Processamento de fontes de energia química

Uma situação comum em todas as casas é que as baterias compradas recentemente não são mais boas. Ou talvez, cuidando do meio ambiente, e ao mesmo tempo - sobre o patrimônio da nossa carteira, tenhamos baterias? Depois de um tempo, eles também se recusarão a cooperar. Então no lixo? Absolutamente não! Sabendo das ameaças que as células causam no meio ambiente, buscaremos um ponto de encontro.

coleção

Qual é a dimensão do problema com o qual estamos lidando? Um relatório de 2011 do Inspetor Ambiental Chefe indicou que mais de 400 milhões de células e baterias. Aproximadamente o mesmo número cometeu suicídio.

Arroz. 1. Composição média das matérias-primas (células usadas) das coleções estaduais.

Então precisamos desenvolver cerca de 92 mil toneladas de resíduos perigosos contendo metais pesados ​​(mercúrio, cádmio, níquel, prata, chumbo) e vários compostos químicos (hidróxido de potássio, cloreto de amônio, dióxido de manganês, ácido sulfúrico) (Fig. 1). Quando os jogamos fora - após a corrosão do revestimento - eles poluem o solo e a água (Fig. 2). Não façamos tal "presente" ao meio ambiente e, portanto, a nós mesmos. Desse montante, 34% corresponderam a processadores especializados. Portanto, ainda há muito a ser feito, e não é um consolo que não seja apenas na Polônia?

Arroz. 2. Revestimentos de células corroídos.

Não temos mais desculpa para nenhum lugar para ir células usadas. Todas as lojas que vendem baterias e substituições são obrigadas a aceitá-las de nós (assim como aparelhos eletrônicos e eletrodomésticos antigos). Além disso, muitas lojas e escolas têm recipientes nos quais podemos colocar gaiolas. Portanto, não vamos "renunciar" e nem jogar fora baterias e acumuladores usados ​​no lixo. Com um pouco de desejo, encontraremos um ponto de rally, e os links em si pesam tão pouco que o link não nos cansa.

Сортировка

Assim como outros materiais recicláveis, a transformação eficiente faz sentido após a classificação. Os resíduos de plantas industriais geralmente são de qualidade uniforme, mas os resíduos de coletas públicas são uma mistura de tipos de células disponíveis. Assim, a questão chave passa a ser segregação.

Na Polônia a triagem é feita manualmente, enquanto outros países europeus já possuem linhas de triagem automatizadas. Eles usam peneiras com malhas apropriadas (permitindo separação de células de tamanhos diferentes) e raio-x (classificação de conteúdo). A composição das matérias-primas das coleções na Polônia também é um pouco diferente.

Até recentemente, nossas células ácidas clássicas de Leclanche dominavam. Só recentemente se tornou perceptível a vantagem das pilhas alcalinas mais modernas, que conquistaram os mercados ocidentais há muitos anos. De qualquer forma, ambos os tipos de pilhas descartáveis ​​representam mais de 90% das baterias coletadas. O resto são baterias de botão (alimentação de relógios (Fig. 3) ou calculadoras), baterias recarregáveis ​​e baterias de lítio para telefones e laptops. A razão para uma participação tão pequena é o preço mais alto e a vida útil mais longa em comparação com os elementos descartáveis.

Arroz. 3. Elo de prata usado para alimentar relógios de pulso.

Processamento

Após a separação, é hora da coisa mais importante estágio de processamento - recuperação de matérias-primas. Para cada tipo, os produtos recebidos serão ligeiramente diferentes. No entanto, as técnicas de processamento são semelhantes.

processamento mecânico consiste na moagem de resíduos em moinhos. As frações resultantes são separadas por meio de eletroímãs (ferro e suas ligas) e sistemas de peneiras especiais (outros metais, elementos plásticos, papel, etc.). Zaleto o método é que não há necessidade de classificar cuidadosamente as matérias-primas antes do processamento, defeito - uma grande quantidade de resíduos inutilizáveis ​​que requerem eliminação em aterros.

Reciclagem hidrometalúrgica é a dissolução de células em ácidos ou bases. Na próxima etapa do processamento, as soluções resultantes são purificadas e separadas, por exemplo, sais metálicos, para obter elementos puros. Grande vantagem o método é caracterizado pelo baixo consumo de energia e uma pequena quantidade de resíduos que necessitam de descarte. defeito Este método de reciclagem requer uma triagem cuidadosa das baterias para evitar a contaminação dos produtos resultantes.

Processamento térmico consiste em acender as células em fornos de projeto apropriado. Como resultado, seus óxidos são fundidos e obtidos (matérias-primas para siderúrgicas). Zaleto método consiste na possibilidade de usar baterias não classificadas, defeito e – consumo de energia e geração de produtos de combustão nocivos.

exceto reciclável As células são armazenadas em aterros após proteção preliminar contra a entrada de seus componentes no meio ambiente. No entanto, esta é apenas uma meia medida, adiando a necessidade de lidar com esse tipo de resíduo e o desperdício de muitas matérias-primas valiosas.

Também podemos restaurar alguns dos nutrientes em nosso laboratório doméstico. Estes são os componentes dos elementos Leclanche clássicos - zinco de alta pureza dos copos que cercam o elemento e eletrodos de grafite. Alternativamente, podemos separar o dióxido de manganês da mistura dentro da mistura - basta fervê-lo com água (para remover impurezas solúveis, principalmente cloreto de amônio) e filtrar. O resíduo insolúvel (contaminado com pó de carvão) é adequado para a maioria das reações envolvendo MnO.₂.

Mas não apenas os elementos usados ​​para alimentar os eletrodomésticos são recicláveis. As baterias de carros antigos também são uma fonte de matérias-primas. Deles é extraído o chumbo, que é então utilizado na fabricação de novos dispositivos, e os estojos e o eletrólito que os enchem são descartados.

Ninguém precisa ser lembrado dos danos ambientais que podem ser causados ​​por metais pesados ​​tóxicos e solução de ácido sulfúrico. Para nossa civilização técnica em rápido desenvolvimento, o exemplo de células e baterias é um modelo. Um problema crescente não é a produção do produto em si, mas seu descarte após o uso. Espero que os leitores da revista "Young Technician" inspirem outros a reciclarem com seu exemplo.

Experimento 1 - bateria de lítio

células de lítio eles são usados ​​em calculadoras e para manter a alimentação do BIOS de placas-mãe de computador (Fig. 4). Vamos confirmar a presença de lítio metálico neles.

Arroz. 4. Uma célula de lítio-manganês usada para manter a alimentação do BIOS da placa-mãe de um computador.

Após a desmontagem do elemento (por exemplo, o tipo comum CR2032), podemos ver os detalhes da estrutura (Fig. 5): camada preta comprimida de dióxido de manganês MnO₂, um eletrodo separador poroso impregnado com uma solução eletrolítica orgânica, isolando um anel plástico e duas partes metálicas formando uma carcaça.

Arroz. 5. Componentes de uma pilha de lítio-manganês: 1. A parte inferior do corpo com uma camada de metal de lítio (eletrodo negativo). 2. Separador impregnado com solução eletrolítica orgânica. 3. Camada prensada de dióxido de manganês (eletrodo positivo). 4. Anel de plástico (isolador de eletrodo). 5. Invólucro superior (terminal de eletrodo positivo).

O menor (o eletrodo negativo) é coberto com uma camada de lítio, que escurece rapidamente no ar. O elemento é identificado por um teste de chama. Para isso, pegue um pouco de metal macio na ponta do fio de ferro e insira a amostra na chama do queimador - a cor carmim indica a presença de lítio (Fig. 6). Eliminamos os resíduos metálicos dissolvendo-os em água.

Arroz. 6. Uma amostra de lítio em uma chama de queimador.

Coloque um eletrodo de metal com uma camada de lítio em um béquer e despeje alguns cm³ agua. Uma reação violenta ocorre no vaso, acompanhada pela liberação de gás hidrogênio:

O hidróxido de lítio é uma base forte e podemos testá-lo facilmente com papel indicador.

Experiência 2 - ligação alcalina

Corte um elemento alcalino descartável, por exemplo, tipo LR6 (“dedo”, AA). Após a abertura do copo de metal, a estrutura interna é visível (Fig. 7): no interior há uma massa clara formando um ânodo (hidróxido de potássio ou sódio e pó de zinco), e uma camada escura de dióxido de manganês MnO envolvendo-o.₂ com pó de grafite (cátodo da célula).

Arroz. 7. Reação alcalina da massa do ânodo em uma célula alcalina. Estrutura celular visível: massa formadora de ânodo claro (KOH + pó de zinco) e dióxido de manganês escuro com pó de grafite como cátodo.

Os eletrodos são separados uns dos outros por um diafragma de papel. Aplique uma pequena quantidade de substância leve na tira de teste e umedeça-a com uma gota de água. A cor azul indica a reação alcalina da pasta anódica. O tipo de hidróxido usado é melhor verificado por um teste de chama. Uma amostra do tamanho de várias sementes de papoula é colada a um fio de ferro embebido em água e colocada em uma chama de queimador.

A cor amarela indica o uso de hidróxido de sódio pelo fabricante, e a cor rosa-púrpura indica hidróxido de potássio. Como os compostos de sódio contaminam quase todas as substâncias e o teste de chama para esse elemento é extremamente sensível, a cor amarela da chama pode mascarar as linhas espectrais do potássio. A solução é olhar a chama através de um filtro azul-violeta, que pode ser vidro cobalto ou uma solução corante no frasco (índigo ou violeta de metila encontrado no desinfetante de feridas, o pioctano). O filtro absorverá a cor amarela, permitindo confirmar a presença de potássio na amostra.

Códigos de designação

Para facilitar a identificação do tipo de célula, foi introduzido um código alfanumérico especial. Para os tipos mais comuns em nossas casas, fica assim: número-letra-letra-número, onde:

- o primeiro dígito é o número de células; ignorado para células individuais.

– a primeira letra indica o tipo de célula. Quando ausente, é uma célula de zinco-grafite Leclanche (ânodo: zinco, eletrólito: cloreto de amônio, NH₄Cl, cloreto de zinco ZnCl₂, cátodo: dióxido de manganês MnO₂). Outros tipos de células são rotulados da seguinte forma (o hidróxido de sódio mais barato também é usado no lugar do hidróxido de potássio):

A, P – elementos de zinco-ar (ânodo: zinco, oxigênio atmosférico é reduzido em um cátodo de grafite);

B, C, E, F, G - células de lítio (ânodo: lítio, mas muitas substâncias são usadas como cátodos e eletrólitos);

H – Bateria Ni-MH de hidreto metálico de níquel (hidreto metálico, KOH, NiOOH);

K – Bateria Ni-Cd níquel-cádmio (cádmio, KOH, NiOOH);

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

M – elemento de mercúrio (zinco, KOH; HgO), não mais utilizado;

S – elemento prata (zinco, KOH; Ag₂CERCA DE);

Z – elemento níquel-manganês (zinco, KOH, NiOOH, MnO₂).

- a seguinte letra indica a forma do link:

F - lamelar;

R - cilíndrico;

S - retangular;

P – a designação atual de células com formas diferentes de cilíndricas.

– a figura ou figuras finais indicam o tamanho da referência (valores de catálogo ou dando diretamente as dimensões).

Exemplos de marcação:

R03
 - uma célula de zinco-grafite do tamanho de um dedo mindinho. Outra designação é AAA ou micro.

LR6 - uma pilha alcalina do tamanho de um dedo. Outra designação é AA ou lacaio.

HR14  – Bateria Ni-MH, a letra C também é usada para tamanho.

KR20 – Bateria Ni-Cd, cujo tamanho também está marcado com a letra D.

3LR12 - uma bateria descarregada com tensão de 4,5 V, composta por três células alcalinas.

6F22 – bateria 9V; seis células individuais planas de zinco-grafite são colocadas em uma caixa retangular.

CR2032 – célula de lítio-manganês (lítio, eletrólito orgânico, MnO₂) com diâmetro de 20 mm e espessura de 3,2 mm.