Verarbeitung chemischer Energieträger

Eine häufige Situation in jedem Haushalt ist, dass kürzlich gekaufte Batterien nicht mehr gut sind. Oder vielleicht auf die Umwelt achten und gleichzeitig - über den Reichtum unseres Geldbeutels - Batterien haben? Nach einer Weile werden sie auch die Zusammenarbeit verweigern. Also in den Müll? Absolut nicht! Mit dem Wissen um die Bedrohungen, die Zellen in der Umwelt verursachen, werden wir nach einem Sammelpunkt suchen.

Sammlung

Mit welchem ​​Ausmaß des Problems haben wir es zu tun? Der Bericht des Chief Environmental Inspector von 2011 ergab, dass mehr als 400 Millionen Zellen und Batterien. Ungefähr ebenso viele begingen Selbstmord.

Reis. 1. Durchschnittliche Zusammensetzung der Rohstoffe (gebrauchte Zellen) aus staatlichen Sammlungen.

Wir müssen uns also weiterentwickeln etwa 92 Tonnen gefährlicher Abfälle enthält Schwermetalle (Quecksilber, Cadmium, Nickel, Silber, Blei) und eine Reihe chemischer Verbindungen (Kaliumhydroxid, Ammoniumchlorid, Mangandioxid, Schwefelsäure) (Abb. 1). Wenn wir sie wegwerfen – nachdem die Beschichtung korrodiert ist – verschmutzen sie Boden und Wasser (Abb. 2). Machen wir der Umwelt und damit uns selbst kein solches „Geschenk“. Davon entfielen 34 % auf spezialisierte Verarbeiter. Es gibt also noch viel zu tun, und ist es kein Trost, dass es nicht nur in Polen so ist?

Reis. 2. Korrodierte Zellbeschichtungen.

Wir haben keine Ausrede mehr, dass wir nirgendwo hingehen können gebrauchte Zellen. Jeder Einzelhändler, der Batterien und deren Ersatz verkauft, ist verpflichtet, diese (sowie alte Elektronik- und Haushaltsgeräte) von uns anzunehmen. Außerdem verfügen viele Geschäfte und Schulen über Container, in die wir die Käfige stellen können. Also lasst uns keine Ausreden finden und gebrauchte Batterien und Akkus in den Müll werfen. Mit ein wenig Lust finden wir eine Sammelstelle und die Links selbst wiegen so wenig, dass uns der Link nicht ermüden wird.

Sortierung

Wie bei anderen recycelbare MaterialienNach dem Sortieren ist eine effiziente Konvertierung sinnvoll. Abfälle aus Produktionsanlagen weisen im Allgemeinen eine einheitliche Qualität auf, Abfälle aus öffentlichen Sammlungen sind jedoch eine Mischung aus verfügbaren Zelltypen. Die Schlüsselfrage lautet also Trennung.

In Polen erfolgt die Sortierung manuell, in anderen europäischen Ländern gibt es jedoch bereits automatisierte Sortierlinien. Sie verwenden Siebe mit geeigneten Maschenweiten (was ermöglicht). Trennung von Zellen unterschiedlicher Größe) und Röntgen (Inhaltssortierung). Auch die Zusammensetzung der Rohstoffe aus Sammlungen in Polen unterscheidet sich geringfügig.

Bis vor Kurzem dominierten unsere klassischen sauren Leclanche-Zellen. Erst in jüngster Zeit macht sich der Vorteil der moderneren Alkali-Zellen bemerkbar, die vor vielen Jahren die westlichen Märkte erobert haben. Jedenfalls machen beide Arten von Einwegzellen mehr als 90 % der gesammelten Batterien aus. Der Rest sind Knopfbatterien (für den Betrieb von Uhren (Abb. 3) oder Taschenrechnern), wiederaufladbare Batterien und Lithiumbatterien für Telefone und Laptops. Der Grund für diesen geringen Anteil ist der höhere Preis und die längere Lebensdauer im Vergleich zu Einwegelementen.

Reis. 3. Silbernes Glied, das zum Antrieb von Armbanduhren verwendet wird.

Verarbeitung

Nach der Trennung ist es Zeit für das Wichtigste Verarbeitungsstufe - Rückgewinnung von Rohstoffen. Für jeden Typ unterscheiden sich die erhaltenen Produkte geringfügig. Die Verarbeitungstechniken sind jedoch ähnlich.

Mechanisches Recycling besteht aus Mahlabfällen in Mühlen. Die resultierenden Fraktionen werden mithilfe von Elektromagneten (Eisen und seine Legierungen) und speziellen Siebsystemen (andere Metalle, Kunststoffelemente, Papier usw.) getrennt. Während des Sommers Die Methode besteht darin, dass die Rohstoffe vor der Verarbeitung nicht sorgfältig sortiert werden müssen. defekt - eine große Menge unbrauchbarer Abfälle, die auf Deponien entsorgt werden müssen.

Hydrometallurgisches Recycling besteht darin, Zellen in Säuren oder Basen aufzulösen. In der nächsten Verarbeitungsstufe werden die resultierenden Lösungen gereinigt und beispielsweise von Metallsalzen getrennt, um reine Elemente zu erhalten. Groß Vorteil Das Verfahren zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch und eine geringe Menge an zu entsorgenden Abfällen aus. Defekt Diese Recyclingmethode erfordert eine sorgfältige Sortierung der Batterien, um eine Kontamination der resultierenden Produkte zu vermeiden.

Thermische Verarbeitung besteht darin, die Zellen in Öfen geeigneter Bauart zu brennen. Dadurch schmelzen ihre Oxide und werden gewonnen (Rohstoffe für Stahlwerke). Während des Sommers Die Methode besteht in der Möglichkeit, unsortierte Batterien zu verwenden, defekt und – Energieverbrauch und Erzeugung schädlicher Verbrennungsprodukte.

croome recycelbar Die Zellen werden nach vorherigem Schutz vor der Freisetzung ihrer Bestandteile in die Umwelt auf Deponien gelagert. Dies ist allerdings nur eine halbe Sache und verschiebt die Notwendigkeit, diese Art von Verschwendung und die Verschwendung vieler wertvoller Rohstoffe zu bekämpfen.

Wir können auch einige der Nährstoffe in unserem Heimlabor wiederherstellen. Dies sind die Bestandteile der klassischen Leclanche-Elemente - hochreines Zink aus den das Element umgebenden Bechern und Graphitelektroden. Alternativ können wir das Mangandioxid von der Mischung innerhalb der Mischung trennen – einfach mit Wasser kochen (um lösliche Verunreinigungen, hauptsächlich Ammoniumchlorid, zu entfernen) und filtern. Der unlösliche Rückstand (mit Kohlenstaub verunreinigt) ist für die meisten Reaktionen mit MnO geeignet.₂.

Aber nicht nur die Elemente, mit denen Haushaltsgeräte betrieben werden, sind recycelbar. Auch alte Autobatterien sind eine Rohstoffquelle. Aus ihnen wird Blei gewonnen, das dann zur Herstellung neuer Geräte verwendet wird, und die Gehäuse sowie der darin enthaltene Elektrolyt werden entsorgt.

Niemand muss an die Umweltschäden erinnert werden, die durch giftige Schwermetall- und Schwefelsäurelösungen verursacht werden können. Für unsere sich schnell entwickelnde technologische Zivilisation ist das Beispiel von Zellen und Batterien ein Vorbild. Das wachsende Problem ist nicht die Herstellung des Produkts selbst, sondern seine Entsorgung nach Gebrauch. Ich hoffe, dass die Leser der Zeitschrift Young Technician durch ihr Beispiel andere zum Recycling inspirieren.

Experiment 1 - Lithiumbatterie

Lithiumzellen Sie werden in Taschenrechnern und zur Aufrechterhaltung der Stromversorgung des BIOS von Computer-Motherboards verwendet (Abb. 4). Lassen Sie uns das Vorhandensein von Lithiummetall in ihnen bestätigen.

Reis. 4. Lithium-Mangan-Zelle, die zur Aufrechterhaltung der Stromversorgung des BIOS des Computer-Motherboards verwendet wird.

Nach der Zerlegung des Elements (zum Beispiel des üblichen Typs CR2032) können wir die Details der Struktur erkennen (Abb. 5): eine schwarze komprimierte Schicht aus Mangandioxid MnO₂, eine poröse Separatorelektrode, die mit einer organischen Elektrolytlösung imprägniert ist und einen Kunststoffring und zwei Metallteile isoliert, die das Gehäuse bilden.

Reis. 5. Bestandteile einer Lithium-Mangan-Zelle: 1. Der untere Teil des Körpers mit einer Schicht aus Lithiummetall (negative Elektrode). 2. Mit einer organischen Elektrolytlösung imprägnierter Separator. 3. Gepresste Schicht aus Mangandioxid (positive Elektrode). 4. Kunststoffring (Elektrodenisolator). 5. Oberes Gehäuse (positiver Elektrodenanschluss).

Die kleinere (die negative Elektrode) ist mit einer Lithiumschicht bedeckt, die sich an der Luft schnell verdunkelt. Das Element wird durch einen Flammtest identifiziert. Nehmen Sie dazu etwas Weichmetall am Ende des Eisendrahtes und stecken Sie die Probe in die Brennerflamme – die karminrote Farbe weist auf das Vorhandensein von Lithium hin (Abb. 6). Wir entsorgen Metallreste, indem wir sie in Wasser auflösen.

Reis. 6. Lithiumprobe in einer Brennerflamme.

Legen Sie eine Metallelektrode mit einer Lithiumschicht in ein Becherglas und gießen Sie einige Zentimeter hinein³ Wasser. Im Gefäß kommt es zu einer heftigen Reaktion, begleitet von der Freisetzung von Wasserstoffgas:

Lithiumhydroxid ist eine starke Base und wir können es leicht mit Indikatorpapier testen.

Erleben Sie 2 - alkalische Bindung

Schneiden Sie ein Einweg-Alkalielement aus, z. B. Typ LR6 („Finger“, AA). Nach dem Öffnen des Metallbechers ist die innere Struktur sichtbar (Abb. 7): Im Inneren befindet sich eine helle Masse, die eine Anode bildet (Kalium- oder Natriumhydroxid und Zinkstaub), und eine dunkle Schicht aus Mangandioxid MnO, die sie umgibt.₂ mit Graphitstaub (Zellenkathode).

Reis. 7. Alkalische Reaktion der Anodenmasse in einer alkalischen Zelle. Sichtbare Zellstruktur: helle anodenbildende Masse (KOH + Zinkstaub) und dunkles Mangandioxid mit Graphitstaub als Kathode.

Die Elektroden sind durch eine Papiermembran voneinander getrennt. Tragen Sie etwas leichte Substanz auf den Teststreifen auf und befeuchten Sie ihn mit einem Tropfen Wasser. Die blaue Farbe deutet auf eine alkalische Reaktion der Anodenmasse hin. Die Art des verwendeten Hydroxids lässt sich am besten durch einen Flammentest überprüfen. Eine Probe in der Größe mehrerer Mohnsamen wird auf einen mit Wasser befeuchteten Eisendraht geklebt und in die Flamme eines Brenners gelegt.

Die gelbe Farbe zeigt die Verwendung von Natriumhydroxid durch den Hersteller an, und die rosa-violette Farbe zeigt Kaliumhydroxid an. Da Natriumverbindungen fast alle Substanzen kontaminieren und der Flammentest für dieses Element äußerst empfindlich ist, kann die gelbe Farbe der Flamme die Spektrallinien von Kalium überdecken. Die Lösung besteht darin, die Flamme durch einen blau-violetten Filter zu betrachten, der Kobaltglas oder eine Farbstofflösung in der Flasche sein kann (Indigo oder Methylviolett, das im Wunddesinfektionsmittel Pyoctan enthalten ist). Der Filter absorbiert die gelbe Farbe, sodass Sie das Vorhandensein von Kalium in der Probe bestätigen können.

Bezeichnungscodes

Um die Identifizierung des Zelltyps zu erleichtern, wurde ein spezieller alphanumerischer Code eingeführt. Für die häufigsten Typen in unseren Häusern hat es die Form: Zahl-Buchstabe-Buchstabe-Ziffer, wobei:

- die erste Ziffer ist die Anzahl der Zellen; für einzelne Zellen ignoriert.

– der erste Buchstabe gibt den Zelltyp an. Wenn nicht vorhanden, handelt es sich um eine Zink-Graphit-Zelle von Leclanche (Anode: Zink, Elektrolyt: Ammoniumchlorid, NH₄Cl, Zinkchlorid ZnCl₂, Kathode: Mangandioxid MnO₂). Andere Zelltypen sind wie folgt gekennzeichnet (anstelle von Kaliumhydroxid wird auch das günstigere Natriumhydroxid verwendet):

A, P – Zink-Luft-Elemente (Anode: Zink, Luftsauerstoff wird an einer Graphitkathode reduziert);

B, C, E, F, G - Lithiumzellen (Anode: Lithium, aber viele Substanzen werden als Kathoden und Elektrolyte verwendet);

H – Ni-MH-Nickel-Metallhydrid-Akku (Metallhydrid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akku (Cadmium, KOH, NiOOH);

L – alkalisches Element (Zink, KOH, MnO₂);

M – Element Quecksilber (Zink, KOH; HgO), nicht mehr verwendet;

S – Silberelement (Zink, KOH; Ag₂UM);

Z – Nickel-Mangan-Element (Zink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- Der folgende Buchstabe gibt die Form des Links an:

F - lamellar;

R - zylindrisch;

S - rechteckig;

P – die aktuelle Bezeichnung von Zellen mit anderen als zylindrischen Formen.

– Die letzte Zahl oder Zahlen geben die Größe der Referenz an (Katalogwerte oder direkt angebende Abmessungen).

Kennzeichnungsbeispiele:

R03
 - eine Zink-Graphit-Zelle von der Größe eines kleinen Fingers. Eine andere Bezeichnung ist AAA oder Mikro.

LR6 - eine alkalische Zelle von der Größe eines Fingers. Eine andere Bezeichnung ist AA oder Minion.

HR14  – Ni-MH-Akku, der Buchstabe C wird auch für die Größe verwendet.

KR20 – Ni-Cd-Akku, dessen Größe ebenfalls mit dem Buchstaben D gekennzeichnet ist.

3LR12 - eine Flachbatterie mit einer Spannung von 4,5 V, bestehend aus drei Alkali-Zellen.

6F22 – 9-V-Batterie; sechs einzelne planare Zink-Graphit-Zellen sind in einem rechteckigen Gehäuse eingeschlossen.

CR2032 – Lithium-Mangan-Zelle (Lithium, organischer Elektrolyt, MnO₂) mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 3,2 mm.