا بحيث لا يزعجنا الرابط.
Сортировка
كما هو الحال مع الآخرين المواد القابلة لإعادة التدوير، يصبح التحويل الفعال منطقيًا بعد الفرز. عادة ما تكون نفايات المنشآت الصناعية موحدة في الجودة ، لكن النفايات من المجموعات العامة هي مزيج من أنواع الخلايا المتاحة. وهكذا ، يصبح السؤال الرئيسي الفصل.
يتم الفرز يدويًا في بولندا ، في حين أن الدول الأوروبية الأخرى لديها بالفعل خطوط فرز آلية. يستخدمون مناخل بأحجام شبكية مناسبة (يسمح فصل الخلايا بأحجام مختلفة) والأشعة السينية (فرز المحتوى). يختلف أيضًا تكوين المواد الخام من المجموعات في بولندا اختلافًا طفيفًا.
حتى وقت قريب ، سيطرت خلايا Leclanche الحمضية الكلاسيكية. في الآونة الأخيرة فقط ، أصبحت ميزة الخلايا القلوية الأكثر حداثة ، التي غزت الأسواق الغربية منذ سنوات عديدة ، ملحوظة. على أي حال ، يمثل كلا النوعين من الخلايا التي تستخدم لمرة واحدة أكثر من 90٪ من البطاريات المجمعة. الباقي هو بطاريات الأزرار (الساعات التي تعمل بالطاقة (الشكل 3) أو الآلات الحاسبة) ، والبطاريات القابلة لإعادة الشحن وبطاريات الليثيوم للهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. سبب هذه الحصة الصغيرة هو السعر الأعلى وعمر الخدمة الأطول مقارنة بالعناصر التي يمكن التخلص منها.
أرز. 3. وصلة فضية تستخدم لتشغيل ساعات المعصم.
تحويل
بعد الانفصال ، حان وقت أهم شيء مرحلة المعالجة - استعادة الخامات. لكل نوع ، ستكون المنتجات المستلمة مختلفة قليلاً. ومع ذلك ، فإن تقنيات المعالجة متشابهة.
المعالجة الميكانيكية يتكون من طحن النفايات في المطاحن. يتم فصل الكسور الناتجة باستخدام مغناطيس كهربائي (الحديد وسبائكه) وأنظمة غربال خاصة (معادن أخرى ، عناصر بلاستيكية ، ورق ، إلخ). زاليتو تكمن الطريقة في حقيقة أنه لا توجد حاجة لفرز المواد الخام بعناية قبل المعالجة ، عيب - كمية كبيرة من النفايات غير الصالحة للاستعمال والتي تتطلب التخلص منها في مكبات النفايات.
إعادة التدوير المعدني المائي هو انحلال الخلايا في الأحماض أو القواعد. في المرحلة التالية من المعالجة ، يتم تنقية المحاليل الناتجة وفصلها ، على سبيل المثال ، الأملاح المعدنية ، للحصول على العناصر النقية. كبير ميزة تتميز الطريقة باستهلاك منخفض للطاقة وكمية صغيرة من النفايات التي تتطلب التخلص منها. خلل تتطلب طريقة إعادة التدوير هذه الفرز الدقيق للبطاريات لتجنب تلوث المنتجات الناتجة.
المعالجة الحرارية يتكون من إطلاق الخلايا في الأفران ذات التصميم المناسب. نتيجة لذلك ، يتم صهر أكاسيدها والحصول عليها (المواد الخام لمصانع الصلب). زاليتو تتمثل الطريقة في إمكانية استخدام بطاريات غير مفرزة ، عيب - استهلاك الطاقة وتوليد منتجات الاحتراق الضارة.
إلا قابلة لإعادة التدوير يتم تخزين الخلايا في مكبات النفايات بعد الحماية الأولية ضد دخول مكوناتها إلى البيئة. ومع ذلك ، فإن هذا ليس سوى نصف تدبير ، مما يؤجل الحاجة إلى التعامل مع هذا النوع من النفايات وإهدار العديد من المواد الخام القيمة.
يمكننا أيضًا استعادة بعض العناصر الغذائية في مختبرنا المنزلي. هذه هي مكونات عناصر Leclanche الكلاسيكية - الزنك عالي النقاء من الأكواب المحيطة بالعنصر ، وأقطاب الجرافيت. بدلاً من ذلك ، يمكننا فصل ثاني أكسيد المنجنيز عن الخليط داخل الخليط - ببساطة قم بغليه بالماء (لإزالة الشوائب القابلة للذوبان ، كلوريد الأمونيوم بشكل أساسي) والتصفية. البقايا غير القابلة للذوبان (الملوثة بغبار الفحم) مناسبة لمعظم التفاعلات التي تتضمن MnO.2.
ولكن ليس فقط العناصر المستخدمة لتشغيل الأجهزة المنزلية قابلة لإعادة التدوير. تعد بطاريات السيارات القديمة أيضًا مصدرًا للمواد الخام. يستخرج منها الرصاص ، ويستخدم بعد ذلك في تصنيع الأجهزة الجديدة ، ويتم التخلص من العلب وحشو الإلكتروليت.
لا يحتاج أحد إلى تذكير الأضرار البيئية التي يمكن أن تسببها المعادن الثقيلة السامة ومحلول حامض الكبريتيك. من أجل حضارتنا التقنية سريعة التطور ، فإن مثال الخلايا والبطاريات هو نموذج. لا تكمن المشكلة المتزايدة في إنتاج المنتج نفسه ، بل في التخلص منه بعد الاستخدام. آمل أن يلهم قراء مجلة "Young Technician" الآخرين لإعادة التدوير من خلال نموذجهم.
التجربة 1 - بطارية الليثيوم
خلايا الليثيوم يتم استخدامها في الآلات الحاسبة وللحفاظ على الطاقة لنظام BIOS للوحات الأم للكمبيوتر (الشكل 4). دعونا نؤكد وجود الليثيوم المعدني فيها.
أرز. 4. خلية منجنيز الليثيوم تستخدم للحفاظ على الطاقة لنظام BIOS الخاص باللوحة الأم للكمبيوتر.
بعد تفكيك العنصر (على سبيل المثال ، النوع الشائع CR2032) ، يمكننا رؤية تفاصيل الهيكل (الشكل 5): طبقة سوداء مضغوطة من ثاني أكسيد المنغنيز MnO2، قطب فاصل مسامي مشرب بمحلول إلكتروليت عضوي ، يعزل حلقة بلاستيكية وجزئين معدنيين يشكلان غلافًا.
أرز. 5. مكونات خلية منجنيز الليثيوم: 1. الجزء السفلي من الجسم بطبقة من معدن الليثيوم (القطب السالب). 2. فاصل مشرب بمحلول إلكتروليت عضوي. 3. طبقة مضغوطة من ثاني أكسيد المنغنيز (قطب موجب). 4. حلقة بلاستيكية (عازل كهربائي). 5. السكن العلوي (القطب الموجب الطرفية).
الأصغر (القطب السالب) مغطى بطبقة من الليثيوم ، والتي سرعان ما تزداد قتامة في الهواء. يتم تحديد العنصر من خلال اختبار اللهب. للقيام بذلك ، خذ بعض المعدن الناعم في نهاية السلك الحديدي وأدخل العينة في لهب الموقد - يشير اللون القرمزي إلى وجود الليثيوم (الشكل 6). نتخلص من المخلفات المعدنية عن طريق إذابتها في الماء.
أرز. 6. عينة من الليثيوم في لهب الموقد.
ضع قطبًا كهربائيًا معدنيًا بطبقة من الليثيوم في دورق واسكب بضعة سنتيمترات3 ماء. يحدث تفاعل عنيف في الوعاء مصحوبًا بإطلاق غاز الهيدروجين:
هيدروكسيد الليثيوم هو قاعدة قوية ويمكننا اختباره بسهولة باستخدام ورقة المؤشر.
تجربة 2 - الرابطة القلوية
اقطع عنصرًا قلويًا يمكن التخلص منه ، على سبيل المثال ، اكتب LR6 ("الإصبع" ، AA). بعد فتح الكأس المعدني ، تظهر البنية الداخلية (الشكل 7): يوجد بالداخل كتلة ضوئية تشكل الأنود (البوتاسيوم أو هيدروكسيد الصوديوم وغبار الزنك) ، وطبقة داكنة من ثاني أكسيد المنغنيز MnO تحيط به.2 مع غبار الجرافيت (كاثود الخلية).
أرز. 7. رد فعل قلوي لكتلة الأنود في خلية قلوية. الهيكل الخلوي المرئي: كتلة مكونة للأنود الخفيف (KOH + غبار الزنك) وثاني أكسيد المنغنيز الداكن مع غبار الجرافيت ككاثود.
يتم فصل الأقطاب الكهربائية عن بعضها بواسطة غشاء ورقي. ضع كمية صغيرة من مادة خفيفة على شريط الاختبار وقم بترطيبها بقطرة من الماء. يشير اللون الأزرق إلى التفاعل القلوي لكتلة الأنود. من الأفضل التحقق من نوع الهيدروكسيد المستخدم عن طريق اختبار اللهب. يتم لصق عينة بحجم العديد من بذور الخشخاش على سلك حديدي مغمور في الماء ويوضع في لهب الموقد.
يشير اللون الأصفر إلى استخدام الشركة المصنعة لهيدروكسيد الصوديوم ، ويشير اللون الوردي الأرجواني إلى هيدروكسيد البوتاسيوم. نظرًا لأن مركبات الصوديوم تلوث جميع المواد تقريبًا ، وأن اختبار اللهب لهذا العنصر حساس للغاية ، فإن اللون الأصفر للهب يمكن أن يخفي الخطوط الطيفية للبوتاسيوم. الحل هو النظر إلى اللهب من خلال مرشح أزرق بنفسجي ، والذي يمكن أن يكون زجاج الكوبالت أو محلول صبغ في القارورة (النيلي أو البنفسجي الميثيل الموجود في مطهر الجرح ، البيوكتان). سوف يمتص المرشح اللون الأصفر ، مما يسمح لك بتأكيد وجود البوتاسيوم في العينة.
رموز التعيين
لتسهيل تحديد نوع الخلية ، تم إدخال رمز أبجدي رقمي خاص. بالنسبة للأنواع الأكثر شيوعًا في منازلنا ، فهي تبدو مثل: رقم حرف ورقم حرف ، حيث:
- الرقم الأول هو عدد الخلايا ؛ تجاهله للخلايا المفردة.
- يشير الحرف الأول إلى نوع الخلية. عندما تكون غائبة ، فهي عبارة عن خلية Leclanche زنك جرافيت (الأنود: زنك ، إلكتروليت: كلوريد الأمونيوم ، NH4Cl ، كلوريد الزنك ZnCl2، الكاثود: ثاني أكسيد المنغنيز MnO2). يتم تصنيف أنواع الخلايا الأخرى على النحو التالي (يستخدم هيدروكسيد الصوديوم الأرخص أيضًا بدلاً من هيدروكسيد البوتاسيوم):
A, P - عناصر الزنك والهواء (الأنود: الزنك ، يتم تقليل الأكسجين الجوي على كاثود الجرافيت) ؛
B, C, E, F, G - خلايا الليثيوم (الأنود: الليثيوم ، ولكن العديد من المواد تستخدم كاثودات وكهارل) ؛
H - بطارية هيدريد النيكل والمعدن Ni-MH (هيدريد معدني ، KOH ، NiOOH) ؛
K - بطارية Ni-Cd من النيكل والكادميوم (الكادميوم ، KOH ، NiOOH) ؛
L - عنصر قلوي (زنك ، KOH ، MnO2);
M - عنصر الزئبق (الزنك ، KOH ، HgO) ، لم يعد مستخدماً ؛
S - عنصر الفضة (الزنك ، KOH ؛ Ag2حول)؛
Z - عنصر النيكل والمنغنيز (الزنك ، KOH ، NiOOH ، MnO2).
- يشير الحرف التالي إلى شكل الرابط:
F - رقائقي
R - إسطواني؛
S - مستطيلي؛
P - التعيين الحالي للخلايا ذات الأشكال غير الأسطوانية.
- الشكل النهائي أو الأشكال تشير إلى حجم المرجع (قيم الكتالوج أو إعطاء أبعاد مباشرة).
أمثلة على الوسم:
RX450
- خلية جرافيت من الزنك بحجم الإصبع الصغير. تسمية أخرى هي AAA أو micro.
LR6 - خلية قلوية بحجم الإصبع. تعيين آخر هو AA أو العميل.
HR14 - بطارية Ni-MH ، يستخدم الحرف C أيضًا للحجم.
KR20 - بطارية Ni-Cd ، والتي تم تمييز حجمها أيضًا بالحرف D.
3LR12 - بطارية مسطحة بجهد 4,5 فولت تتكون من ثلاث خلايا قلوية.
6F22 - بطارية 9V ؛ يتم وضع ست خلايا فردية مستوية من الزنك والجرافيت في علبة مستطيلة.
CR2032 - خلية منغنيز الليثيوم (ليثيوم ، إلكتروليت عضوي ، MnO2) بقطر 20 مم وسماكة 3,2 مم.
