Procesamiento de fuentes de energía química

Una situación común en todos los hogares es que las baterías recién compradas ya no sirven. O tal vez, cuidando el medio ambiente y, al mismo tiempo, sobre la riqueza de nuestra billetera, ¿tenemos baterías? Después de un tiempo, también se negarán a cooperar. Entonces en la basura? ¡Absolutamente no! Conociendo las amenazas que provocan las células en el medio ambiente, buscaremos un punto de reunión.

Colección

¿Cuál es la magnitud del problema al que nos enfrentamos? Un informe de 2011 del Inspector Ambiental Jefe indicó que más de 400 millones de celdas y baterías. Aproximadamente el mismo número se suicidó.

Arroz. 1. Composición promedio de materias primas (células usadas) de colecciones estatales.

Así que tenemos que desarrollar cerca de 92 mil toneladas de residuos peligrosos que contienen metales pesados ​​(mercurio, cadmio, níquel, plata, plomo) y una serie de compuestos químicos (hidróxido de potasio, cloruro de amonio, dióxido de manganeso, ácido sulfúrico) (Fig. 1). Cuando los tiramos, después de que el revestimiento se haya corroído, contaminan el suelo y el agua (Fig. 2). No hagamos tal "regalo" al medio ambiente, y por lo tanto a nosotros mismos. De esta cantidad, el 34% correspondió a procesadores especializados. Por tanto, todavía queda mucho por hacer, ¿y no es un consuelo que no sea sólo en Polonia?

Arroz. 2. Revestimientos de celdas corroídos.

Ya no tenemos excusa para no tener a donde ir celdas usadas. Todos los puntos de venta que venden baterías y reemplazos deben aceptarlas de nosotros (así como los aparatos electrónicos y electrodomésticos viejos). Además, muchos comercios y colegios disponen de contenedores en los que podemos poner jaulas. Así que no "renunciemos" y no tiremos las pilas y acumuladores usados ​​a la basura. Con un poco de ganas, encontraremos un punto de reunión, y los enlaces en sí pesan tan poco que el enlace no nos cansará.

Сортировка

como con otros materiales reciclables, la transformación eficiente tiene sentido después de la clasificación. Los desechos de las plantas industriales suelen tener una calidad uniforme, pero los desechos de las colecciones públicas son una mezcla de los tipos de celdas disponibles. Por lo tanto, la pregunta clave se convierte en segregación.

En Polonia, la clasificación se realiza manualmente, mientras que otros países europeos ya cuentan con líneas de clasificación automatizadas. Utilizan tamices con tamaños de malla apropiados (permitiendo separación de células de diferentes tamaños) y rayos X (clasificación de contenido). La composición de las materias primas de las colecciones en Polonia también es ligeramente diferente.

Hasta hace poco, dominaban nuestras clásicas células ácidas de Leclanche. Solo recientemente se ha notado la ventaja de los elementos alcalinos más modernos, que conquistaron los mercados occidentales hace muchos años. En cualquier caso, ambos tipos de pilas desechables suponen más del 90% de las pilas recogidas. El resto son pilas de botón (que alimentan relojes (Fig. 3) o calculadoras), pilas recargables y baterías de litio para teléfonos y portátiles. La razón de una participación tan pequeña es el precio más alto y la vida útil más larga en comparación con los elementos desechables.

Arroz. 3. Eslabón de plata utilizado para impulsar relojes de pulsera.

transformación

Después de la ruptura, llega el momento de lo más importante. etapa de procesamiento - recuperación de materias primas. Para cada tipo, los productos recibidos serán ligeramente diferentes. Sin embargo, las técnicas de procesamiento son similares.

proceso mecanico consiste en triturar los residuos en molinos. Las fracciones resultantes se separan mediante electroimanes (hierro y sus aleaciones) y sistemas especiales de cribado (otros metales, elementos plásticos, papel, etc.). Zaleto el método radica en el hecho de que no es necesario clasificar cuidadosamente las materias primas antes del procesamiento, defecto - una gran cantidad de residuos inutilizables que requieren eliminación en vertederos.

Reciclaje hidrometalúrgico es la disolucion de las celulas en acidos o bases. En la siguiente etapa de procesamiento, las soluciones resultantes se purifican y separan, por ejemplo, sales metálicas, para obtener elementos puros. Grande ventaja el método se caracteriza por un bajo consumo de energía y una pequeña cantidad de residuos que requieren eliminación. defecto Este método de reciclaje requiere una clasificación cuidadosa de las baterías para evitar la contaminación de los productos resultantes.

Procesamiento térmico consiste en cocer las células en hornos del diseño apropiado. Como resultado, sus óxidos se funden y obtienen (materias primas para acerías). Zaleto método consiste en la posibilidad de utilizar baterías sin clasificar, defecto y – consumo de energía y generación de productos de combustión nocivos.

croome reciclable Las celdas se almacenan en vertederos después de una protección preliminar contra el ingreso de sus componentes al medio ambiente. Sin embargo, esto es solo una medida a medias, posponiendo la necesidad de lidiar con este tipo de residuos y el desperdicio de muchas materias primas valiosas.

También podemos restaurar algunos de los nutrientes en nuestro laboratorio casero. Estos son los componentes de los elementos clásicos de Leclanche: zinc de alta pureza de las copas que rodean el elemento y electrodos de grafito. Alternativamente, podemos separar el dióxido de manganeso de la mezcla dentro de la mezcla: simplemente hervirlo con agua (para eliminar las impurezas solubles, principalmente el cloruro de amonio) y filtrar. El residuo insoluble (contaminado con polvo de carbón) es adecuado para la mayoría de las reacciones que involucran MnO.₂.

Pero no solo los elementos que alimentan los electrodomésticos son reciclables. Las baterías de automóviles viejas también son una fuente de materias primas. De ellos se extrae plomo, que luego se utiliza en la fabricación de nuevos dispositivos, y se desechan las cajas y el electrolito que las llena.

Nadie necesita que se le recuerde el daño ambiental que pueden causar los metales pesados ​​tóxicos y la solución de ácido sulfúrico. Para nuestra civilización técnica en rápido desarrollo, el ejemplo de las pilas y baterías es un modelo. Un problema creciente no es la producción del producto en sí, sino su eliminación después de su uso. Espero que los lectores de la revista "Joven Técnico" inspiren a otros a reciclar con su ejemplo.

Experimento 1 - batería de litio

celdas de litio se utilizan en calculadoras y para mantener la alimentación del BIOS de las placas base de las computadoras (Fig. 4). Confirmemos la presencia de litio metálico en ellos.

Arroz. 4. Una celda de litio-manganeso que se utiliza para mantener la alimentación del BIOS de la placa base de una computadora.

Después de desmontar el elemento (por ejemplo, el tipo común CR2032), podemos ver los detalles de la estructura (Fig. 5): capa negra comprimida de dióxido de manganeso MnO₂, un electrodo separador poroso impregnado con una solución de electrolito orgánico, que aísla un anillo de plástico y dos partes metálicas que forman una carcasa.

Arroz. 5. Componentes de una celda de litio-manganeso: 1. La parte inferior del cuerpo con una capa de metal de litio (electrodo negativo). 2. Separador impregnado con una solución de electrolito orgánico. 3. Capa prensada de dióxido de manganeso (electrodo positivo). 4. Anillo de plástico (aislante de electrodo). 5. Carcasa superior (terminal de electrodo positivo).

El más pequeño (el electrodo negativo) está cubierto con una capa de litio, que se oscurece rápidamente en el aire. El elemento se identifica mediante una prueba de llama. Para hacer esto, tome un poco de metal blando en el extremo del alambre de hierro e inserte la muestra en la llama del quemador; el color carmín indica la presencia de litio (Fig. 6). Eliminamos los residuos metálicos disolviéndolos en agua.

Arroz. 6. Una muestra de litio en la llama de un mechero.

Coloque un electrodo de metal con una capa de litio en un vaso de precipitados y vierta unos cm³ agua. Se produce una reacción violenta en el recipiente, acompañada de la liberación de gas hidrógeno:

El hidróxido de litio es una base fuerte y podemos probarlo fácilmente con papel indicador.

Experiencia 2 - enlace alcalino

Recorte un elemento alcalino desechable, por ejemplo, tipo LR6 ("dedo", AA). Después de abrir la copa de metal, la estructura interna es visible (Fig. 7): en el interior hay una masa ligera que forma un ánodo (hidróxido de potasio o sodio y polvo de zinc), y una capa oscura de dióxido de manganeso MnO que lo rodea.₂ con polvo de grafito (cátodo de celda).

Arroz. 7. Reacción alcalina de la masa anódica en una celda alcalina. Estructura celular visible: masa formadora de ánodo ligero (KOH + polvo de zinc) y dióxido de manganeso oscuro con polvo de grafito como cátodo.

Los electrodos están separados entre sí por un diafragma de papel. Aplique una pequeña cantidad de sustancia ligera a la tira reactiva y humedézcala con una gota de agua. El color azul indica la reacción alcalina de la pasta anódica. El tipo de hidróxido utilizado se verifica mejor mediante una prueba de llama. Una muestra del tamaño de varias semillas de amapola se pega a un alambre de hierro empapado en agua y se coloca en la llama de un mechero.

El color amarillo indica el uso de hidróxido de sodio por parte del fabricante, y el color rosa-púrpura indica hidróxido de potasio. Dado que los compuestos de sodio contaminan casi todas las sustancias y la prueba de llama para este elemento es extremadamente sensible, el color amarillo de la llama puede enmascarar las líneas espectrales del potasio. La solución es mirar la llama a través de un filtro azul-violeta, que puede ser vidrio de cobalto o una solución de tinte en el matraz (índigo o violeta de metilo que se encuentra en el desinfectante de heridas, pioctano). El filtro absorberá el color amarillo, permitiéndole confirmar la presencia de potasio en la muestra.

Códigos de designación

Para facilitar la identificación del tipo de célula, se ha introducido un código alfanumérico especial. Para los tipos más habituales en nuestros hogares queda así: número-letra-letra-número, donde:

- el primer dígito es el número de celdas; ignorado para celdas individuales.

– la primera letra indica el tipo de celda. Cuando está ausente, es una celda de zinc-grafito de Leclanche (ánodo: zinc, electrolito: cloruro de amonio, NH₄Cl, cloruro de zinc ZnCl₂, cátodo: dióxido de manganeso MnO₂). Otros tipos de células se etiquetan de la siguiente manera (también se usa el hidróxido de sodio más económico en lugar del hidróxido de potasio):

A, P – elementos zinc-aire (ánodo: zinc, el oxígeno atmosférico se reduce en un cátodo de grafito);

B, C, E, F, G - pilas de litio (ánodo: litio, pero muchas sustancias se utilizan como cátodos y electrolitos);

H – Batería de hidruro metálico de níquel Ni-MH (hidruro metálico, KOH, NiOOH);

K – Batería de níquel-cadmio Ni-Cd (cadmio, KOH, NiOOH);

L – elemento alcalino (zinc, KOH, MnO₂);

M – elemento mercurio (zinc, KOH; HgO), ya no se utiliza;

S – elemento plata (zinc, KOH; Ag₂SOBRE);

Z – elemento de níquel-manganeso (zinc, KOH, NiOOH, MnO₂).

- la siguiente letra indica la forma del enlace:

F - lamelar;

R - cilíndrico;

S - rectangulares;

P – la designación actual de celdas con formas distintas a las cilíndricas.

– la cifra o cifras finales indican el tamaño de la referencia (valores de catálogo o directamente dando dimensiones).

Ejemplos de marcado:

R03
 - una celda de zinc-grafito del tamaño de un dedo meñique. Otra designación es AAA o micro.

LR6 - una celda alcalina del tamaño de un dedo. Otra designación es AA o minion.

HR14  – Batería Ni-MH, la letra C también se usa para el tamaño.

KR20 – Batería de Ni-Cd, cuyo tamaño también está marcado con la letra D.

3LR12 - una batería descargada con un voltaje de 4,5 V, que consta de tres pilas alcalinas.

6F22 – batería de 9V; seis celdas planas individuales de zinc-grafito están encerradas en una caja rectangular.

CR2032 – celda de litio-manganeso (litio, electrolito orgánico, MnO₂) con un diámetro de 20 mm y un espesor de 3,2 mm.