Քիմիական էներգիայի աղբյուրների վերամշակում
Յուրաքանչյուր տան սովորական իրավիճակն այն է, որ վերջերս գնված մարտկոցներն այլևս լավ չեն: Կամ գուցե, շրջակա միջավայրը խնամելով, և միևնույն ժամանակ՝ մեր դրամապանակի հարստության մասին, մարտկոցներ ստացա՞նք։ Որոշ ժամանակ անց նրանք նույնպես կհրաժարվեն համագործակցությունից։ Այսպիսով, աղբարկղում: Բացարձակապես ոչ։ Իմանալով շրջակա միջավայրում բջիջների պատճառած սպառնալիքների մասին՝ մենք կփնտրենք հավաքի կետ:
Հավաքածու
Ինչ մասշտաբով է այն խնդիրը, որի հետ գործ ունենք։ Գլխավոր բնապահպանական տեսուչի 2011թ. զեկույցում նշվում էր, որ ավելի քան 400 միլիոն բջիջ և մարտկոց. Մոտավորապես նույնքան էլ ինքնասպանություն է գործել։
Բրինձ. 1. Պետական հավաքածուներից հումքի (օգտագործված բջիջների) միջին կազմը.
Այսպիսով, մենք պետք է զարգանանք մոտ 92 հազար տոննա վտանգավոր թափոններ պարունակող ծանր մետաղներ (սնդիկ, կադմիում, նիկել, արծաթ, կապար) և մի շարք քիմիական միացություններ (կալիումի հիդրօքսիդ, ամոնիումի քլորիդ, մանգանի երկօքսիդ, ծծմբաթթու) (նկ. 1)։ Երբ դրանք դեն ենք նետում - ծածկույթի կոռոզիայից հետո - աղտոտում են հողն ու ջուրը (նկ. 2): Նման «նվեր» չանենք շրջակա միջավայրին, հետեւաբար՝ ինքներս մեզ։ Այդ գումարի 34%-ը բաժին է ընկել մասնագիտացված պրոցեսորներին։ Հետևաբար, դեռ շատ անելիք կա, և մխիթարություն չէ, որ դա միայն Լեհաստանում չէ։
Բրինձ. 2. Կոռոզիայի ենթարկված բջիջների ծածկույթներ:
Մենք այլևս ոչ մի տեղ գնալու արդարացում չունենք օգտագործված բջիջները. Յուրաքանչյուր կետ, որը վաճառում է մարտկոցներ և փոխարինող սարքեր, պարտավոր է դրանք ընդունել մեզանից (ինչպես նաև հին էլեկտրոնիկա և կենցաղային տեխնիկա): Նաև շատ խանութներ և դպրոցներ ունեն տարաներ, որոնց մեջ կարող ենք վանդակներ դնել։ Այնպես որ, եկեք «չհրաժարվենք» և օգտագործված մարտկոցներն ու կուտակիչները աղբարկղը չնետենք։ Մի փոքր ցանկությամբ մենք կգտնենք միտինգի կետ, իսկ հղումներն իրենք այնքան քիչ են կշռում, որ հղումը մեզ չի հոգնի։
Տեսակավորել
Ինչպես մյուսների դեպքում վերամշակվող նյութեր, արդյունավետ փոխակերպումն իմաստ ունի տեսակավորումից հետո։ Արտադրական գործարանների թափոնները սովորաբար որակով միատեսակ են, սակայն հանրային հավաքածուների թափոնները հասանելի բջիջների տեսակների խառնուրդ են: Այսպիսով, առանցքային հարցը դառնում է սեգրեգացիա.
Լեհաստանում տեսակավորումը կատարվում է ձեռքով, մինչդեռ եվրոպական այլ երկրներում արդեն գործում են ավտոմատացված տեսակավորման գծեր։ Նրանք օգտագործում են համապատասխան ցանցի չափսերով մաղեր (թույլ տալով տարբեր չափերի բջիջների բաժանում) և ռենտգեն (բովանդակության տեսակավորում): Լեհաստանի հավաքածուներից հումքի կազմը նույնպես փոքր-ինչ տարբեր է:
Մինչեւ վերջերս մեր դասական թթվային Leclanche բջիջները գերակշռում էին: Միայն վերջերս է նկատելի դարձել ավելի ժամանակակից ալկալային տարրերի առավելությունը, որոնք տարիներ առաջ նվաճել էին արևմտյան շուկաները։ Ամեն դեպքում, երկու տեսակի մեկանգամյա օգտագործման բջիջները կազմում են հավաքված մարտկոցների ավելի քան 90%-ը: Մնացածը կոճակային մարտկոցներ են (սնուցող ժամացույցներ (նկ. 3) կամ հաշվիչներ), վերալիցքավորվող մարտկոցներ և լիթիումային մարտկոցներ հեռախոսների և նոթբուքերի համար։ Նման փոքր մասնաբաժնի պատճառը միանգամյա օգտագործման տարրերի համեմատ ավելի բարձր գինն ու ծառայության ժամկետն է։
Բրինձ. 3. Արծաթե կապ, որն օգտագործվում է ձեռքի ժամացույցների համար:
Մշակման
Բաժանվելուց հետո ամենագլխավորի ժամանակն է մշակման փուլ - հումքի վերականգնում. Յուրաքանչյուր տեսակի համար ստացված ապրանքները մի փոքր տարբեր կլինեն: Այնուամենայնիվ, մշակման մեթոդները նման են.
մեխանիկական մշակում բաղկացած է ջրաղացներում աղբը մանրացնելուց: Ստացված ֆրակցիաները բաժանվում են էլեկտրամագնիսների (երկաթի և դրա համաձուլվածքների) և հատուկ մաղման համակարգերի (այլ մետաղներ, պլաստիկ տարրեր, թուղթ և այլն) միջոցով։ Հեղեղված մեթոդը կայանում է նրանում, որ մշակումից առաջ հումքը մանրակրկիտ տեսակավորելու կարիք չկա, արատ - մեծ քանակությամբ անօգտագործելի թափոններ, որոնք պահանջում են աղբավայրերում հեռացում:
Հիդրոմետալուրգիական վերամշակում բջիջների տարրալուծումն է թթուների կամ հիմքերի մեջ: Մշակման հաջորդ փուլում ստացված լուծույթները զտվում և առանձնացվում են, օրինակ՝ մետաղական աղերը՝ մաքուր տարրեր ստանալու համար։ Մեծ առավելություն մեթոդը բնութագրվում է էներգիայի ցածր սպառմամբ և փոքր քանակությամբ թափոններով, որոնք պահանջում են հեռացում: Արատ Վերամշակման այս մեթոդը պահանջում է մարտկոցների մանրակրկիտ տեսակավորում՝ արդյունքում ստացված արտադրանքի աղտոտումից խուսափելու համար:
Ջերմային մշակում բաղկացած է համապատասխան դիզայնի վառարաններում բջիջները կրակելուց: Արդյունքում դրանց օքսիդները հալվում և ստացվում են (հումք պողպատե գործարանների համար)։ Հեղեղված մեթոդը բաղկացած է չտեսակավորված մարտկոցների օգտագործման հնարավորությունից, արատ և – էներգիայի սպառումը և այրման վնասակար արտադրանքի արտադրությունը:
ք վերամշակելի Բջիջները պահվում են աղբավայրերում՝ շրջակա միջավայր դրանց բաղադրիչների ներթափանցումից նախնական պաշտպանությունից հետո: Այնուամենայնիվ, սա ընդամենը կես միջոց է, որը հետաձգում է այս տեսակի թափոնների և բազմաթիվ արժեքավոր հումքի թափոնների հետ կապված անհրաժեշտությունը:
Մենք կարող ենք նաև վերականգնել որոշ սննդանյութեր մեր տնային լաբորատորիայում: Սրանք դասական Leclanche տարրերի բաղադրիչներն են՝ տարրը շրջապատող բաժակներից բարձր մաքրության ցինկ և գրաֆիտի էլեկտրոդներ: Որպես այլընտրանք, մենք կարող ենք առանձնացնել մանգանի երկօքսիդը խառնուրդի մեջ եղած խառնուրդից. պարզապես այն եռացնել ջրով (լուծվող կեղտերը, հիմնականում ամոնիումի քլորիդը հեռացնելու համար) և զտել: Չլուծվող մնացորդը (աղտոտված ածխի փոշով) հարմար է MnO պարունակող ռեակցիաների մեծ մասի համար:2.
Սակայն ոչ միայն կենցաղային տեխնիկայի սնուցման համար օգտագործվող տարրերը վերամշակելի են: Հումքի աղբյուր են նաև մեքենաների հին մարտկոցները։ Դրանցից արդյունահանվում է կապար, որն այնուհետև օգտագործվում է նոր սարքերի արտադրության մեջ, իսկ պատյաններն ու դրանք լցնող էլեկտրոլիտը վերացվում են։
Ոչ ոքի պետք չէ հիշեցնել շրջակա միջավայրի վնասի մասին, որը կարող է պատճառել թունավոր ծանր մետաղը և ծծմբաթթվի լուծույթը: Մեր արագ զարգացող տեխնիկական քաղաքակրթության համար բջիջների և մարտկոցների օրինակը մոդել է: Աճող խնդիրը ոչ թե բուն արտադրանքի արտադրությունն է, այլ օգտագործումից հետո դրա հեռացումը: Հուսով եմ, որ «Երիտասարդ տեխնիկ» ամսագրի ընթերցողները կոգեշնչեն ուրիշներին վերամշակել իրենց օրինակով։
Փորձ 1 - լիթիումի մարտկոց
լիթիումի բջիջներ դրանք օգտագործվում են հաշվիչներում և համակարգչային մայր տախտակների BIOS-ի հզորությունը պահպանելու համար (նկ. 4): Հաստատենք դրանցում մետաղական լիթիումի առկայությունը։
Բրինձ. 4. Լիթիում-մանգանային բջիջ, որն օգտագործվում է համակարգչի մայր տախտակի BIOS-ի էներգիան պահպանելու համար:
Տարրը ապամոնտաժելուց հետո (օրինակ՝ սովորական տիպի CR2032), մենք կարող ենք տեսնել կառուցվածքի մանրամասները (նկ. 5). մանգանի երկօքսիդի սև սեղմված շերտ MnO:2, ծակոտկեն տարանջատող էլեկտրոդ՝ ներծծված օրգանական էլեկտրոլիտի լուծույթով, մեկուսացնող պլաստիկ օղակ և պատյան կազմող երկու մետաղական մասեր։
Բրինձ. 5. Լիթիում-մանգանային բջիջի բաղադրիչներ՝ 1. Մարմնի ստորին հատվածը լիթիում մետաղի շերտով (բացասական էլեկտրոդ): 2. Օրգանական էլեկտրոլիտային լուծույթով ներծծված բաժանարար: 3. Մանգանի երկօքսիդի սեղմված շերտ (դրական էլեկտրոդ): 4. Պլաստիկ օղակ (էլեկտրոդի մեկուսիչ): 5. Վերին բնակարան (դրական էլեկտրոդի տերմինալ):
Ավելի փոքրը (բացասական էլեկտրոդը) պատված է լիթիումի շերտով, որն օդում արագ մթնում է։ Տարրը նույնականացվում է բոցի փորձարկումով: Դա անելու համար երկաթե մետաղալարի ծայրին վերցրեք փափուկ մետաղ և նմուշը մտցրեք այրիչի բոցի մեջ. կարմինի գույնը ցույց է տալիս լիթիումի առկայությունը (նկ. 6): Մետաղների մնացորդները վերացնում ենք ջրի մեջ լուծելով։
Բրինձ. 6. Լիթիումի նմուշ այրիչի կրակի մեջ:
Մետաղական էլեկտրոդը լիթիումի շերտով դնել բաժակի մեջ և լցնել մի քանի սմ3 ջուր. Անոթում տեղի է ունենում կատաղի ռեակցիա, որն ուղեկցվում է ջրածնի գազի արտազատմամբ.
Լիթիումի հիդրօքսիդը ամուր հիմք է, և մենք հեշտությամբ կարող ենք այն փորձարկել ցուցիչ թղթի միջոցով:
Փորձ 2 - ալկալային կապ
Կտրեք միանգամյա օգտագործման ալկալային տարրը, օրինակ, տիպ LR6 («մատ», AA): Մետաղական բաժակը բացելուց հետո երևում է ներքին կառուցվածքը (նկ. 7). ներսում անոդ ձևավորող թեթև զանգված է (կալիումի կամ նատրիումի հիդրօքսիդ և ցինկի փոշի), և այն շրջապատում է մանգանի երկօքսիդի մուգ շերտ՝ MnO։2 գրաֆիտի փոշու հետ (բջջային կաթոդ):
Բրինձ. 7. Անոդ զանգվածի ալկալային ռեակցիան ալկալային բջիջում: Տեսանելի բջջային կառուցվածք՝ թեթև անոդ ձևավորող զանգված (KOH + ցինկ փոշի) և մուգ մանգանի երկօքսիդ՝ գրաֆիտի փոշիով որպես կաթոդ։
Էլեկտրոդները միմյանցից բաժանված են թղթե դիֆրագմայով։ Փորձարկման շերտի վրա քսեք փոքր քանակությամբ թեթև նյութ և խոնավացրեք այն մի կաթիլ ջրով: Կապույտ գույնը ցույց է տալիս անոդային մածուկի ալկալային ռեակցիան։ Օգտագործված հիդրօքսիդի տեսակը լավագույնս ստուգվում է բոցի փորձարկումով: Մի քանի կակաչի սերմի չափի նմուշը սոսնձված է ջրի մեջ թաթախված երկաթե մետաղալարով և դրվում այրիչի կրակի մեջ:
Դեղին գույնը ցույց է տալիս արտադրողի կողմից նատրիումի հիդրօքսիդի օգտագործումը, իսկ վարդագույն-մանուշակագույնը ցույց է տալիս կալիումի հիդրօքսիդը: Քանի որ նատրիումի միացությունները աղտոտում են գրեթե բոլոր նյութերը, և այս տարրի համար կրակի թեստը չափազանց զգայուն է, բոցի դեղին գույնը կարող է քողարկել կալիումի սպեկտրալ գծերը: Լուծումը բոցին նայելն է կապույտ-մանուշակագույն ֆիլտրի միջոցով, որը կարող է լինել կոբալտային ապակի կամ ներկի լուծույթ կոլբայի մեջ (ինդիգո կամ մեթիլ մանուշակ, որը հայտնաբերվել է վերքերի ախտահանիչ նյութում, պյոկտան): Զտիչը կներծծի դեղին գույնը՝ թույլ տալով հաստատել նմուշում կալիումի առկայությունը:
Նշանակման ծածկագրերը
Բջջի տեսակի նույնականացումը հեշտացնելու համար ներդրվել է հատուկ այբբենական ծածկագիր: Մեր տներում ամենատարածված տեսակների համար այն կարծես թե՝ թիվ-տառ-տառ-թիվ, որտեղ.
- առաջին նիշը բջիջների քանակն է. անտեսվել է միայնակ բջիջների համար:
- առաջին տառը ցույց է տալիս բջջային տեսակը: Բացակայության դեպքում դա Leclanche ցինկ-գրաֆիտային բջիջ է (անոդ՝ ցինկ, էլեկտրոլիտ՝ ամոնիումի քլորիդ, NH4Cl, ցինկի քլորիդ ZnCl2, կաթոդ՝ մանգանի երկօքսիդ MnO2) Բջիջների այլ տեսակներ պիտակավորված են հետևյալ կերպ (կալիումի հիդրօքսիդի փոխարեն օգտագործվում է նաև ավելի էժան նատրիումի հիդրօքսիդ).
A, P – ցինկ-օդային տարրեր (անոդ՝ ցինկ, մթնոլորտի թթվածինը կրճատվում է գրաֆիտի կաթոդի վրա);
B, C, E, F, G - լիթիումային բջիջներ (անոդ՝ լիթիում, բայց շատ նյութեր օգտագործվում են որպես կաթոդ և էլեկտրոլիտ);
H – Ni-MH նիկել-մետաղ հիդրիդ մարտկոց (մետաղական հիդրիդ, KOH, NiOOH);
K – Ni-Cd նիկել-կադմիումային մարտկոց (կադմիում, KOH, NiOOH);
L - ալկալային տարր (ցինկ, KOH, MnO2);
M – սնդիկի տարր (ցինկ, KOH; HgO), այլևս չի օգտագործվում;
S - արծաթե տարր (ցինկ, KOH; Ագ2ՄԱՍԻՆ);
Z - նիկել-մանգան տարր (ցինկ, KOH, NiOOH, MnO2).
- Հետևյալ տառը ցույց է տալիս հղման ձևը.
F - շերտավոր;
R - գլանաձեւ;
S - ուղղանկյուն;
P – գլանաձևից տարբեր ձևերով բջիջների ներկայիս նշանակումը:
- վերջնական պատկերը կամ թվերը ցույց են տալիս հղման չափը (կատալոգային արժեքներ կամ ուղղակիորեն տալով չափեր):
Նշման օրինակներ.
R03
- փոքրիկ մատի չափ ցինկ-գրաֆիտային բջիջ: Մեկ այլ նշանակում է AAA կամ միկրո:
LR6 - մատի չափ ալկալային բջիջ: Մեկ այլ նշանակում է AA կամ minion:
HR14 – Ni-MH մարտկոց, C տառը նույնպես օգտագործվում է չափի համար:
KR20 – Ni-Cd մարտկոց, որի չափը նույնպես նշվում է D տառով:
3LR12 - 4,5 Վ լարման հարթ մարտկոց, որը բաղկացած է երեք ալկալային բջիջներից:
6F22 - 9V մարտկոց; վեց անհատական հարթ ցինկ-գրաֆիտային բջիջներ կցված են ուղղանկյուն պատյանում:
CR2032 - լիթիում-մանգանային բջիջ (լիթիում, օրգանական էլեկտրոլիտ, MnO2) 20 մմ տրամագծով և 3,2 մմ հաստությամբ։
