Kimyəvi enerji mənbələrinin emalı

Hər evdə ümumi bir vəziyyət, yaxınlarda satın alınan batareyaların artıq yaxşı olmamasıdır. Və ya bəlkə, ətraf mühitin qayğısına qalmaq və eyni zamanda - cüzdanımızın zənginliyi haqqında, batareyalarımız var? Bir müddət sonra onlar da əməkdaşlıqdan imtina edəcəklər. Yəni zibil qutusunda? Qətiyyən! Hüceyrələrin ətraf mühitdə yaratdığı təhlükələr haqqında bilməklə, bir mitinq nöqtəsi axtaracağıq.

Kolleksiya

Qarşılaşdığımız problemin miqyası nədir? Baş Ekoloji Müfəttişin 2011-ci il hesabatında qeyd olunur ki, daha çox 400 milyon hüceyrə və batareya. Təxminən eyni sayda intihar etdi.

düyü. 1. Dövlət kolleksiyalarından xammalın (istifadə edilmiş hüceyrələrin) orta tərkibi.

Beləliklə, biz inkişaf etməliyik təxminən 92 min ton təhlükəli tullantı tərkibində ağır metallar (civə, kadmium, nikel, gümüş, qurğuşun) və bir sıra kimyəvi birləşmələr (kalium hidroksid, ammonium xlorid, manqan dioksid, sulfat turşusu) (şək. 1). Biz onları atdığımızda - örtük korroziyaya uğradıqdan sonra - onlar torpağı və suyu çirkləndirirlər (şəkil 2). Ətrafa, ona görə də özümüzə belə “hədiyyə” etməyək. Bu məbləğin 34%-i ixtisaslaşdırılmış prosessorların payına düşüb. Ona görə də hələ görüləsi çox şey var və bunun təkcə Polşada olmaması təsəlliverici deyil?

düyü. 2. Korroziyaya uğramış hüceyrə örtükləri.

Artıq heç yerə getməmək üçün bəhanəmiz yoxdur istifadə olunan hüceyrələr. Batareya və dəyişdirmə satan hər bir satış məntəqəsi onları (həmçinin köhnə elektronika və məişət texnikası) bizdən qəbul etməlidir. Həmçinin, bir çox mağaza və məktəblərdə qəfəslər qoya biləcəyimiz qablar var. Odur ki, gəlin “imtina etməyək” və işlənmiş batareyaları və akkumulyatorları zibil qutusuna atmayaq. Bir az istəklə bir mitinq nöqtəsi tapacağıq və bağlantıların özləri o qədər az çəkirlər ki, link bizi yormayacaq.

Sortlaşdırma

Başqalarında olduğu kimi təkrar emal edilə bilən materiallar, səmərəli transformasiya çeşidləmədən sonra məna kəsb edir. İstehsal müəssisələrinin tullantıları keyfiyyətcə adətən vahid olur, lakin ictimai kolleksiyalardan çıxan tullantılar mövcud hüceyrə növlərinin qarışığıdır. Beləliklə, əsas sual olur seqreqasiya.

Polşada çeşidləmə əl ilə aparılır, digər Avropa ölkələrində isə artıq avtomatlaşdırılmış çeşidləmə xətləri mövcuddur. Müvafiq mesh ölçüləri olan ələklərdən istifadə edirlər (icazə verirlər müxtəlif ölçülü hüceyrələrin ayrılması) və rentgen şüaları (məzmun çeşidlənməsi). Polşadakı kolleksiyalardan xammalın tərkibi də bir qədər fərqlidir.

Son vaxtlara qədər klassik turşulu Leclanche hüceyrələrimiz üstünlük təşkil edirdi. Uzun illər əvvəl Qərb bazarlarını fəth edən daha müasir qələvi hüceyrələrin üstünlüyü yalnız bu yaxınlarda nəzərə çarpır. Hər halda, hər iki növ birdəfəlik hüceyrələr toplanan batareyaların 90% -dən çoxunu təşkil edir. Qalanları düyməli batareyalar (saatları işə salan (şəkil 3) və ya kalkulyatorlar), təkrar doldurulan batareyalar və telefonlar və noutbuklar üçün litium batareyalarıdır. Belə kiçik bir payın səbəbi birdəfəlik elementlərlə müqayisədə daha yüksək qiymət və daha uzun xidmət müddətidir.

düyü. 3. Qol saatlarını gücləndirmək üçün istifadə edilən gümüş keçid.

Emal

Boşandıqdan sonra ən vacib şeyin vaxtı gəldi emal mərhələsi - xammalın bərpası. Hər bir növ üçün alınan məhsullar bir qədər fərqli olacaq. Bununla belə, emal texnologiyaları oxşardır.

mexaniki emal dəyirmanlarda tullantıların üyüdülməsindən ibarətdir. Yaranan fraksiyalar elektromaqnitlər (dəmir və onun ərintiləri) və xüsusi ələk sistemləri (digər metallar, plastik elementlər, kağız və s.) istifadə edərək ayrılır. Su basdı metod ondan ibarətdir ki, emaldan əvvəl xammalın diqqətlə çeşidlənməsinə ehtiyac yoxdur, qüsur - poliqonlara atılmasını tələb edən çoxlu miqdarda istifadəyə yararsız tullantılar.

Hidrometallurgiya təkrar emal hüceyrələrin turşularda və ya əsaslarda əriməsidir. Emalın növbəti mərhələsində əldə edilən məhlullar təmizlənir və təmiz elementlər əldə etmək üçün, məsələn, metal duzları ayrılır. Böyük fayda metod aşağı enerji sərfiyyatı və atılmasını tələb edən az miqdarda tullantı ilə xarakterizə olunur. Qüsur Bu təkrar emal üsulu, yaranan məhsulların çirklənməsinin qarşısını almaq üçün batareyaların diqqətlə çeşidlənməsini tələb edir.

Termal emal uyğun dizaynlı sobalarda hüceyrələrin yandırılmasından ibarətdir. Nəticədə onların oksidləri əridilir və alınır (polad dəyirmanları üçün xammal). Su basdı üsul çeşidlənməmiş batareyalardan istifadə etmək imkanından ibarətdir, qüsur və – enerji istehlakı və zərərli yanma məhsullarının yaranması.

istisna olmaqla təkrar emal edilə bilən Hüceyrələr onların komponentlərinin ətraf mühitə daxil olmasından ilkin mühafizə olunduqdan sonra poliqonlarda saxlanılır. Bununla belə, bu, bu tip tullantılarla və bir çox qiymətli xammalın tullantıları ilə məşğul olmaq ehtiyacını təxirə salan yalnız yarım tədbirdir.

Biz həmçinin ev laboratoriyamızda bəzi qida maddələrini bərpa edə bilərik. Bunlar klassik Leclanche elementlərinin komponentləridir - elementi əhatə edən fincanlardan yüksək təmizlikli sink və qrafit elektrodları. Alternativ olaraq, manqan dioksidi qarışığın içərisindəki qarışıqdan ayıra bilərik - sadəcə onu su ilə qaynatmaq (həll olan çirkləri, əsasən ammonium xloridləri çıxarmaq üçün) və süzün. Həll olunmayan qalıq (kömür tozu ilə çirklənmiş) MnO ilə əlaqəli əksər reaksiyalar üçün uyğundur.₂.

Ancaq təkcə məişət cihazlarını gücləndirmək üçün istifadə olunan elementlər təkrar emal edilə bilməz. Köhnə avtomobil akkumulyatorları da xammal mənbəyidir. Onlardan qurğuşun çıxarılır, daha sonra yeni cihazların istehsalında istifadə olunur, qutular və onları dolduran elektrolit atılır.

Zəhərli ağır metal və sulfat turşusu məhlulunun ətraf mühitə vura biləcəyi zərəri heç kimə xatırlatmağa ehtiyac yoxdur. Sürətlə inkişaf edən texniki sivilizasiyamız üçün hüceyrələr və batareyalar nümunəsidir. Artan problem məhsulun özünün istehsalı deyil, istifadədən sonra atılmasıdır. Ümid edirəm ki, “Gənc Texnik” jurnalının oxucuları öz nümunələri ilə başqalarını təkrar emal etməyə ruhlandıracaqlar.

Təcrübə 1 - litium batareya

litium hüceyrələri onlar kalkulyatorlarda və kompüterin ana platalarının BIOS-una enerji vermək üçün istifadə olunur (şək. 4). Onların tərkibində metal litiumun olduğunu təsdiq edək.

düyü. 4. Kompüter anakartının BIOS-a enerji vermək üçün istifadə edilən litium-manqan hüceyrəsi.

Elementi sökdükdən sonra (məsələn, ümumi tipli CR2032) biz strukturun təfərrüatlarını görə bilərik (şək. 5): manqan dioksidin qara sıxılmış təbəqəsi MnO₂, üzvi elektrolit məhlulu ilə hopdurulmuş məsaməli ayırıcı elektrod, bir plastik üzük və bir korpus meydana gətirən iki metal hissəni izolyasiya edir.

düyü. 5. Litium-manqan hüceyrəsinin komponentləri: 1. Litium metal təbəqəsi olan bədənin aşağı hissəsi (mənfi elektrod). 2. Üzvi elektrolit məhlulu ilə hopdurulmuş ayırıcı. 3. Manqan dioksidin preslənmiş təbəqəsi (müsbət elektrod). 4. Plastik üzük (elektrod izolyatoru). 5. Üst korpus (müsbət elektrod terminalı).

Daha kiçik olan (mənfi elektrod) havada tez qaralmış litium təbəqəsi ilə örtülmüşdür. Element alov testi ilə müəyyən edilir. Bunu etmək üçün, dəmir telin ucunda bir qədər yumşaq metal götürün və nümunəni ocaq alovuna daxil edin - karmin rəngi litiumun varlığını göstərir (şəkil 6). Metal qalıqlarını suda həll etməklə məhv edirik.

düyü. 6. Ocaq alovunda litium nümunəsi.

Bir şüşəyə litium təbəqəsi olan bir metal elektrodu qoyun və bir neçə sm tökün³ su. Hidrogen qazının sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunan gəmidə şiddətli bir reaksiya meydana gəlir:

Litium hidroksid güclü əsasdır və biz onu göstərici kağızı ilə asanlıqla yoxlaya bilərik.

Təcrübə 2 - qələvi bağ

Birdəfəlik qələvi elementi kəsin, məsələn, LR6 ("barmaq", AA) yazın. Metal stəkanı açdıqdan sonra daxili struktur görünür (şəkil 7): içərisində anod əmələ gətirən yüngül kütlə (kalium və ya natrium hidroksid və sink tozu) və onu əhatə edən tünd manqan dioksid MnO təbəqəsi var.₂ qrafit tozu ilə (hüceyrə katodu).

düyü. 7. Qələvi hüceyrədə anod kütləsinin qələvi reaksiyası. Görünən hüceyrə quruluşu: yüngül anod əmələ gətirən kütlə (KOH + sink tozu) və katod kimi qrafit tozu olan tünd manqan dioksidi.

Elektrodlar bir-birindən kağız diafraqma ilə ayrılır. Test zolağına az miqdarda yüngül maddə tətbiq edin və bir damla su ilə nəmləndirin. Mavi rəng anod pastasının qələvi reaksiyasını göstərir. İstifadə olunan hidroksid növü ən yaxşı şəkildə alov testi ilə yoxlanılır. Bir neçə haşhaş toxumu boyda nümunə suda isladılmış dəmir məftillə yapışdırılır və ocaq alovuna qoyulur.

Sarı rəng istehsalçı tərəfindən natrium hidroksid istifadəsini, çəhrayı-bənövşəyi rəng isə kalium hidroksidini göstərir. Natrium birləşmələri demək olar ki, bütün maddələri çirkləndirdiyindən və bu element üçün alov testi son dərəcə həssas olduğundan, alovun sarı rəngi kaliumun spektral xətlərini maskalaya bilər. Həll yolu mavi-bənövşəyi filtrdən alova baxmaqdır, bu, kobalt şüşəsi və ya kolbadakı boya məhlulu ola bilər (yara dezinfeksiyaedicisində tapılan indiqo və ya metil bənövşəyi, pioktan). Filtr sarı rəngi udacaq və nümunədə kaliumun olduğunu təsdiqləməyə imkan verəcəkdir.

Təyinat kodları

Hüceyrə növünün identifikasiyasını asanlaşdırmaq üçün xüsusi alfasayısal kod təqdim edilmişdir. Evlərimizdə ən çox yayılmış növlər üçün belə görünür: rəqəm-hərf-hərf-rəqəm, burada:

- birinci rəqəm hüceyrələrin sayıdır; tək hüceyrələr üçün nəzərə alınmır.

– birinci hərf hüceyrə tipini göstərir. Yoxdursa, bu, Leclanche sink-qrafit hüceyrəsidir (anod: sink, elektrolit: ammonium xlorid, NH₄Cl, sink xlorid ZnCl₂, katod: manqan dioksid MnO₂). Digər hüceyrə növləri aşağıdakı kimi etiketlənir (kalium hidroksid əvəzinə daha ucuz natrium hidroksid də istifadə olunur):

A, P – sink-hava elementləri (anod: sink, qrafit katodda atmosfer oksigeni azaldılır);

B, C, E, F, G - litium hüceyrələri (anod: litium, lakin bir çox maddələr katod və elektrolit kimi istifadə olunur);

H – Ni-MH nikel-metal hidrid batareyası (metal hidrid, KOH, NiOOH);

K – Ni-Cd nikel-kadmium batareyası (kadmium, KOH, NiOOH);

L - qələvi element (sink, KOH, MnO₂);

M – civə elementi (sink, KOH; HgO), artıq istifadə olunmur;

S – gümüş elementi (sink, KOH; Ag₂HAQQINDA);

Z – nikel-manqan elementi (sink, KOH, NiOOH, MnO₂).

- aşağıdakı hərf keçidin formasını göstərir:

F - qatlı;

R - silindrik;

S - düzbucaqlı;

P – silindrikdən fərqli formalara malik hüceyrələrin cari təyinatı.

- yekun rəqəm və ya rəqəmlər istinadın ölçüsünü göstərir (kataloq dəyərləri və ya ölçüləri birbaşa verən).

İşarələmə nümunələri:

R03
 - kiçik barmaq ölçüsündə sink-qrafit hüceyrəsi. Digər təyinat AAA və ya mikrodur.

LR6 - barmaq ölçüsündə qələvi hüceyrə. Başqa bir təyinat AA və ya miniondur.

HR14  – Ni-MH batareya, ölçü üçün C hərfi də istifadə olunur.

KR20 – Ni-Cd batareyası, ölçüsü də D hərfi ilə qeyd olunur.

3LR12 - üç qələvi hüceyrədən ibarət 4,5 V gərginlikli düz batareya.

6F22 - 9V batareya; altı fərdi müstəvi sink-qrafit hüceyrəsi düzbucaqlı bir korpusa daxil edilmişdir.

CR2032 – litium-manqan hüceyrəsi (litium, üzvi elektrolit, MnO₂) diametri 20 mm və qalınlığı 3,2 mm.