Xử lý các nguồn năng lượng hóa học

Một tình trạng phổ biến ở mọi nhà là pin mới mua không còn tốt nữa. Hoặc có thể, quan tâm đến môi trường, đồng thời - về sự giàu có trong ví của chúng ta, chúng ta có pin? Sau một thời gian, họ cũng sẽ từ chối hợp tác. Vì vậy, trong thùng rác? Tuyệt đối không! Biết về các mối đe dọa mà các tế bào gây ra trong môi trường, chúng tôi sẽ tìm kiếm một điểm tập hợp.

Bộ sưu tập

Quy mô của vấn đề chúng ta đang giải quyết là gì? Một báo cáo năm 2011 của Chánh Thanh tra Môi trường chỉ ra rằng hơn 400 triệu tế bào và pin. Khoảng tương tự con số đã tự tử.

Cơm. 1. Thành phần trung bình của nguyên liệu thô (ô đã sử dụng) từ các bộ sưu tập trạng thái.

Vì vậy chúng ta cần phát triển khoảng 92 nghìn tấn chất thải nguy hại chứa kim loại nặng (thủy ngân, cadmium, niken, bạc, chì) và một số hợp chất hóa học (kali hydroxit, amoni clorua, mangan điôxit, axit sunfuric) (Hình 1). Khi chúng ta vứt chúng đi - sau khi lớp phủ bị ăn mòn - chúng gây ô nhiễm đất và nước (Hình 2). Chúng ta đừng tạo ra một "món quà" như vậy cho môi trường, và do đó, cho chính chúng ta. Trong số này, 34% được chiếm bởi các bộ xử lý chuyên dụng. Vì vậy, vẫn còn nhiều việc phải làm, và không phải là một điều an ủi rằng nó không chỉ ở Ba Lan?

Cơm. 2. Các lớp phủ tế bào bị ăn mòn.

Chúng ta không còn có cớ để đi đâu cả tế bào đã sử dụng. Mọi cửa hàng bán pin và thiết bị thay thế đều phải chấp nhận chúng từ chúng tôi (cũng như các thiết bị điện tử và thiết bị gia dụng cũ). Ngoài ra, nhiều cửa hàng và trường học có các thùng chứa để chúng ta có thể đặt lồng. Vì vậy, chúng ta hãy không “từ chối trách nhiệm” và không vứt bỏ pin và ắc quy đã qua sử dụng vào thùng rác. Với một chút mong muốn, chúng tôi sẽ tìm thấy một điểm tập hợp, và bản thân các liên kết có trọng lượng rất nhỏ để liên kết đó sẽ không làm chúng tôi mệt mỏi.

Sắp xếp

Như với những người khác vật liệu tái chế, việc chuyển đổi hiệu quả có ý nghĩa sau khi sắp xếp. Chất thải từ các nhà máy công nghiệp thường có chất lượng đồng đều, nhưng chất thải từ các cơ sở thu gom công cộng là một hỗn hợp của các loại ô có sẵn. Do đó, câu hỏi quan trọng trở thành sự phân biệt.

Ở Ba Lan, việc phân loại được thực hiện theo cách thủ công, trong khi các nước châu Âu khác đã có dây chuyền phân loại tự động. Họ sử dụng sàng với kích thước mắt lưới phù hợp (cho phép tách các ô có kích thước khác nhau) và x-ray (sắp xếp nội dung). Thành phần nguyên liệu thô từ các bộ sưu tập ở Ba Lan cũng hơi khác một chút.

Cho đến gần đây, các tế bào Leclanche có tính axit cổ điển của chúng ta chiếm ưu thế. Chỉ gần đây, lợi thế của các yếu tố kiềm hiện đại hơn, vốn đã chinh phục thị trường phương Tây nhiều năm trước, mới trở nên đáng chú ý. Trong mọi trường hợp, cả hai loại pin dùng một lần đều chiếm hơn 90% lượng pin được thu thập. Phần còn lại là pin nút (cấp nguồn cho đồng hồ (Hình 3) hoặc máy tính), pin sạc và pin lithium cho điện thoại và máy tính xách tay. Lý do cho một phần nhỏ như vậy là giá cao hơn và tuổi thọ dài hơn so với các yếu tố dùng một lần.

Cơm. 3. Liên kết bạc dùng để cấp nguồn cho đồng hồ đeo tay.

Chế biến

Sau khi chia tay, đã đến lúc điều quan trọng nhất giai đoạn xử lý - thu hồi nguyên liệu. Đối với mỗi loại, các sản phẩm nhận được sẽ hơi khác nhau. Tuy nhiên, các kỹ thuật xử lý là tương tự nhau.

chế biến cơ khí bao gồm nghiền chất thải trong các nhà máy. Các phần kết quả được tách ra bằng cách sử dụng nam châm điện (sắt và hợp kim của nó) và hệ thống sàng đặc biệt (kim loại khác, các phần tử nhựa, giấy, v.v.). Ngập phương pháp này nằm ở chỗ không cần phải phân loại nguyên liệu trước khi chế biến một cách cẩn thận, khiếm khuyết - một lượng lớn chất thải không sử dụng được cần phải xử lý tại các bãi chôn lấp.

Tái chế luyện kim thủy lực là sự hòa tan của tế bào trong axit hoặc bazơ. Ở giai đoạn xử lý tiếp theo, các dung dịch thu được được tinh chế và tách riêng, ví dụ, muối kim loại, để thu được các nguyên tố tinh khiết. Lớn lợi thế phương pháp này được đặc trưng bởi tiêu thụ năng lượng thấp và một lượng nhỏ chất thải cần phải xử lý. Khiếm khuyết Phương pháp tái chế này yêu cầu phân loại pin cẩn thận để tránh nhiễm bẩn vào các sản phẩm tạo thành.

Quá trình tỏa nhiệt bao gồm việc nung các tế bào trong các lò có thiết kế thích hợp. Kết quả là, các oxit của chúng được nấu chảy và thu được (nguyên liệu cho các nhà máy thép). Ngập phương pháp bao gồm khả năng sử dụng pin không được phân loại, khiếm khuyết và – tiêu thụ năng lượng và tạo ra các sản phẩm đốt cháy có hại.

ngoài ra có thể tái chế Các tế bào được lưu trữ trong các bãi chôn lấp sau khi được bảo vệ sơ bộ khỏi sự xâm nhập của các thành phần của chúng vào môi trường. Tuy nhiên, đây chỉ là biện pháp một nửa, tạm hoãn việc phải xử lý loại chất thải này và sự lãng phí của nhiều nguyên liệu thô có giá trị.

Chúng tôi cũng có thể khôi phục một số chất dinh dưỡng trong phòng thí nghiệm tại nhà của mình. Đây là những thành phần của các nguyên tố Leclanche cổ điển - kẽm có độ tinh khiết cao từ các cốc xung quanh nguyên tố và các điện cực than chì. Ngoài ra, chúng ta có thể tách mangan điôxit ra khỏi hỗn hợp bên trong hỗn hợp - chỉ cần đun sôi với nước (để loại bỏ các tạp chất hòa tan, chủ yếu là amoni clorua) và lọc. Phần cặn không tan (nhiễm bụi than) thích hợp cho hầu hết các phản ứng có sự tham gia của MnO.₂.

Nhưng không chỉ các yếu tố được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị gia dụng là có thể tái chế. Ắc quy ô tô cũ cũng là một nguồn nguyên liệu thô. Chì được chiết xuất từ ​​chúng, sau đó được sử dụng trong sản xuất các thiết bị mới, và các vỏ và chất điện phân làm đầy chúng sẽ được xử lý.

Không ai cần được nhắc nhở về tác hại môi trường có thể gây ra bởi kim loại nặng độc hại và dung dịch axit sulfuric. Đối với nền văn minh kỹ thuật đang phát triển nhanh chóng của chúng ta, ví dụ về tế bào và pin là một mô hình. Một vấn đề ngày càng gia tăng không phải là việc sản xuất sản phẩm mà là việc thải bỏ nó sau khi sử dụng. Tôi hy vọng rằng các độc giả của tạp chí "Kỹ thuật viên trẻ" sẽ truyền cảm hứng cho những người khác để tái chế bằng tấm gương của họ.

Thí nghiệm 1 - pin lithium

tế bào liti chúng được sử dụng trong máy tính và để duy trì nguồn điện cho BIOS của bo mạch chủ máy tính (Hình 4). Hãy để chúng tôi xác nhận sự hiện diện của liti kim loại trong chúng.

Cơm. 4. Một tế bào lithium-mangan được sử dụng để duy trì nguồn điện cho BIOS của bo mạch chủ máy tính.

Sau khi tháo rời phần tử (ví dụ, loại thông thường CR2032), chúng ta có thể thấy các chi tiết của cấu trúc (Hình 5): lớp nén màu đen của mangan đioxit MnO₂, một điện cực ngăn cách xốp được tẩm dung dịch điện phân hữu cơ, cách điện một vòng nhựa và hai phần kim loại tạo thành vỏ bọc.

Cơm. 5. Các thành phần của tế bào lithium-mangan: 1. Phần dưới của cơ thể với một lớp kim loại lithium (điện cực âm). 2. Bộ phân tách được tẩm dung dịch chất điện ly hữu cơ. 3. Lớp ép mangan đioxit (điện cực dương). 4. Vòng nhựa (chất cách điện cực). 5. Vỏ trên (đầu nối điện cực dương).

Cái nhỏ hơn (điện cực âm) được phủ một lớp liti, lớp này nhanh chóng sẫm màu trong không khí. Yếu tố được xác định bằng một bài kiểm tra ngọn lửa. Để làm điều này, lấy một ít kim loại mềm ở đầu dây sắt và đưa mẫu thử vào ngọn lửa của đầu đốt - màu carmine cho biết có sự hiện diện của liti (Hình 6). Chúng tôi loại bỏ dư lượng kim loại bằng cách hòa tan chúng trong nước.

Cơm. 6. Một mẫu liti trong ngọn lửa đốt.

Đặt một điện cực kim loại có một lớp liti vào cốc và đổ vài cm³ nước. Một phản ứng dữ dội xảy ra trong bình, kèm theo sự giải phóng khí hydro:

Lithi hydroxit là một bazơ mạnh và chúng ta có thể dễ dàng kiểm tra nó bằng giấy chỉ thị.

Kinh nghiệm 2 - liên kết kiềm

Cắt phần tử kiềm dùng một lần, chẳng hạn như loại LR6 (“ngón tay”, AA). Sau khi mở cốc kim loại, có thể nhìn thấy cấu trúc bên trong (Hình 7): bên trong có một khối nhẹ tạo thành cực dương (bụi kali hoặc natri hydroxit và kẽm) và một lớp mangan điôxit MnO sẫm màu bao quanh nó.₂ với bụi than chì (cực âm của tế bào).

Cơm. 7. Phản ứng kiềm của khối cực dương trong bình kiềm. Cấu trúc tế bào có thể nhìn thấy: khối tạo thành cực dương nhẹ (KOH + bụi kẽm) và mangan đioxit tối với bụi than chì làm cực âm.

Các điện cực được ngăn cách với nhau bằng một màng ngăn bằng giấy. Nhỏ một ít chất nhẹ lên que thử và làm ẩm nó bằng một giọt nước. Màu xanh lam chứng tỏ anôt có phản ứng kiềm. Loại hydroxit được sử dụng được xác minh tốt nhất bằng thử nghiệm ngọn lửa. Một mẫu có kích thước bằng vài hạt anh túc được dán vào một sợi dây sắt ngâm trong nước và đặt trong ngọn lửa đốt.

Màu vàng cho biết nhà sản xuất đã sử dụng natri hydroxit và màu hồng tím cho biết kali hydroxit. Do các hợp chất natri gây ô nhiễm hầu hết các chất và thử nghiệm ngọn lửa đối với nguyên tố này cực kỳ nhạy cảm, nên màu vàng của ngọn lửa có thể che lấp các vạch quang phổ của kali. Giải pháp là nhìn ngọn lửa qua bộ lọc màu xanh tím, có thể là thủy tinh coban hoặc dung dịch thuốc nhuộm trong bình (tím chàm hoặc metyl có trong chất khử trùng vết thương, pyoctan). Bộ lọc sẽ hấp thụ màu vàng, cho phép bạn xác nhận sự hiện diện của kali trong mẫu.

Mã chỉ định

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định loại ô, một mã chữ và số đặc biệt đã được giới thiệu. Đối với các kiểu phổ biến nhất trong nhà của chúng ta, nó giống như: number-letter-letter-number, trong đó:

- chữ số đầu tiên là số ô; bỏ qua cho các ô đơn lẻ.

– chữ cái đầu tiên cho biết loại ô. Khi vắng mặt, nó là tế bào kẽm-than chì Leclanche (cực dương: kẽm, chất điện phân: amoni clorua, NH₄Cl, kẽm clorua ZnCl₂, cực âm: mangan đioxit MnO₂). Các loại tế bào khác được dán nhãn như sau (natri hydroxit rẻ hơn cũng được sử dụng thay vì hydroxit kali):

A, P – các nguyên tố kẽm-không khí (cực dương: kẽm, oxy trong khí quyển bị khử trên cực âm than chì);

B, C, E, F, G - pin lithium (cực dương: lithium, nhưng nhiều chất được dùng làm cực âm và chất điện phân);

H – Pin niken-hydride kim loại Ni-MH (hydride kim loại, KOH, NiOOH);

K – Pin niken-cadmium Ni-Cd (cadmium, KOH, NiOOH);

L – nguyên tố kiềm (kẽm, KOH, MnO₂);

M – nguyên tố thủy ngân (kẽm, KOH; HgO), không còn được sử dụng;

S – nguyên tố bạc (kẽm, KOH; Ag₂VỀ);

Z – nguyên tố niken-mangan (kẽm, KOH, NiOOH, MnO₂).

- chữ cái sau biểu thị hình dạng của liên kết:

F - lam;

R - hình trụ;

S - hình hộp chữ nhật;

P – ký hiệu hiện tại của các ô có hình dạng khác với hình trụ.

– con số hoặc con số cuối cùng cho biết kích thước của tham chiếu (giá trị danh mục hoặc kích thước đưa ra trực tiếp).

Đánh dấu các ví dụ:

R03
 - một tế bào kẽm-than chì cỡ ngón tay út. Một tên gọi khác là AAA hoặc micro.

LR6 - một tế bào kiềm cỡ ngón tay. Một tên gọi khác là AA hoặc minion.

HR14  – Pin Ni-MH, chữ C cũng được dùng để chỉ kích thước.

KR20 – Pin Ni-Cd, kích thước cũng được đánh dấu bằng chữ D.

3LR12 - pin phẳng có điện áp 4,5 V, bao gồm ba tế bào kiềm.

6F22 – Pin 9V; sáu tế bào kẽm-than chì phẳng riêng lẻ được đặt trong một hộp hình chữ nhật.

CR2032 – pin lithium-mangan (lithium, chất điện phân hữu cơ, MnO₂) với đường kính 20 mm và dày 3,2 mm.