Pengolahan sumber energi kimia

Situasi umum di setiap rumah adalah baterai yang baru dibeli tidak lagi bagus. Atau mungkin, menjaga lingkungan, dan pada saat yang sama - tentang kekayaan dompet kita, kita mendapat baterai? Setelah beberapa saat, mereka juga akan menolak untuk bekerja sama. Jadi di tempat sampah? Sama sekali tidak! Mengetahui tentang ancaman yang ditimbulkan oleh sel di lingkungan, kami akan mencari titik temu.

Koleksi

Apa skala masalah yang kita hadapi? Laporan tahun 2011 oleh Kepala Inspektur Lingkungan menunjukkan bahwa lebih dari 400 juta sel dan baterai. Kira-kira jumlah yang sama melakukan bunuh diri.

Beras. 1. Rata-rata komposisi bahan baku (sel bekas) dari koleksi negara.

Jadi kita perlu mengembangkan sekitar 92 ribu ton limbah berbahaya mengandung logam berat (merkuri, kadmium, nikel, perak, timbal) dan sejumlah senyawa kimia (kalium hidroksida, amonium klorida, mangan dioksida, asam sulfat) (Gbr. 1). Saat kita membuangnya - setelah lapisannya terkorosi - mereka mencemari tanah dan air (Gbr. 2). Jangan membuat "hadiah" seperti itu untuk lingkungan, dan karena itu untuk diri kita sendiri. Dari jumlah ini, 34% merupakan prosesor khusus. Oleh karena itu, masih banyak yang harus dilakukan, dan bukankah merupakan penghiburan bahwa tidak hanya di Polandia?

Beras. 2. Lapisan sel terkorosi.

Kami tidak lagi memiliki alasan untuk tidak pergi kemana-mana sel bekas. Setiap outlet yang menjual baterai dan penggantinya wajib menerimanya dari kami (serta barang elektronik dan peralatan rumah tangga lama). Juga, banyak toko dan sekolah memiliki wadah di mana kita bisa meletakkan kandang. Jadi jangan "menolak" dan tidak membuang baterai dan akumulator bekas ke tempat sampah. Dengan sedikit keinginan, kita akan menemukan titik temu, dan tautan itu sendiri berbobot sangat sedikit sehingga tautan itu tidak akan melelahkan kita.

Sortir

Seperti yang lainnya bahan daur ulang, transformasi yang efisien masuk akal setelah penyortiran. Limbah dari pabrik biasanya memiliki kualitas yang seragam, tetapi limbah dari pengumpulan umum merupakan campuran dari jenis sel yang tersedia. Jadi, pertanyaan kuncinya menjadi pemisahan.

Di Polandia penyortiran dilakukan secara manual, sementara negara-negara Eropa lainnya sudah memiliki jalur penyortiran otomatis. Mereka menggunakan saringan dengan ukuran mata jaring yang sesuai (memungkinkan pemisahan sel dengan ukuran berbeda) dan x-ray (penyortiran konten). Komposisi bahan baku dari koleksi di Polandia juga sedikit berbeda.

Sampai saat ini, sel Leclanche asam klasik kami mendominasi. Baru-baru ini keuntungan dari elemen alkali yang lebih modern, yang menaklukkan pasar Barat bertahun-tahun yang lalu, menjadi nyata. Bagaimanapun, kedua jenis sel sekali pakai menyumbang lebih dari 90% dari baterai yang dikumpulkan. Sisanya adalah baterai kancing (menghidupkan jam tangan (Gbr. 3) atau kalkulator), baterai isi ulang dan baterai lithium untuk ponsel dan laptop. Alasan untuk bagian yang begitu kecil adalah harga yang lebih tinggi dan masa pakai yang lebih lama dibandingkan dengan elemen sekali pakai.

Beras. 3. Tautan perak digunakan untuk memberi daya pada jam tangan.

pengolahan

Setelah putus, saatnya untuk hal yang paling penting tahap pemrosesan - pemulihan bahan baku. Untuk setiap jenis, produk yang diterima akan sedikit berbeda. Namun, teknik pemrosesannya serupa.

pemrosesan mekanis terdiri dari penggilingan limbah di pabrik. Fraksi yang dihasilkan dipisahkan menggunakan elektromagnet (besi dan paduannya) dan sistem saringan khusus (logam lain, elemen plastik, kertas, dll.). Zaleto metodenya terletak pada kenyataan bahwa tidak perlu hati-hati menyortir bahan baku sebelum diproses, cacat - sejumlah besar limbah yang tidak dapat digunakan yang membutuhkan pembuangan di tempat pembuangan sampah.

Daur ulang hidrometalurgi adalah pelarutan sel dalam asam atau basa. Pada tahap pemrosesan selanjutnya, larutan yang dihasilkan dimurnikan dan dipisahkan, misalnya, garam logam, untuk mendapatkan elemen murni. Besar keuntungan metode ini ditandai dengan konsumsi energi yang rendah dan sejumlah kecil limbah yang memerlukan pembuangan. Cacat Metode daur ulang ini memerlukan penyortiran baterai yang cermat untuk menghindari kontaminasi pada produk yang dihasilkan.

Pemrosesan termal terdiri dari menembakkan sel-sel dalam oven dengan desain yang sesuai. Akibatnya, oksida mereka dilebur dan diperoleh (bahan baku untuk pabrik baja). Zaleto metode terdiri dari kemungkinan menggunakan baterai yang tidak disortir, cacat dan – konsumsi energi dan menghasilkan produk pembakaran yang berbahaya.

Selain dapat didaur ulang Sel-sel disimpan di tempat pembuangan sampah setelah perlindungan awal terhadap masuknya komponen mereka ke lingkungan. Namun, ini hanya setengahnya, menunda kebutuhan untuk menangani limbah jenis ini dan limbah dari banyak bahan mentah yang berharga.

Kami juga dapat memulihkan beberapa nutrisi di lab rumah kami. Ini adalah komponen elemen Leclanche klasik - seng dengan kemurnian tinggi dari cangkir yang mengelilingi elemen, dan elektroda grafit. Alternatifnya, kita dapat memisahkan mangan dioksida dari campuran di dalam campuran - cukup rebus dengan air (untuk menghilangkan pengotor yang larut, terutama amonium klorida) dan saring. Residu yang tidak larut (terkontaminasi dengan debu batu bara) cocok untuk sebagian besar reaksi yang melibatkan MnO.₂.

Tetapi tidak hanya elemen yang digunakan untuk menyalakan peralatan rumah tangga yang dapat didaur ulang. Aki mobil bekas juga merupakan sumber bahan baku. Timbal diekstraksi darinya, yang kemudian digunakan dalam pembuatan perangkat baru, dan wadah serta pengisi elektrolitnya dibuang.

Tidak ada yang perlu diingatkan tentang kerusakan lingkungan yang dapat disebabkan oleh logam berat beracun dan larutan asam sulfat. Untuk peradaban teknis kita yang berkembang pesat, contoh sel dan baterai adalah sebuah model. Masalah yang meningkat bukanlah produksi produk itu sendiri, tetapi pembuangannya setelah digunakan. Saya berharap para pembaca majalah "Teknisi Muda" akan menginspirasi orang lain untuk mendaur ulang dengan teladan mereka.

Eksperimen 1 - baterai lithium

sel litium mereka digunakan dalam kalkulator dan untuk mempertahankan daya ke BIOS motherboard komputer (Gbr. 4). Mari kita konfirmasikan keberadaan lithium metalik di dalamnya.

Beras. 4. Sel lithium-mangan yang digunakan untuk mempertahankan daya ke BIOS dari motherboard komputer.

Setelah membongkar elemen (misalnya, tipe umum CR2032), kita dapat melihat detail struktur (Gbr. 5): lapisan terkompresi hitam mangan dioksida MnO₂, elektroda pemisah berpori yang diresapi dengan larutan elektrolit organik, mengisolasi cincin plastik dan dua bagian logam yang membentuk rumahan.

Beras. 5. Komponen sel lithium-mangan: 1. Bagian bawah tubuh dengan lapisan logam lithium (elektroda negatif). 2. Separator diresapi dengan larutan elektrolit organik. 3. Ditekan lapisan mangan dioksida (elektroda positif). 4. Cincin plastik (elektroda isolator). 5. Rumah bagian atas (terminal elektroda positif).

Yang lebih kecil (elektroda negatif) ditutupi dengan lapisan litium, yang dengan cepat menjadi gelap di udara. Unsur tersebut diidentifikasi dengan uji nyala. Untuk melakukan ini, ambil beberapa logam lunak di ujung kawat besi dan masukkan sampel ke dalam api pembakar - warna merah tua menunjukkan adanya litium (Gbr. 6). Kami membuang residu logam dengan melarutkannya dalam air.

Beras. 6. Sampel litium dalam nyala api pembakar.

Tempatkan elektroda logam dengan lapisan lithium dalam gelas kimia dan tuangkan beberapa cm³ air. Reaksi hebat terjadi di bejana, disertai dengan pelepasan gas hidrogen:

Litium hidroksida adalah basa kuat dan kita dapat dengan mudah mengujinya dengan kertas indikator.

Pengalaman 2 - ikatan basa

Gunting elemen alkali sekali pakai, misalnya tipe LR6 ("jari", AA). Setelah membuka cangkir logam, struktur internal terlihat (Gbr. 7): di dalamnya ada massa ringan yang membentuk anoda (kalium atau natrium hidroksida dan debu seng), dan lapisan gelap mangan dioksida MnO mengelilinginya.₂ dengan debu grafit (sel katoda).

Beras. 7. Reaksi basa massa anoda dalam sel basa. Struktur seluler yang terlihat: massa pembentuk anoda ringan (KOH + debu seng) dan mangan dioksida gelap dengan debu grafit sebagai katoda.

Elektroda dipisahkan satu sama lain oleh diafragma kertas. Oleskan sedikit zat ringan ke strip tes dan basahi dengan setetes air. Warna biru menunjukkan reaksi basa dari massa anoda. Jenis hidroksida yang digunakan paling baik diverifikasi dengan uji nyala. Sampel seukuran beberapa biji poppy direkatkan ke kawat besi yang direndam dalam air dan ditempatkan di api kompor.

Warna kuning menunjukkan penggunaan natrium hidroksida oleh pabrikan, dan warna merah muda-ungu menunjukkan kalium hidroksida. Karena senyawa natrium mencemari hampir semua zat, dan uji nyala untuk unsur ini sangat sensitif, warna kuning nyala dapat menutupi garis spektral kalium. Solusinya adalah dengan melihat api melalui filter biru-violet, yang dapat berupa kaca kobalt atau larutan pewarna dalam labu (indigo atau metil violet yang terdapat pada desinfektan luka, pyoctane). Filter akan menyerap warna kuning, memungkinkan Anda memastikan adanya kalium dalam sampel.

Kode penunjukan

Untuk memfasilitasi identifikasi tipe sel, kode alfanumerik khusus telah diperkenalkan. Untuk tipe yang paling umum di rumah kita, sepertinya: angka-huruf-angka-angka, di mana:

- digit pertama adalah jumlah sel; diabaikan untuk sel tunggal.

– huruf pertama menunjukkan jenis sel. Jika tidak ada, itu adalah sel seng-grafit Leclanche (anoda: seng, elektrolit: amonium klorida, NH₄Cl, seng klorida ZnCl₂, katoda: mangan dioksida MnO₂). Jenis sel lain diberi label sebagai berikut (natrium hidroksida yang lebih murah juga digunakan sebagai pengganti kalium hidroksida):

A, P - elemen seng-udara (anoda: seng, oksigen atmosfer direduksi pada katoda grafit);

B, C, E, F, G - sel litium (anoda: litium, tetapi banyak zat yang digunakan sebagai katoda dan elektrolit);

H – Baterai nikel-logam hidrida Ni-MH (logam hidrida, KOH, NiOOH);

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

L – elemen basa (seng, KOH, MnO₂);

M – elemen merkuri (seng, KOH; HgO), tidak lagi digunakan;

S – unsur perak (seng, KOH; Ag₂TENTANG);

Z – unsur nikel-mangan (seng, KOH, NiOOH, MnO₂).

- huruf berikut menunjukkan bentuk tautan:

F - pipih;

R - silinder;

S - persegi panjang;

P – penunjukan sel saat ini dengan bentuk selain silinder.

– angka akhir atau angka menunjukkan ukuran referensi (nilai katalog atau langsung memberikan dimensi).

Menandai contoh:

R03
 - sel seng-grafit seukuran jari kelingking. Sebutan lain adalah AAA atau mikro.

LR6 - sel alkaline seukuran jari. Sebutan lainnya adalah AA atau minion.

HR14  – Baterai Ni-MH, huruf C juga digunakan untuk ukuran.

KR20 – Baterai Ni-Cd yang ukurannya juga ditandai dengan huruf D.

3LR12 - baterai kosong dengan tegangan 4,5 V, terdiri dari tiga sel alkaline.

6F22 – baterai 9V; enam sel seng-grafit planar individu tertutup dalam kotak persegi panjang.

CR2032 - sel lithium-mangan (lithium, elektrolit organik, MnO₂) dengan diameter 20 mm dan tebal 3,2 mm.