Kimyoviy energiya manbalarini qayta ishlash

Har bir uyda tez-tez uchraydigan holat - yaqinda sotib olingan batareyalar endi yaxshi emas. Yoki, ehtimol, atrof-muhitga g'amxo'rlik qilish va shu bilan birga - hamyonimizning boyligi haqida bizda batareyalar bormi? Biroz vaqt o'tgach, ular ham hamkorlik qilishdan bosh tortadilar. Xo'sh, axlat qutisidami? Mutlaqo yo'q! Hujayralar atrof-muhitga olib keladigan tahdidlar haqida bilib, biz miting nuqtasini qidiramiz.

To'plam

Biz ko'rib chiqayotgan muammoning ko'lami qanday? 2011 yil bosh ekologik inspektorning hisobotida ko'rsatilganidan ko'ra ko'proq 400 million hujayra va batareyalar. Taxminan bir xil odam o'z joniga qasd qilgan.

Guruch. 1. Davlat kollektsiyalaridan olingan xom ashyo (ishlatilgan hujayralar)ning o'rtacha tarkibi.

Shuning uchun biz rivojlanishimiz kerak 92 ming tonnaga yaqin xavfli chiqindilar tarkibida og'ir metallar (simob, kadmiy, nikel, kumush, qo'rg'oshin) va bir qator kimyoviy birikmalar (kaliy gidroksid, ammoniy xlorid, marganets dioksidi, sulfat kislota) (1-rasm). Biz ularni tashlaganimizda - qoplama korroziyaga uchraganidan keyin - ular tuproq va suvni ifloslantiradi (2-rasm). Keling, atrof-muhitga, demak, o'zimizga bunday "sovg'a" qilmaylik. Ushbu miqdorning 34 foizi ixtisoslashtirilgan protsessorlar hissasiga to'g'ri keldi. Shuning uchun hali qilinadigan ishlar ko'p va bu nafaqat Polshada ekanligi tasalli emasmi?

Guruch. 2. Korroziyaga uchragan hujayra qoplamalari.

Bizda endi hech qaerga bormaslik uchun bahona yo'q ishlatilgan hujayralar. Batareyalar va almashtirishlarni sotadigan har bir do'kon ularni bizdan (shuningdek, eski elektronika va maishiy texnika) qabul qilishi shart. Bundan tashqari, ko'plab do'konlar va maktablarda biz qafas qo'yishimiz mumkin bo'lgan idishlar mavjud. Shunday ekan, keling, “rad etmaylik” va foydalanilgan batareya va akkumulyatorlarni axlatga tashlamaylik. Bir oz istak bilan biz miting nuqtasini topamiz va havolalarning o'zi shunchalik ozki, havola bizni charchamaydi.

saralash

Boshqalar kabi qayta ishlanadigan materiallar, samarali transformatsiya saralashdan keyin mantiqiy bo'ladi. Ishlab chiqarish korxonalari chiqindilari odatda bir xil sifatga ega, ammo jamoat yig'imlari chiqindilari mavjud hujayra turlarining aralashmasidir. Shunday qilib, asosiy savol tug'iladi ajratish.

Polshada saralash qo'lda amalga oshiriladi, boshqa Evropa mamlakatlarida esa avtomatlashtirilgan saralash liniyalari mavjud. Ular mos o'lchamdagi elaklardan foydalanadilar (ruxsat beradi turli o'lchamdagi hujayralarni ajratish) va rentgen (kontentni saralash). Polshadagi kollektsiyalardan olingan xom ashyo tarkibi ham biroz farq qiladi.

Yaqin vaqtgacha bizning klassik kislotali Leclanche hujayralari ustunlik qildi. Ko'p yillar oldin G'arb bozorlarini zabt etgan zamonaviyroq gidroksidi elementlarning afzalligi yaqinda sezilarli bo'ldi. Har holda, har ikkala turdagi bir martalik hujayralar to'plangan batareyalarning 90% dan ortig'ini tashkil qiladi. Qolganlari tugma batareyalari (quvvat soatlari (3-rasm) yoki kalkulyatorlar), qayta zaryadlanuvchi batareyalar va telefonlar va noutbuklar uchun lityum batareyalar. Bunday kichik ulushning sababi bir martalik elementlarga nisbatan yuqori narx va uzoqroq xizmat qilish muddati hisoblanadi.

Guruch. 3. Qo'l soatlarini quvvatlantirish uchun ishlatiladigan kumush bog'ich.

ishlov berish

Ajralishdan keyin eng muhim narsa vaqti keldi qayta ishlash bosqichi - xom ashyoni qayta tiklash. Har bir tur uchun olingan mahsulotlar biroz boshqacha bo'ladi. Biroq, qayta ishlash texnologiyasi o'xshash.

mexanik ishlov berish chiqindilarni tegirmonlarda maydalashdan iborat. Olingan fraktsiyalar elektromagnitlar (temir va uning qotishmalari) va maxsus elak tizimlari (boshqa metallar, plastmassa elementlar, qog'oz va boshqalar) yordamida ajratiladi. Zaleto usul shundan iboratki, qayta ishlashdan oldin xom ashyoni ehtiyotkorlik bilan saralashga hojat yo'q; nuqson - chiqindixonalarga tashlashni talab qiladigan ko'p miqdorda yaroqsiz chiqindilar.

Gidrometallurgiyani qayta ishlash hujayralarning kislotalar yoki asoslarda erishi. Qayta ishlashning keyingi bosqichida olingan eritmalar tozalanadi va toza elementlarni olish uchun, masalan, metall tuzlari ajratiladi. Katta afzalliklari usul kam energiya iste'moli va yo'q qilishni talab qiladigan oz miqdordagi chiqindilar bilan tavsiflanadi. Qusur Ushbu qayta ishlash usuli hosil bo'lgan mahsulotlarning ifloslanishini oldini olish uchun batareyalarni ehtiyotkorlik bilan saralashni talab qiladi.

Termal ishlov berish tegishli dizayndagi pechlarda hujayralarni yoqishdan iborat. Natijada, ularning oksidlari eritiladi va olinadi (po'lat tegirmonlari uchun xom ashyo). Zaleto usul tartiblanmagan batareyalardan foydalanish imkoniyatidan iborat, nuqson va - energiya iste'moli va zararli yonish mahsulotlarini ishlab chiqarish.

tashqari qayta ishlanadigan Hujayralar uning tarkibiy qismlarining atrof-muhitga kirishidan dastlabki himoyalangandan so'ng poligonlarda saqlanadi. Biroq, bu faqat yarim chora bo'lib, bu turdagi chiqindilar bilan shug'ullanish zarurati va ko'plab qimmatli xom ashyoning chiqindilarini kechiktiradi.

Shuningdek, biz uy laboratoriyamizdagi ozuqa moddalarining bir qismini tiklashimiz mumkin. Bu klassik Leclanche elementlarining tarkibiy qismlari - elementni o'rab turgan stakanlardan yuqori tozalikdagi sink va grafit elektrodlari. Shu bilan bir qatorda, aralashmaning ichidagi aralashmadan marganets dioksidini ajratishimiz mumkin - shunchaki uni suv bilan qaynatib oling (eriydigan aralashmalarni, asosan ammoniy xloridni olib tashlash uchun) va filtrlang. Erimaydigan qoldiq (ko'mir changi bilan ifloslangan) MnO ni o'z ichiga olgan ko'pgina reaktsiyalar uchun javob beradi.₂.

Lekin nafaqat maishiy texnikani quvvatlantirish uchun ishlatiladigan elementlar qayta ishlanishi mumkin. Eski avtomobil akkumulyatorlari ham xom ashyo manbai hisoblanadi. Ulardan qo'rg'oshin olinadi, keyinchalik u yangi qurilmalar ishlab chiqarishda ishlatiladi va qutilar va ularni to'ldiruvchi elektrolitlar utilizatsiya qilinadi.

Zaharli og'ir metallar va sulfat kislota eritmasi sabab bo'lishi mumkin bo'lgan ekologik zararni hech kimga eslatib o'tish kerak emas. Tez rivojlanayotgan texnik tsivilizatsiyamiz uchun hujayralar va batareyalar misoli namunadir. O'sib borayotgan muammo bu mahsulotning o'zi ishlab chiqarish emas, balki uni ishlatishdan keyin utilizatsiya qilishdir. Umid qilamanki, "Yosh texnik" jurnali o'quvchilari o'zlarining namunalari bilan boshqalarni qayta ishlashga ilhomlantiradilar.

Tajriba 1 - lityum batareya

litiy hujayralari ular kalkulyatorlarda va kompyuterning anakartlarining BIOS-ni quvvat bilan ta'minlash uchun ishlatiladi (4-rasm). Keling, ularda metall lityum borligini tasdiqlaylik.

Guruch. 4. Kompyuter anakartining BIOS quvvatini ta'minlash uchun ishlatiladigan lityum-marganets xujayrasi.

Elementni (masalan, umumiy turdagi CR2032) demontaj qilgandan so'ng, biz strukturaning tafsilotlarini ko'rishimiz mumkin (5-rasm): marganets dioksidi MnO ning qora siqilgan qatlami.₂, organik elektrolit eritmasi bilan singdirilgan gözenekli separator elektrod, plastik halqani va korpusni tashkil etuvchi ikkita metall qismni izolyatsiya qiladi.

Guruch. 5. Litiy-marganets hujayraning tarkibiy qismlari: 1. Litiy metall qatlami (manfiy elektrod) bo'lgan tananing pastki qismi. 2. Organik elektrolitlar eritmasi bilan singdirilgan ajratuvchi. 3. Marganets dioksidining presslangan qatlami (musbat elektrod). 4. Plastik halqa (elektrod izolyatori). 5. Yuqori korpus (musbat elektrod terminali).

Kichikroq (salbiy elektrod) lityum qatlami bilan qoplangan, u havoda tezda qorayadi. Element olov sinovi bilan aniqlanadi. Buning uchun temir simning uchiga bir oz yumshoq metall olib, namunani o'choq oloviga soling - karmin rangi litiy borligini ko'rsatadi (6-rasm). Biz metall qoldiqlarini suvda eritib, yo'q qilamiz.

Guruch. 6. Olovli olovda litiy namunasi.

Litiy qatlami bilan metall elektrodni stakanga joylashtiring va bir necha sm quying³ suv. Idishda vodorod gazining chiqishi bilan birga kuchli reaktsiya paydo bo'ladi:

Litiy gidroksidi kuchli asos bo'lib, uni indikator qog'ozi bilan osongina sinab ko'rishimiz mumkin.

Tajriba 2 - ishqoriy aloqa

Bir martali ishlatiladigan gidroksidi elementni kesib oling, masalan, LR6 ("barmoq", AA) turi. Metall chashka ochilgandan so'ng ichki struktura ko'rinadi (7-rasm): uning ichida anod hosil qiluvchi engil massa (kaliy yoki natriy gidroksid va rux changi) va uni o'rab turgan marganets dioksidi MnO ning qorong'i qatlami mavjud.₂ grafit chang (hujayra katodi) bilan.

Guruch. 7. Ishqoriy hujayradagi anod massasining ishqoriy reaksiyasi. Ko'rinadigan hujayra tuzilishi: engil anod hosil qiluvchi massa (KOH + sink chang) va katod sifatida grafit changi bo'lgan quyuq marganets dioksidi.

Elektrodlar bir-biridan qog'oz diafragma bilan ajratilgan. Sinov chizig'iga oz miqdorda engil moddani qo'llang va uni bir tomchi suv bilan namlang. Moviy rang anod massasining ishqoriy reaktsiyasini ko'rsatadi. Amaldagi gidroksidning turi eng yaxshi olov sinovi bilan tekshiriladi. Bir nechta ko'knori urug'ining kattaligidagi namuna suvga namlangan temir simga yopishtiriladi va o'choq oloviga qo'yiladi.

Sariq rang ishlab chiqaruvchi tomonidan natriy gidroksiddan foydalanishni, pushti-binafsha rang esa kaliy gidroksidini ko'rsatadi. Natriy birikmalari deyarli barcha moddalarni ifloslantirganligi sababli va bu element uchun olov sinovi juda sezgir, olovning sariq rangi kaliyning spektral chiziqlarini maskalashi mumkin. Yechim kobalt shishasi yoki kolbadagi bo'yoq eritmasi bo'lishi mumkin bo'lgan ko'k-binafsha filtr orqali olovga qarashdir (yarani dezinfektsiyalash vositasida topilgan indigo yoki metil binafsha, pioktan). Filtr sariq rangni o'zlashtiradi, bu sizga namunada kaliy borligini tasdiqlash imkonini beradi.

Belgilash kodlari

Hujayra turini aniqlashni osonlashtirish uchun maxsus alfanumerik kod joriy etildi. Bizning uylarimizda eng keng tarqalgan turlar uchun u quyidagicha ko'rinadi: raqam-harf-harf-raqam, bu erda:

- birinchi raqam - hujayralar soni; yagona hujayralar uchun e'tiborga olinmaydi.

– birinchi harf hujayra turini bildiradi. Agar yo'q bo'lsa, u Leclanche sink-grafit xujayrasi (anod: sink, elektrolit: ammoniy xlorid, NH₄Cl, sink xlorid ZnCl₂, katod: marganets dioksidi MnO₂). Boshqa hujayra turlari quyidagicha etiketlanadi (kaliy gidroksid o'rniga arzonroq natriy gidroksid ham ishlatiladi):

A, P – sink-havo elementlari (anod: sink, atmosfera kislorodi grafit katodida kamayadi);

B, C, E, F, G - lityum xujayralari (anod: lityum, lekin ko'plab moddalar katod va elektrolit sifatida ishlatiladi);

H – Ni-MH nikel-metall gidridli akkumulyator (metall gidrid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikel-kadmiy batareyasi (kadmiy, KOH, NiOOH);

L - ishqoriy element (rux, KOH, MnO₂);

M – simob elementi (sink, KOH; HgO), endi ishlatilmaydi;

S - kumush element (rux, KOH; Ag₂HAQIDA);

Z - nikel-marganets elementi (rux, KOH, NiOOH, MnO₂).

- quyidagi harf havola shaklini bildiradi:

F - qatlamli;

R - silindrsimon;

S - to'rtburchaklar;

P – silindrsimon shakllardan boshqa shakllarga ega bo‘lgan hujayralarning joriy belgilanishi.

- yakuniy rasm yoki raqamlar ma'lumotnomaning o'lchamini ko'rsatadi (katalog qiymatlari yoki to'g'ridan-to'g'ri o'lchamlarni beradi).

Belgilash misollari:

R03
 - kichik barmoq o'lchamidagi sink-grafit hujayrasi. Boshqa belgi - AAA yoki mikro.

LR6 - barmoq kattaligidagi ishqoriy hujayra. Boshqa belgi - AA yoki minion.

HR14  – Ni-MH batareyasi, o'lcham uchun C harfi ham ishlatiladi.

KR20 – Ni-Cd batareyasi, uning hajmi ham D harfi bilan belgilangan.

3LR12 - uchta gidroksidi hujayradan tashkil topgan 4,5 V kuchlanishli tekis batareya.

6F22 - 9V batareya; oltita alohida planar sink-grafit xujayralari to'rtburchaklar korpusga o'ralgan.

CR2032 - litiy-marganets xujayrasi (litiy, organik elektrolitlar, MnO₂) diametri 20 mm va qalinligi 3,2 mm.