Химиялық энергия көздерін өңдеу

Әрбір үйде жиі кездесетін жағдай - жақында сатып алынған батареялар енді жақсы емес. Немесе, мүмкін, қоршаған ортаға қамқорлықпен және сонымен бірге - әмиянымыздың байлығы туралы, бізде батареялар бар ма? Біраз уақыттан кейін олар да ынтымақтастықтан бас тартады. Сонымен қоқыста ма? Мүлдем жоқ! Жасушалар қоршаған ортада тудыратын қауіптер туралы біле отырып, біз митинг нүктесін іздейміз.

Коллекция

Біз шешіп отырған мәселенің ауқымы қандай? Бас экологиялық инспектордың 2011 жылғы есебінде қарағанда артық 400 миллион ұяшықтар мен батареялар. Шамамен осыншама адам өз-өзіне қол жұмсаған.

Күріш. 1. Мемлекеттік коллекциялардан алынған шикізаттың (пайдаланылған ұяшықтардың) орташа құрамы.

Сондықтан біз дамуымыз керек 92 мың тоннаға жуық қауіпті қалдықтар құрамында ауыр металдар (сынап, кадмий, никель, күміс, қорғасын) және бірқатар химиялық қосылыстар (калий гидроксиді, аммоний хлориді, марганец диоксиді, күкірт қышқылы) бар (1-сурет). Біз оларды тастаған кезде - жабын коррозиядан кейін - олар топырақ пен суды ластайды (2-сурет). Қоршаған ортаға, демек өзімізге де мұндай «сыйлық» жасамайық. Оның 34 пайызы мамандандырылған процессорлардың үлесіне тиді. Демек, әлі де көп нәрсе істеу керек және бұл тек Польшада емес екені жұбаныш емес пе?

Күріш. 2. Коррозияға ұшыраған жасуша жабындары.

Бізде енді бармайтын жерге сылтау жоқ пайдаланылған жасушалар. Батареяларды және ауыстыруды сататын әрбір сауда нүктесі оларды бізден (сонымен қатар ескі электроника мен тұрмыстық техника) қабылдауға міндетті. Сондай-ақ, көптеген дүкендер мен мектептерде торларды салуға болатын контейнерлер бар. Сондықтан «бас тартпайық» және пайдаланылған батареялар мен аккумуляторларды қоқыс жәшігіне тастамайық. Кішкене тілекпен біз жинау нүктесін табамыз, ал сілтемелердің салмағы соншалықты аз, бұл сілтеме бізді шаршатпайды.

сұрыптау

Басқалар сияқты қайта өңдеуге болатын материалдар, тиімді түрлендіру сұрыптаудан кейін мағынаға ие болады. Өнеркәсіптік кәсіпорындардың қалдықтары әдетте сапасы жағынан біркелкі, бірақ қоғамдық коллекциялардың қалдықтары қол жетімді жасуша түрлерінің қоспасы болып табылады. Осылайша, негізгі сұрақ туындайды сегрегация.

Польшада сұрыптау қолмен орындалады, ал басқа Еуропа елдерінде автоматтандырылған сұрыптау желілері бар. Олар тиісті тор өлшемдері бар електерді пайдаланады (мүмкіндік береді әртүрлі өлшемдегі жасушалардың бөлінуі) және рентгендік (мазмұнды сұрыптау). Польшадағы коллекциялардағы шикізаттың құрамы да аздап ерекшеленеді.

Соңғы уақытқа дейін біздің классикалық қышқыл Лекланш жасушалары басым болды. Көптеген жылдар бұрын Батыс нарықтарын жаулап алған заманауи сілтілі жасушалардың артықшылығы жақында ғана байқалды. Кез келген жағдайда, бір реттік ұяшықтардың екі түрі де жиналған батареялардың 90% -дан астамын құрайды. Қалғандары түймелік батареялар (сағаттарды қуаттандыру (3-сурет) немесе калькуляторлар), қайта зарядталатын батареялар мен телефондар мен ноутбуктерге арналған литий батареялары. Мұндай шағын үлестің себебі - бір реттік элементтермен салыстырғанда жоғары баға және ұзақ қызмет ету мерзімі.

Күріш. 3. Қол сағаттарын қуаттандыру үшін қолданылатын күміс сілтеме.

Өңдеу

Ажырасқаннан кейін ең маңызды нәрсеге уақыт келді өңдеу кезеңі - шикізатты қалпына келтіру. Әрбір түр үшін алынған өнімдер сәл өзгеше болады. Дегенмен, өңдеу әдістері ұқсас.

Механикалық өңдеу диірмендерде қалдықтарды ұнтақтаудан тұрады. Алынған фракцияларды электромагниттерді (темір және оның қорытпалары) және арнайы елеуіш жүйелерін (басқа металдар, пластикалық элементтер, қағаз және т.б.) қолдану арқылы бөледі. Күннің шығуы әдіс шикізатты өңдеу алдында мұқият сұрыптаудың қажеті жоқтығында, ақау - полигондарға тастауды талап ететін, жарамсыз қалдықтардың көп мөлшері.

Гидрометаллургиялық қайта өңдеу жасушалардың қышқылдарда немесе негіздерде еруі болып табылады. Өңдеудің келесі сатысында алынған ерітінділер тазартылады және таза элементтерді алу үшін, мысалы, металл тұздары бөлінеді. Үлкен артықшылығы әдіс энергияны аз тұтынумен және кәдеге жаратуды қажет ететін қалдықтардың аз мөлшерімен сипатталады. Ақау Бұл қайта өңдеу әдісі алынған өнімдердің ластанбауы үшін батареяларды мұқият сұрыптауды талап етеді.

Термиялық өңдеу тиісті конструкциядағы пештерде ұяшықтарды күйдіруден тұрады. Нәтижесінде олардың оксидтері балқытылады және алынады (болат диірмендерінің шикізаты). Күннің шығуы әдіс сұрыпталмаған батареяларды пайдалану мүмкіндігінен тұрады, ақау және – энергияны тұтыну және зиянды жану өнімдерін өндіру.

қоспағанда қайта өңдеуге жарамды Жасушалар олардың құрамдас бөліктерінің қоршаған ортаға түсуінен алдын ала қорғалған соң полигондарда сақталады. Дегенмен, бұл қалдықтардың осы түрімен және көптеген құнды шикізаттың қалдықтарымен күресу қажеттілігін кейінге қалдыратын жарты шара ғана.

Біз сондай-ақ үй зертханамыздағы кейбір қоректік заттарды қалпына келтіре аламыз. Бұл классикалық Лекланш элементтерінің құрамдас бөліктері - элементті қоршап тұрған шыныаяқтардан алынған жоғары таза мырыш және графит электродтары. Сонымен қатар, қоспаның ішіндегі қоспадан марганец диоксидін бөліп алуға болады - оны жай ғана сумен қайнатыңыз (ерігіш қоспаларды, негізінен аммоний хлоридін кетіру үшін) және сүзгіден өткізіңіз. Ерімейтін қалдық (көмір шаңымен ластанған) MnO қатысатын көптеген реакциялар үшін жарамды.₂.

Бірақ тұрмыстық техниканы қуаттандыру үшін қолданылатын элементтер ғана емес, қайта өңдеуге жарамды. Көліктердің ескі аккумуляторлары да шикізат көзі болып табылады. Олардан қорғасын алынады, ол кейіннен жаңа құрылғыларды жасауда пайдаланылады, корпустар мен оларды толтыратын электролит жойылады.

Улы ауыр металдар мен күкірт қышқылы ерітіндісінің қоршаған ортаға тигізетін зиянын ешкімнің есіне салудың қажеті жоқ. Біздің қарқынды дамып келе жатқан техникалық өркениетіміз үшін ұяшықтар мен батареялар үлгісі үлгі болып табылады. Өсіп келе жатқан мәселе - өнімнің өзін өндіру емес, оны пайдаланғаннан кейін жою. «Жас техник» журналының оқырмандары өз үлгісімен басқаларды қайта өңдеуге шабыттандырады деп сенемін.

1-тәжірибе – литий батареясы

литий жасушалары олар калькуляторларда және компьютердің аналық платаларының BIOS-ына қуат беру үшін қолданылады (4-сурет). Олардың құрамында металдық литийдің болуын растайық.

Күріш. 4. Компьютердің аналық платасының BIOS жүйесіне қуат беру үшін қолданылатын литий-марганец ұяшығы.

Элементті бөлшектегеннен кейін (мысалы, жалпы типтегі CR2032) біз құрылымның егжей-тегжейлерін көре аламыз (5-сурет): марганец диоксиді MnO қара сығылған қабаты.₂, органикалық электролит ерітіндісімен сіңдірілген, пластикалық сақинаны және корпусты құрайтын екі металл бөлікті оқшаулайтын кеуекті сепаратор электроды.

Күріш. 5. Литий-марганец жасушасының құрамдас бөліктері: 1. Литий металл қабаты бар дененің төменгі бөлігі (теріс электрод). 2. Органикалық электролит ерітіндісімен сіңдірілген сепаратор. 3. Марганец диоксидінің престелген қабаты (оң электрод). 4. Пластикалық сақина (электродты оқшаулағыш). 5. Жоғарғы корпус (оң электрод терминалы).

Кіші (теріс электрод) литий қабатымен жабылған, ол ауада тез қараңғыланады. Элемент жалын сынағы арқылы анықталады. Ол үшін темір сымның ұшына жұмсақ металды алып, үлгіні оттық жалынына салыңыз - кармин түсі литийдің бар екенін көрсетеді (6-сурет). Металл қалдықтарын суда еріту арқылы кәдеге жаратамыз.

Күріш. 6. Оттық жалынындағы литий үлгісі.

Литий қабаты бар металл электродты стаканға салып, бірнеше см құйыңыз³ су. Ыдыста сутегі газының бөлінуімен бірге күшті реакция пайда болады:

Литий гидроксиді - күшті негіз және біз оны индикатор қағазымен оңай тексере аламыз.

2-тәжірибе – сілтілі байланыс

Бір рет қолданылатын сілтілі элементті кесіңіз, мысалы, LR6 («саусақ», AA) түрі. Металл шыныаяқты ашқаннан кейін ішкі құрылым көрінеді (7-сурет): ішінде анод түзетін жеңіл масса (калий немесе натрий гидроксиді және мырыш шаңы) және оны қоршап тұрған марганец диоксиді MnO қара түсті қабаты.₂ графит шаңымен (клеткалық катод).

Күріш. 7. Сілтілік ұяшықтағы анод массасының сілтілік реакциясы. Көзге көрінетін жасуша құрылымы: ашық анод түзетін масса (KOH + мырыш шаңы) және катод ретінде графит шаңы бар қара марганец диоксиді.

Электродтар бір-бірінен қағаз диафрагмамен бөлінген. Сынақ жолағына жеңіл заттың аз мөлшерін жағып, оны бір тамшы сумен ылғалдандырыңыз. Көк түс анод массасының сілтілі реакциясын көрсетеді. Қолданылатын гидроксидтің түрі жалын сынағы арқылы жақсы тексеріледі. Көлемі бірнеше көкнәр тұқымындай үлгіні суға малынған темір сымға желімдеп, оттық жалынға салады.

Сары түс өндірушінің натрий гидроксидін пайдаланғанын, ал қызғылт-күлгін түс калий гидроксидін қолданғанын білдіреді. Натрий қосылыстары барлық дерлік заттарды ластайтындықтан және бұл элемент үшін жалын сынағы өте сезімтал болғандықтан, жалынның сары түсі калийдің спектрлік сызықтарын бүркемелеуі мүмкін. Шешім жалынды көк-күлгін сүзгі арқылы қарау болып табылады, ол кобальт шыны немесе колбадағы бояғыш ерітіндісі болуы мүмкін (жараны дезинфекциялаушы құралда табылған индиго немесе метилфиолет, пиоктан). Сүзгі сары түсті сіңіреді, бұл үлгідегі калийдің бар-жоғын растауға мүмкіндік береді.

Белгілеу кодтары

Ұяшық түрін анықтауды жеңілдету үшін арнайы әріптік-цифрлық код енгізілді. Біздің үйлердегі ең көп таралған түрлер үшін ол келесідей көрінеді: сан-әріп-әріп-сан, мұнда:

- бірінші цифр – ұяшықтардың саны; жалғыз ұяшықтар үшін еленбейді.

– бірінші әріп ұяшық түрін көрсетеді. Жоқ кезде бұл Лекланш мырыш-графитті ұяшық (анод: мырыш, электролит: аммоний хлориді, NH₄Cl, мырыш хлориді ZnCl₂, катод: марганец диоксиді MnO₂). Басқа жасуша түрлері келесідей таңбаланады (калий гидроксидінің орнына арзанырақ натрий гидроксиді де қолданылады):

A, P – мырыш-ауа элементтері (анод: мырыш, атмосфералық оттегі графиттік катодта тотықсызданған);

B, C, E, F, G - литий жасушалары (анод: литий, бірақ катодтар мен электролит ретінде көптеген заттар қолданылады);

H – Ni-MH никель-металл гидридті аккумулятор (металл гидрид, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd никель-кадмий батареясы (кадмий, KOH, NiOOH);

L – сілтілі элемент (мырыш, KOH, MnO₂);

M – сынап элементі (мырыш, KOH; HgO), енді қолданылмайды;

S – күміс элементі (мырыш, KOH; Ag₂ТУРАЛЫ);

Z – никель-марганец элементі (мырыш, KOH, NiOOH, MnO₂).

- келесі әріп сілтеменің пішінін көрсетеді:

F - пластинкалы;

R - цилиндрлік;

S - төртбұрыш;

P – цилиндрлік емес пішіні бар ұяшықтардың ағымдағы белгіленуі.

– соңғы сурет немесе цифрлар анықтаманың өлшемін көрсетеді (каталог мәндері немесе өлшемдерді тікелей беретін).

Белгілеу мысалдары:

R03
 - өлшемі кішкентай саусақтай мырыш-графит жасушасы. Басқа белгілеу - AAA немесе микро.

LR6 - саусақтың көлеміндей сілтілі жасуша. Басқа белгілеу - AA немесе минион.

HR14  – Ni-MH батареясы, өлшем үшін C әрпі де қолданылады.

KR20 – Ni-Cd батареясы, оның өлшемі де D әрпімен белгіленген.

3 LR12 - үш сілтілі ұяшықтан тұратын кернеуі 4,5 В болатын жалпақ батарея.

6F22 – 9 В батарея; алты жеке жазық мырыш-графит ұяшықтары тікбұрышты корпуста қоршалған.

CR2032 – литий-марганец жасушасы (литий, органикалық электролит, MnO₂) диаметрі 20 мм және қалыңдығы 3,2 мм.