การแปรรูปแหล่งพลังงานเคมี
สถานการณ์ทั่วไปในทุกบ้านคือแบตเตอรี่ที่เพิ่งซื้อมานั้นใช้งานไม่ได้อีกต่อไป หรืออาจจะดูแลสิ่งแวดล้อมและในเวลาเดียวกัน - เกี่ยวกับความมั่งคั่งของกระเป๋าเงินของเรา เรามีแบตเตอรี่? หลังจากนั้นไม่นานพวกเขาจะปฏิเสธที่จะให้ความร่วมมือ ดังนั้นในถังขยะ? ไม่ได้อย่างแน่นอน! เมื่อรู้เกี่ยวกับภัยคุกคามที่เซลล์ก่อให้เกิดในสิ่งแวดล้อม เราจะมองหาจุดรวมพล
ชุด
ขนาดของปัญหาที่เรากำลังเผชิญอยู่คืออะไร? รายงานประจำปี 2011 โดย Chief Environmental Inspector ระบุว่า มากกว่า 400 ล้านเซลล์และแบตเตอรี่. มีจำนวนใกล้เคียงกันฆ่าตัวตาย
ข้าว. 1. องค์ประกอบเฉลี่ยของวัตถุดิบ (เซลล์ใช้แล้ว) จากการรวบรวมของรัฐ
เลยต้องพัฒนา ของเสียอันตรายประมาณ 92 ตัน ประกอบด้วยโลหะหนัก (ปรอท แคดเมียม นิกเกิล เงิน ตะกั่ว) และสารประกอบเคมีจำนวนหนึ่ง (โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ แอมโมเนียมคลอไรด์ แมงกานีสไดออกไซด์ กรดซัลฟิวริก) (รูปที่ 1) เมื่อเราโยนมันทิ้ง - หลังจากที่สารเคลือบผิวสึกกร่อน - พวกมันจะสร้างมลพิษให้กับดินและน้ำ (รูปที่ 2) อย่าสร้าง "ของขวัญ" ดังกล่าวให้กับสิ่งแวดล้อมและเพื่อตัวเราเอง ในจำนวนนี้คิดเป็น 34% โดยโปรเซสเซอร์เฉพาะ ดังนั้นยังมีอีกมากที่ต้องทำและไม่ใช่การปลอบใจว่าไม่ได้อยู่เฉพาะในโปแลนด์เท่านั้น?
ข้าว. 2. สารเคลือบเซลล์สึกกร่อน
เราไม่มีข้ออ้างที่จะไม่ไปไหนอีกแล้ว เซลล์ใช้แล้ว. ร้านจำหน่ายแบตเตอรี่และอะไหล่ทุกแห่งจะต้องยอมรับจากเรา (รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เก่าและเครื่องใช้ในบ้าน) นอกจากนี้ ร้านค้าและโรงเรียนหลายแห่งยังมีตู้คอนเทนเนอร์ที่เราสามารถใส่กรงได้ ดังนั้นอย่า "ปฏิเสธ" และอย่าทิ้งแบตเตอรี่และถังสะสมที่ใช้แล้วลงในถังขยะ ด้วยความปรารถนาเพียงเล็กน้อย เราจะพบจุดรวมพล และตัวเชื่อมเองก็มีน้ำหนักเพียงเล็กน้อยจนตัวเชื่อมไม่ทำให้เราเหนื่อย
การเรียงลำดับ
เช่นเดียวกับคนอื่น ๆ วัสดุรีไซเคิลการแปลงที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมหลังจากการจัดเรียง ของเสียจากโรงงานผลิตมักจะมีคุณภาพสม่ำเสมอ แต่ของเสียจากการรวบรวมสาธารณะเป็นส่วนผสมของเซลล์ชนิดต่างๆ ที่มีอยู่ ดังนั้น คำถามสำคัญจึงกลายเป็น การแบ่งแยก.
ในโปแลนด์ การเรียงลำดับจะดำเนินการด้วยตนเอง ในขณะที่ประเทศอื่น ๆ ในยุโรปมีรายการการเรียงลำดับอัตโนมัติอยู่แล้ว พวกเขาใช้ตะแกรงที่มีขนาดตาข่ายที่เหมาะสม (อนุญาตให้ การแยกเซลล์ขนาดต่างๆ) และเอ็กซ์เรย์ (การเรียงลำดับเนื้อหา) องค์ประกอบของวัตถุดิบจากคอลเลกชันในโปแลนด์ก็แตกต่างกันเล็กน้อยเช่นกัน
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เซลล์ Leclanche ที่เป็นกรดแบบคลาสสิกของเราได้ครอบงำ เมื่อเร็ว ๆ นี้เองที่ข้อดีของเซลล์อัลคาไลน์ที่ทันสมัยกว่าซึ่งเอาชนะตลาดตะวันตกเมื่อหลายปีก่อนได้กลายเป็นที่สังเกตได้ชัดเจน ไม่ว่าในกรณีใด เซลล์แบบใช้แล้วทิ้งทั้งสองประเภทมีสัดส่วนมากกว่า 90% ของแบตเตอรี่ที่เก็บรวบรวม ที่เหลือคือแบตเตอรี่แบบกระดุม (นาฬิกาสำหรับเปิดเครื่อง (รูปที่ 3) หรือเครื่องคิดเลข) แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ และแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับโทรศัพท์และแล็ปท็อป เหตุผลสำหรับส่วนแบ่งขนาดเล็กดังกล่าวคือราคาที่สูงขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นเมื่อเทียบกับส่วนประกอบที่ใช้แล้วทิ้ง
ข้าว. 3. ลิงค์เงินที่ใช้กับนาฬิกาข้อมือ
การประมวลผล
หลังจากการเลิกรา ถึงเวลาสิ่งสำคัญที่สุด ขั้นตอนการประมวลผล - การกู้คืนวัตถุดิบ แต่ละประเภทสินค้าที่ได้รับจะแตกต่างกันเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เทคนิคการประมวลผลจะคล้ายกัน
การประมวลผลทางกล ประกอบด้วยการบดของเสียในโรงสี เศษส่วนที่เป็นผลลัพธ์จะถูกแยกออกโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้า (เหล็กและโลหะผสม) และระบบตะแกรงพิเศษ (โลหะอื่นๆ ส่วนประกอบพลาสติก กระดาษ ฯลฯ) ซาเลโต วิธีการนี้อยู่ในความจริงที่ว่าไม่จำเป็นต้องคัดแยกวัตถุดิบอย่างรอบคอบก่อนแปรรูป ข้อบกพร่อง - ขยะใช้ไม่ได้จำนวนมากที่ต้องกำจัดในหลุมฝังกลบ
การรีไซเคิลด้วยไฮโดรเมทัลโลจิคัล คือ การละลายของเซลล์ในกรดหรือด่าง ในขั้นต่อไปของการประมวลผล สารละลายที่ได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์และแยกออกจากกัน เช่น เกลือของโลหะ เพื่อให้ได้องค์ประกอบที่บริสุทธิ์ ใหญ่ ความได้เปรียบ วิธีการนี้มีลักษณะเฉพาะคือใช้พลังงานต่ำและมีของเสียจำนวนเล็กน้อยที่ต้องกำจัด ข้อบกพร่อง วิธีการรีไซเคิลนี้ต้องใช้การคัดแยกแบตเตอรี่อย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น
การประมวลผลด้วยความร้อน ประกอบด้วยการยิงเซลล์ในเตาอบที่มีการออกแบบที่เหมาะสม เป็นผลให้ออกไซด์ของพวกมันถูกหลอมและได้มา (วัตถุดิบสำหรับโรงถลุงเหล็ก) ซาเลโต วิธีการประกอบด้วยความเป็นไปได้ของการใช้แบตเตอรี่ที่ไม่ได้เรียงลำดับ ข้อบกพร่อง และ – การใช้พลังงานและการสร้างผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่เป็นอันตราย
ยกเว้น รีไซเคิลได้ เซลล์จะถูกเก็บไว้ในหลุมฝังกลบหลังจากการป้องกันเบื้องต้นจากการซึมผ่านของส่วนประกอบสู่สิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงมาตรการเพียงครึ่งเดียว ทำให้ความจำเป็นในการจัดการกับขยะประเภทนี้และของเสียจากวัตถุดิบอันมีค่าจำนวนมากต้องล่าช้าออกไป
เรายังสามารถคืนค่าสารอาหารบางส่วนในห้องทดลองที่บ้านของเราได้อีกด้วย สิ่งเหล่านี้คือส่วนประกอบขององค์ประกอบคลาสสิกของ Leclanche - สังกะสีบริสุทธิ์สูงจากถ้วยที่ล้อมรอบองค์ประกอบ และขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ อีกทางหนึ่ง เราสามารถแยกแมงกานีสไดออกไซด์ออกจากของผสมภายในของผสม - เพียงแค่ต้มกับน้ำ (เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่ละลายน้ำได้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแอมโมเนียมคลอไรด์) แล้วกรอง สารตกค้างที่ไม่ละลายน้ำ (ปนเปื้อนด้วยฝุ่นถ่านหิน) เหมาะสำหรับปฏิกิริยาส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับ MnO2.
แต่ไม่เพียงแต่องค์ประกอบที่ใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ในครัวเรือนเท่านั้นที่สามารถนำไปรีไซเคิลได้ แบตเตอรี่รถยนต์เก่ายังเป็นแหล่งวัตถุดิบ ตะกั่วถูกดึงออกมาจากพวกมัน ซึ่งจากนั้นใช้ในการผลิตอุปกรณ์ใหม่ และกำจัดเคสและอิเล็กโทรไลต์ที่เติมพวกมัน
ไม่มีใครต้องได้รับการเตือนถึงความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดจากโลหะหนักที่เป็นพิษและสารละลายกรดซัลฟิวริก สำหรับอารยธรรมทางเทคนิคที่พัฒนาอย่างรวดเร็วของเรา ตัวอย่างของเซลล์และแบตเตอรี่คือแบบจำลอง ปัญหาที่เพิ่มขึ้นไม่ใช่การผลิตผลิตภัณฑ์เอง แต่เป็นการกำจัดทิ้งหลังการใช้งาน ฉันหวังว่าผู้อ่านนิตยสาร "Young Technician" จะเป็นแรงบันดาลใจให้ผู้อื่นรีไซเคิลด้วยตัวอย่างของพวกเขา
การทดลองที่ 1 - แบตเตอรี่ลิเธียม
ลิเธียมเซลล์ ใช้ในเครื่องคิดเลขและเพื่อรักษาพลังงานให้กับ BIOS ของเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์ (รูปที่ 4) ให้เรายืนยันการมีอยู่ของโลหะลิเธียมในนั้น
ข้าว. 4. เซลล์ลิเธียมแมงกานีสที่ใช้เพื่อรักษาพลังงานให้กับ BIOS ของเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์
หลังจากแยกส่วนประกอบ (เช่น CR2032) ทั่วไป เราจะเห็นรายละเอียดของโครงสร้าง (รูปที่ 5): ชั้นบีบอัดสีดำของแมงกานีสไดออกไซด์ MnO2, อิเล็กโทรดแยกรูพรุนที่ชุบด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ หุ้มฉนวนวงแหวนพลาสติกและชิ้นส่วนโลหะสองชิ้นประกอบเป็นตัวเรือน
ข้าว. 5. ส่วนประกอบของเซลล์ลิเธียมแมงกานีส 1. ส่วนล่างของร่างกายมีชั้นของโลหะลิเธียม (อิเล็กโทรดลบ) 2. ตัวแยกที่ชุบด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ 3. ชั้นกดของแมงกานีสไดออกไซด์ (ขั้วบวก) 4. วงแหวนพลาสติก (ฉนวนไฟฟ้า) 5. ตัวเรือนส่วนบน (ขั้วอิเล็กโทรดบวก)
อันที่เล็กกว่า (อิเล็กโทรดลบ) ถูกปกคลุมด้วยชั้นของลิเธียมซึ่งทำให้อากาศมืดลงอย่างรวดเร็ว องค์ประกอบถูกระบุโดยการทดสอบเปลวไฟ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้นำโลหะอ่อนที่ปลายลวดเหล็กแล้วใส่ตัวอย่างลงในเปลวไฟของหัวเผา - สีแดงเลือดนกแสดงว่ามีลิเธียมอยู่ (รูปที่ 6) เรากำจัดเศษโลหะโดยการละลายในน้ำ
ข้าว. 6. ตัวอย่างลิเธียมในเปลวไฟ
วางอิเล็กโทรดโลหะที่มีชั้นของลิเธียมลงในบีกเกอร์แล้วเทสองสามซม.3 น้ำ. ปฏิกิริยารุนแรงเกิดขึ้นในถังพร้อมกับการปล่อยก๊าซไฮโดรเจน:
ลิเธียมไฮดรอกไซด์เป็นเบสที่แข็งแรง และเราสามารถทดสอบได้อย่างง่ายดายด้วยกระดาษแสดงสถานะ
ประสบการณ์ 2 - พันธะอัลคาไลน์
ตัดองค์ประกอบที่เป็นด่างแบบใช้แล้วทิ้ง เช่น พิมพ์ LR6 (“นิ้ว”, AA) หลังจากเปิดถ้วยโลหะแล้ว จะเห็นโครงสร้างภายใน (รูปที่ 7): ภายในมีมวลเบาก่อตัวเป็นแอโนด (โพแทสเซียมหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์และผงสังกะสี) และชั้นสีเข้มของแมงกานีสไดออกไซด์ MnO ล้อมรอบ2 ด้วยฝุ่นกราไฟต์ (เซลล์แคโทด)
ข้าว. 7. ปฏิกิริยาอัลคาไลน์ของมวลแอโนดในเซลล์อัลคาไลน์ โครงสร้างเซลล์ที่มองเห็นได้: มวลที่ก่อตัวเป็นแอโนดเบา (KOH + ฝุ่นสังกะสี) และแมงกานีสไดออกไซด์สีเข้มที่มีฝุ่นกราไฟต์เป็นแคโทด
อิเล็กโทรดแยกจากกันโดยไดอะแฟรมกระดาษ ใช้สารเบาจำนวนเล็กน้อยบนแถบทดสอบและหยดน้ำให้เปียก สีฟ้าแสดงถึงปฏิกิริยาอัลคาไลน์ของการวางขั้วบวก ประเภทของไฮดรอกไซด์ที่ใช้ต้องผ่านการทดสอบเปลวไฟได้ดีที่สุด ตัวอย่างขนาดเท่าเมล็ดงาดำหลายเมล็ดถูกมัดไว้บนลวดเหล็กที่แช่ในน้ำแล้ววางในเปลวไฟ
สีเหลืองหมายถึงการใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์โดยผู้ผลิต และสีชมพูม่วงหมายถึงโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ เนื่องจากสารประกอบโซเดียมปนเปื้อนสารเกือบทั้งหมด และการทดสอบเปลวไฟสำหรับธาตุนี้มีความไวสูงมาก สีเหลืองของเปลวไฟสามารถปกปิดเส้นสเปกตรัมของโพแทสเซียมได้ วิธีแก้ไขคือการดูที่เปลวไฟผ่านตัวกรองสีน้ำเงิน-ม่วง ซึ่งอาจเป็นแก้วโคบอลต์หรือสารละลายสีย้อมในขวดก็ได้ (สีครามหรือเมทิลไวโอเลตพบในน้ำยาฆ่าเชื้อ pyoctane ในบาดแผล) ตัวกรองจะดูดซับสีเหลือง ช่วยให้คุณยืนยันการมีอยู่ของโพแทสเซียมในตัวอย่าง
รหัสการกำหนด
เพื่อความสะดวกในการระบุประเภทเซลล์ จึงมีการแนะนำรหัสตัวอักษรและตัวเลขพิเศษ สำหรับประเภทที่พบบ่อยที่สุดในบ้านของเรา จะมีลักษณะดังนี้: number-letter-letter-number โดยที่:
- ตัวเลขแรกคือจำนวนเซลล์ ละเว้นสำหรับเซลล์เดียว
– ตัวอักษรตัวแรกระบุประเภทเซลล์ เมื่อขาดไป จะเป็นเซลล์สังกะสี-กราไฟท์ของ Leclanche (แอโนด: สังกะสี, อิเล็กโทรไลต์: แอมโมเนียมคลอไรด์, NH4Cl, สังกะสีคลอไรด์ ZnCl2, แคโทด: แมงกานีสไดออกไซด์ MnO2). เซลล์ประเภทอื่นๆ มีป้ายกำกับดังนี้ (โซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ถูกกว่ายังใช้แทนโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ด้วย):
A, P – ธาตุสังกะสี-อากาศ (แอโนด: สังกะสี, ออกซิเจนในบรรยากาศลดลงบนกราไฟต์แคโทด)
B, C, E, F, G - เซลล์ลิเธียม (ขั้วบวก: ลิเธียม แต่สารหลายชนิดใช้เป็นแคโทดและอิเล็กโทรไลต์)
H – แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ Ni-MH (เมทัลไฮไดรด์, KOH, NiOOH);
K – แบตเตอรี่ Ni-Cd นิกเกิล-แคดเมียม (แคดเมียม, KOH, NiOOH);
L – ธาตุอัลคาไลน์ (สังกะสี, KOH, MnO2);
M – ธาตุปรอท (สังกะสี, KOH; HgO) เลิกใช้แล้ว;
S – ธาตุเงิน (สังกะสี, KOH; Ag2เกี่ยวกับ);
Z – ธาตุนิกเกิล-แมงกานีส (สังกะสี, KOH, NiOOH, MnO2).
- ตัวอักษรต่อไปนี้ระบุรูปร่างของลิงค์:
F - แผ่นลาเมลลาร์;
R - ทรงกระบอก
S - สี่เหลี่ยมผืนผ้า
P – การกำหนดปัจจุบันของเซลล์ที่มีรูปร่างอื่นที่ไม่ใช่ทรงกระบอก
– ตัวเลขหรือตัวเลขสุดท้ายระบุขนาดของการอ้างอิง (ค่าแคตตาล็อกหรือการกำหนดขนาดโดยตรง)
ตัวอย่างการทำเครื่องหมาย:
R03
- เซลล์สังกะสีกราไฟต์ขนาดเท่านิ้วก้อย การกำหนดอื่นคือ AAA หรือไมโคร
LR6 - เซลล์อัลคาไลน์ขนาดเท่านิ้วมือ ชื่ออื่นคือ AA หรือมินเนี่ยน
HR14 – แบตเตอรี่ Ni-MH ตัวอักษร C ยังใช้แทนขนาด
KR20 – แบตเตอรี่ Ni-Cd ซึ่งมีขนาดกำกับด้วยตัวอักษร D ด้วย
3LR 12 - แบตเตอรี่แบบแบนที่มีแรงดันไฟฟ้า 4,5 V ประกอบด้วยเซลล์อัลคาไลน์สามเซลล์
6F22 - แบตเตอรี่ 9V; เซลล์สังกะสี-กราไฟต์ระนาบระนาบแต่ละเซลล์หกเซลล์ถูกปิดล้อมในกล่องสี่เหลี่ยมผืนผ้า
CR2032 – เซลล์ลิเธียม-แมงกานีส (ลิเธียม อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ MnO2) มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. และความหนา 3,2 มม.
