עיבוד מקורות אנרגיה כימיים
מצב שכיח בכל בית הוא שסוללות שנרכשו לאחרונה כבר אינן טובות. או אולי, דואגים לאיכות הסביבה, ויחד עם זאת - על עושר הארנק שלנו, קיבלנו סוללות? לאחר זמן מה גם הם יסרבו לשתף פעולה. אז לפח? בהחלט לא! בידיעה על האיומים שגורמים תאים בסביבה, נחפש נקודת מפגש.
סדרה
מה היקף הבעיה איתה אנו מתמודדים? דו"ח משנת 2011 של המפקח הסביבתי הראשי הצביע על כך שיותר מ 400 מיליון תאים וסוללות. בערך אותו מספר התאבד.
אורז. 1. הרכב ממוצע של חומרי גלם (תאים משומשים) מאוספי המדינה.
אז אנחנו צריכים להתפתח כ-92 אלף טונות של פסולת מסוכנת המכילים מתכות כבדות (כספית, קדמיום, ניקל, כסף, עופרת) ומספר תרכובות כימיות (אשלגן הידרוקסיד, אמוניום כלוריד, מנגן דו חמצני, חומצה גופרתית) (איור 1). כאשר אנו זורקים אותם - לאחר שהציפוי נכלה - הם מזהמים את האדמה והמים (איור 2). בואו לא נעשה "מתנה" כזו לסביבה, ולכן לעצמנו. מתוך סכום זה, 34% היו אחראים על ידי מעבדים מיוחדים. לכן, יש עוד הרבה מה לעשות, וזו לא נחמה שזה לא רק בפולין?
אורז. 2. ציפוי תאים פגום.
אין לנו יותר תירוץ לאן ללכת תאים משומשים. כל שקע שמוכר סוללות והחלפות נדרש לקבל אותם מאיתנו (כמו גם מוצרי אלקטרוניקה ומכשירי חשמל ביתיים ישנים). כמו כן, להרבה חנויות ובתי ספר יש מכולות בהן אנחנו יכולים לשים כלובים. אז בואו לא "נזרק" ולא נזרוק סוללות ומצברים משומשים לפח. עם קצת חשק נמצא נקודת מפגש, והקישורים עצמם שוקלים כל כך מעט שהקישור לא יעייף אותנו.
Сортировка
כמו אצל אחרים חומרים הניתנים למחזור, השינוי היעיל הגיוני לאחר המיון. פסולת ממפעלי תעשייה היא לרוב אחידה באיכותה, אך פסולת מאוספים ציבוריים היא תערובת של סוגי תאים זמינים. לפיכך, שאלת המפתח הופכת הַפרָדָה.
בפולין המיון נעשה באופן ידני, בעוד שבמדינות אחרות באירופה יש כבר קווי מיון אוטומטיים. הם משתמשים במסננות בגודל רשת מתאים (מה שמאפשר הפרדה של תאים בגדלים שונים) וצילום רנטגן (מיון תוכן). גם הרכב חומרי הגלם מאוספים בפולין שונה במקצת.
עד לאחרונה, תאי ה-Leclanche החומציים הקלאסיים שלנו שלטו. רק לאחרונה ניכר היתרון של היסודות האלקליים המודרניים יותר, שכבשו את השווקים המערביים לפני שנים רבות. בכל מקרה, שני סוגי התאים החד פעמיים מהווים יותר מ-90% מהסוללות שנאספו. השאר הם סוללות כפתורים (מחזקות שעונים (איור 3) או מחשבונים), סוללות נטענות וסוללות ליתיום לטלפונים ולמחשבים ניידים. הסיבה לנתח כה קטן היא המחיר הגבוה יותר וחיי שירות ארוכים יותר בהשוואה לאלמנטים חד פעמיים.
אורז. 3. חוליה כסופה המשמשת להפעלת שעוני יד.
עיבוד
אחרי הפרידה, הגיע הזמן לדבר הכי חשוב שלב העיבוד - שחזור חומרי גלם. עבור כל סוג, המוצרים שיתקבלו יהיו מעט שונים. עם זאת, טכניקות העיבוד דומות.
עיבוד מכני מורכב מטחינת פסולת בטחנות. השברים המתקבלים מופרדים באמצעות אלקטרומגנטים (ברזל וסגסוגותיו) ומערכות מסננות מיוחדות (מתכות אחרות, אלמנטים פלסטיים, נייר וכו'). מוּצָף השיטה טמונה בעובדה שאין צורך למיין בקפידה את חומרי הגלם לפני העיבוד, פגם - כמות גדולה של פסולת שאינה שמישה הדורשת השלכה למזבלות.
מיחזור הידרומטלורגי הוא פירוק תאים בחומצות או בבסיסים. בשלב הבא של העיבוד, התמיסות המתקבלות מטוהרות ומופרדות, למשל, מלחי מתכת, לקבלת יסודות טהורים. גָדוֹל יתרון השיטה מאופיינת בצריכת אנרגיה נמוכה ובכמות קטנה של פסולת הדורשת סילוק. פגם שיטת מיחזור זו דורשת מיון קפדני של הסוללות כדי למנוע זיהום של המוצרים המתקבלים.
עיבוד תרמי מורכב בשריפה של התאים בתנורים בעיצוב המתאים. כתוצאה מכך, התחמוצות שלהם נמסות ומתקבלות (חומרי גלם למפעלי פלדה). מוּצָף השיטה מורכבת מהאפשרות של שימוש בסוללות לא ממוינות, פגם וכן – צריכת אנרגיה וייצור מוצרי בעירה מזיקים.
למעט ניתן למחזור התאים מאוחסנים במזבלות לאחר הגנה מקדימה מפני חדירת מרכיביהם לסביבה. עם זאת, מדובר בצעד חצי בלבד, הדוחה את הצורך לטפל בפסולת מסוג זה ובזבוז של חומרי גלם רבים יקרי ערך.
אנחנו יכולים גם לשחזר חלק מהחומרים התזונתיים במעבדה הביתית שלנו. אלו הם המרכיבים של יסודות Leclanche הקלאסיים - אבץ בטוהר גבוה מהכוסות המקיפות את האלמנט, ואלקטרודות גרפיט. לחילופין, נוכל להפריד את המנגן דו חמצני מהתערובת שבתוך התערובת - פשוט להרתיח אותה עם מים (להסרת זיהומים מסיסים, בעיקר אמוניום כלורי) ולסנן. השאריות הבלתי מסיסות (המזוהמות באבק פחם) מתאימה לרוב התגובות המערבות MnO.2.
אבל לא רק האלמנטים המשמשים להפעלת מכשירי חשמל ביתיים ניתנים למחזור. מצברים ישנים לרכב הם גם מקור לחומרי גלם. מהם מופקת עופרת, המשמשת לאחר מכן לייצור מכשירים חדשים, והמארזים והאלקטרוליט הממלא אותם נפטרים.
אין צורך להזכיר לאיש את הנזק הסביבתי שיכול להיגרם כתוצאה מתמיסת מתכת כבדה ותמיסת חומצה גופרתית רעילה. עבור הציוויליזציה הטכנית המתפתחת במהירות שלנו, הדוגמה של תאים וסוללות היא מודל. בעיה גוברת היא לא ייצור המוצר עצמו, אלא סילוקו לאחר השימוש. אני מקווה שקוראי המגזין "טכנאי צעיר" יעוררו אחרים למחזר באמצעות הדוגמה שלהם.
ניסוי 1 - סוללת ליתיום
תאי ליתיום הם משמשים במחשבונים וכדי לשמור על חשמל ל-BIOS של לוחות אם של מחשבים (איור 4). הבה נאשר את נוכחותו של ליתיום מתכתי בהם.
אורז. 4. תא ליתיום-מנגן המשמש לשמירה על חשמל ל-BIOS של לוח אם של מחשב.
לאחר פירוק האלמנט (לדוגמה, הסוג הנפוץ CR2032), נוכל לראות את פרטי המבנה (איור 5): שכבה דחוסה שחורה של מנגן דו חמצני MnO2, אלקטרודת מפריד נקבובי ספוג בתמיסת אלקטרוליט אורגנית, מבודדת טבעת פלסטיק ושני חלקי מתכת היוצרים בית.
אורז. 5. מרכיבי תא ליתיום-מנגן: 1. חלקו התחתון של הגוף עם שכבת מתכת ליתיום (אלקטרודה שלילית). 2. מפריד ספוג בתמיסת אלקטרוליט אורגנית. 3. שכבה דחוסה של מנגן דו חמצני (אלקטרודה חיובית). 4. טבעת פלסטיק (מבודד אלקטרודה). 5. בית עליון (מסוף אלקטרודה חיובי).
הקטנה יותר (האלקטרודה השלילית) מכוסה בשכבת ליתיום, שמתכהה במהירות באוויר. האלמנט מזוהה על ידי בדיקת להבה. לשם כך, קח מעט מתכת רכה בקצה חוט הברזל והכנס את המדגם ללהבת המבער - צבע הקרמין מעיד על נוכחות של ליתיום (איור 6). אנו נפטרים משאריות מתכת על ידי המסתם במים.
אורז. 6. דגימת ליתיום בלהבת מבער.
מניחים אלקטרודת מתכת עם שכבת ליתיום בכוס ויוצקים כמה ס"מ3 מים. תגובה אלימה מתרחשת בכלי, מלווה בשחרור גז מימן:
ליתיום הידרוקסיד הוא בסיס חזק ונוכל לבדוק אותו בקלות עם נייר מחוון.
ניסיון 2 - קשר אלקליין
גזרו אלמנט אלקליין חד פעמי, למשל, סוג LR6 ("אצבע", AA). לאחר פתיחת גביע המתכת נראה המבנה הפנימי (איור 7): בפנים יש מסה קלה שיוצרת אנודה (אשלגן או נתרן הידרוקסיד ואבק אבץ), ושכבה כהה של מנגן דו חמצני MnO המקיפה אותה.2 עם אבק גרפיט (קתודה תא).
אורז. 7. תגובה בסיסית של מסת האנודה בתא אלקליין. מבנה תאי גלוי: מסה יוצרת אנודה קלה (KOH + אבץ אבץ) ומנגן דו חמצני כהה עם אבק גרפיט כקתודה.
האלקטרודות מופרדות זו מזו על ידי דיאפרגמה מנייר. מרחו כמות קטנה של חומר קל על רצועת הבדיקה והרטיבו אותה בטיפת מים. הצבע הכחול מציין את התגובה הבסיסית של משחת האנודה. סוג ההידרוקסיד המשמש מאומת בצורה הטובה ביותר על ידי בדיקת להבה. דגימה בגודל של כמה זרעי פרג מודבקת לחוט ברזל ספוג במים ומונחת על להבת מבער.
צבע צהוב מציין את השימוש בנתרן הידרוקסיד על ידי היצרן, וצבע ורוד-סגול מציין אשלגן הידרוקסיד. מאחר ותרכובות נתרן מזהמות כמעט את כל החומרים, ומבחן הלהבה עבור יסוד זה רגיש ביותר, הצבע הצהוב של הלהבה יכול להסוות את הקווים הספקטרליים של אשלגן. הפתרון הוא להסתכל על הלהבה דרך מסנן כחול-סגול, שיכול להיות זכוכית קובלט או תמיסת צבע בבקבוק (אינדיגו או סגול מתיל שנמצא בחומר חיטוי הפצעים, פיוקטן). המסנן יספוג את הצבע הצהוב, ויאפשר לך לאשר נוכחות של אשלגן בדגימה.
קודי ייעוד
כדי להקל על זיהוי סוג התא, הוכנס קוד אלפאנומרי מיוחד. עבור הסוגים הנפוצים ביותר בבתים שלנו, זה נראה כך: מספר-אות-אות-מספר, כאשר:
- הספרה הראשונה היא מספר התאים; התעלמו עבור תאים בודדים.
– האות הראשונה מציינת את סוג התא. כשהוא נעדר, זהו תא אבץ-גרפיט של Leclanche (אנודה: אבץ, אלקטרוליט: אמוניום כלוריד, NH4Cl, אבץ כלוריד ZnCl2, קתודה: מנגן דו חמצני MnO2). סוגי תאים אחרים מסומנים כדלקמן (הנתרן הידרוקסיד הזול יותר משמש גם במקום אשלגן הידרוקסיד):
A, P - יסודות אבץ-אוויר (אנודה: אבץ, חמצן אטמוספרי מופחת על קתודה גרפיט);
B, C, E, F, G - תאי ליתיום (אנודה: ליתיום, אך חומרים רבים משמשים כקתודות וכאלקטרוליטים);
H – סוללת Ni-MH ניקל-מתכת הידריד (מתכת הידריד, KOH, NiOOH);
K – סוללת Ni-Cd ניקל-קדמיום (קדמיום, KOH, NiOOH);
L - יסוד בסיסי (אבץ, KOH, MnO2);
M - יסוד כספית (אבץ, KOH; HgO), אינו בשימוש עוד;
S - יסוד כסף (אבץ, KOH; Ag2על אודות);
Z - יסוד ניקל-מנגן (אבץ, KOH, NiOOH, MnO2).
- האות הבאה מציינת את צורת הקישור:
F - lamellar;
R - גלילי;
S - מלבני;
P – הייעוד הנוכחי של תאים בעלי צורות שאינן גליליות.
- הדמות או האיורים הסופיים מציינים את גודל ההפניה (ערכים קטלוגיים או מתן מידות ישירות).
דוגמאות לסימון:
R03
- תא אבץ-גרפיט בגודל של אצבע קטנה. ייעוד נוסף הוא AAA או מיקרו.
LR6 - תא אלקליין בגודל אצבע. ייעוד נוסף הוא AA או מיניון.
HR14 – סוללת Ni-MH, האות C משמשת גם לגודל.
KR20 – סוללת Ni-Cd שגודלה מסומן גם באות D.
3LR12 - סוללה שטוחה במתח של 4,5 וולט, המורכבת משלושה תאים אלקליין.
6F22 - סוללת 9V; שישה תאי אבץ-גרפיט מישוריים בודדים סגורים במארז מלבני.
CR2032 - תא ליתיום-מנגן (ליתיום, אלקטרוליט אורגני, MnO2) בקוטר 20 מ"מ ובעובי 3,2 מ"מ.
