Traitement des sources d'énergie chimiques

Une situation courante dans chaque foyer est que les piles récemment achetées ne sont plus bonnes. Ou peut-être, en prenant soin de l'environnement, et en même temps - de la richesse de notre portefeuille, avons-nous des piles ? Après un certain temps, ils refuseront également de coopérer. Alors à la poubelle ? Absolument pas! Connaissant les menaces que les cellules causent dans l'environnement, nous chercherons un point de ralliement.

collection

Quelle est l'ampleur du problème auquel nous sommes confrontés ? Un rapport de 2011 de l'inspecteur en chef de l'environnement indiquait que plus de 400 millions de cellules et batteries. Environ le même nombre s'est suicidé.

Riz. 1. Composition moyenne des matières premières (cellules usagées) des collections de l'État.

Nous devons donc développer environ 92 XNUMX tonnes de déchets dangereux contenant des métaux lourds (mercure, cadmium, nickel, argent, plomb) et de nombreux composés chimiques (hydroxyde de potassium, chlorure d'ammonium, dioxyde de manganèse, acide sulfurique) (Fig. 1). Lorsque nous les jetons - après que le revêtement s'est corrodé - ils polluent le sol et l'eau (Fig. 2). Ne faisons pas un tel "cadeau" à l'environnement, et donc à nous-mêmes. De ce montant, 34 % étaient représentés par des transformateurs spécialisés. Par conséquent, il reste encore beaucoup à faire, et ce n'est pas une consolation que ce ne soit pas seulement en Pologne ?

Riz. 2. Revêtements cellulaires corrodés.

Nous n'avons plus d'excuse pour nulle part où aller cellules usagées. Chaque point de vente qui vend des piles et des pièces de rechange est tenu de les accepter de notre part (ainsi que les vieux appareils électroniques et électroménagers). De plus, de nombreux magasins et écoles ont des conteneurs dans lesquels on peut mettre des cages. Alors ne "renonçons pas" et ne jetons pas les piles et accumulateurs usagés à la poubelle. Avec un peu d'envie, on trouvera un point de ralliement, et les liens eux-mêmes pèsent si peu que le lien ne nous fatiguera pas.

Сортировка

Comme avec d'autres matériaux recyclables, la transformation efficace prend sens après le tri. Les déchets des installations industrielles sont généralement de qualité uniforme, mais les déchets des collectes publiques sont un mélange de types de cellules disponibles. Ainsi, la question clé devient ségrégation.

En Pologne, le tri se fait manuellement, alors que d'autres pays européens disposent déjà de chaînes de tri automatisées. Ils utilisent des tamis avec des mailles appropriées (permettant séparation de cellules de tailles différentes) et x-ray (tri du contenu). La composition des matières premières provenant des collections en Pologne est également légèrement différente.

Jusqu'à récemment, nos cellules Leclanche acides classiques dominaient. Ce n'est que récemment que l'avantage des piles alcalines plus modernes, qui ont conquis les marchés occidentaux il y a de nombreuses années, est devenu perceptible. Dans tous les cas, les deux types de piles jetables représentent plus de 90 % des piles collectées. Le reste est constitué de piles bouton (alimentant des montres (Fig. 3) ou des calculatrices), des piles rechargeables et des piles au lithium pour téléphones et ordinateurs portables. La raison d'une si petite part est le prix plus élevé et la durée de vie plus longue par rapport aux éléments jetables.

Riz. 3. Lien en argent utilisé pour alimenter les montres-bracelets.

Traitement

Après la rupture, c'est l'heure du plus important étape de traitement - récupération des matières premières. Pour chaque type, les produits reçus seront légèrement différents. Cependant, les techniques de traitement sont similaires.

traitement mécanique consiste à broyer les déchets dans des broyeurs. Les fractions résultantes sont séparées à l'aide d'électro-aimants (fer et ses alliages) et de systèmes de tamis spéciaux (autres métaux, éléments plastiques, papier, etc.). Inondé la méthode réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de trier soigneusement les matières premières avant traitement, défaut - une grande quantité de déchets inutilisables nécessitant une mise en décharge.

Recyclage hydrométallurgique est la dissolution des cellules dans des acides ou des bases. À l'étape suivante du traitement, les solutions résultantes sont purifiées et séparées, par exemple des sels métalliques, pour obtenir des éléments purs. Gros avantage le procédé se caractérise par une faible consommation d'énergie et une petite quantité de déchets à éliminer. défaut Cette méthode de recyclage nécessite un tri minutieux des batteries pour éviter la contamination des produits résultants.

Traitement thermique consiste à cuire les cellules dans des fours de conception appropriée. En conséquence, leurs oxydes sont fondus et obtenus (matières premières pour les aciéries). Inondé méthode consiste en la possibilité d'utiliser des piles non triées, défaut et – la consommation d'énergie et la génération de produits de combustion nocifs.

sauf pour recyclable Les cellules sont stockées dans des décharges après protection préalable contre la pénétration de leurs composants dans l'environnement. Cependant, ce n'est qu'une demi-mesure, retardant la nécessité de traiter ce type de déchets et le gaspillage de nombreuses matières premières précieuses.

Nous pouvons également restaurer certains des nutriments dans notre laboratoire à domicile. Ce sont les composants des éléments Leclanche classiques - du zinc de haute pureté provenant des coupelles entourant l'élément et des électrodes en graphite. Alternativement, nous pouvons séparer le dioxyde de manganèse du mélange à l'intérieur du mélange - faites-le simplement bouillir avec de l'eau (pour éliminer les impuretés solubles, principalement le chlorure d'ammonium) et filtrez. Le résidu insoluble (contaminé par de la poussière de charbon) convient à la plupart des réactions impliquant MnO.₂.

Mais il n'y a pas que les éléments utilisés pour alimenter les appareils électroménagers qui sont recyclables. Les vieilles batteries de voiture sont également une source de matières premières. Le plomb en est extrait, qui est ensuite utilisé dans la fabrication de nouveaux appareils, et les boîtiers et l'électrolyte qui les remplit sont éliminés.

Personne n'a besoin qu'on lui rappelle les dommages environnementaux qui peuvent être causés par une solution toxique de métaux lourds et d'acide sulfurique. Pour notre civilisation technique en plein développement, l'exemple des piles et des batteries est un modèle. Un problème croissant n'est pas la production du produit lui-même, mais son élimination après utilisation. J'espère que les lecteurs du magazine "Jeune Technicien" inspireront d'autres à recycler par leur exemple.

Expérience 1 - batterie au lithium

piles au lithium ils sont utilisés dans les calculatrices et pour maintenir l'alimentation du BIOS des cartes mères d'ordinateurs (Fig. 4). Confirmons la présence de lithium métallique en eux.

Riz. 4. Une cellule au lithium-manganèse utilisée pour maintenir l'alimentation du BIOS d'une carte mère d'ordinateur.

Après démontage de l'élément (par exemple, le type commun CR2032), on peut voir les détails de la structure (Fig. 5) : couche comprimée noire de dioxyde de manganèse MnO₂, une électrode séparatrice poreuse imprégnée d'une solution d'électrolyte organique, isolant un anneau plastique et deux pièces métalliques formant un boîtier.

Riz. 5. Composants d'une cellule au lithium-manganèse : 1. La partie inférieure du corps avec une couche de lithium métallique (électrode négative). 2. Séparateur imprégné d'une solution d'électrolyte organique. 3. Couche pressée de dioxyde de manganèse (électrode positive). 4. Anneau en plastique (isolant d'électrode). 5. Boîtier supérieur (borne d'électrode positive).

La plus petite (l'électrode négative) est recouverte d'une couche de lithium, qui s'assombrit rapidement à l'air. L'élément est identifié par un test de flamme. Pour ce faire, prenez du métal mou au bout du fil de fer et insérez l'échantillon dans la flamme du brûleur - la couleur carmin indique la présence de lithium (Fig. 6). Nous éliminons les résidus métalliques en les dissolvant dans l'eau.

Riz. 6. Un échantillon de lithium dans une flamme de brûleur.

Placer une électrode métallique avec une couche de lithium dans un bécher et verser quelques cm³ l'eau. Une violente réaction se produit dans la cuve, accompagnée d'un dégagement d'hydrogène gazeux :

L'hydroxyde de lithium est une base solide et nous pouvons facilement la tester avec du papier indicateur.

Expérience 2 - liaison alcaline

Découpez un élément alcalin jetable, par exemple de type LR6 ("doigt", AA). Après ouverture de la coupelle métallique, la structure interne est visible (Fig. 7) : à l'intérieur se trouve une masse légère formant une anode (hydroxyde de potassium ou de sodium et poussière de zinc), et une couche sombre de dioxyde de manganèse MnO l'entoure.₂ avec de la poussière de graphite (cathode de cellule).

Riz. 7. Réaction alcaline de la masse anodique dans une pile alcaline. Structure cellulaire visible : masse anodique légère (KOH + poussière de zinc) et dioxyde de manganèse foncé avec de la poussière de graphite comme cathode.

Les électrodes sont séparées les unes des autres par un diaphragme en papier. Appliquez une petite quantité de substance légère sur la bandelette de test et humidifiez-la avec une goutte d'eau. La couleur bleue indique la réaction alcaline de la pâte d'anode. Le type d'hydroxyde utilisé est mieux vérifié par un test à la flamme. Un échantillon de la taille de plusieurs graines de pavot est collé à un fil de fer imbibé d'eau et placé dans une flamme de brûleur.

La couleur jaune indique l'utilisation d'hydroxyde de sodium par le fabricant et la couleur rose-violet indique l'hydroxyde de potassium. Étant donné que les composés de sodium contaminent presque toutes les substances et que le test de flamme pour cet élément est extrêmement sensible, la couleur jaune de la flamme peut masquer les raies spectrales du potassium. La solution consiste à regarder la flamme à travers un filtre bleu-violet, qui peut être du verre de cobalt ou une solution de colorant dans le flacon (indigo ou violet de méthyle présent dans le désinfectant des plaies, le pyoctane). Le filtre absorbera la couleur jaune, vous permettant de confirmer la présence de potassium dans l'échantillon.

Codes de désignation

Pour faciliter l'identification du type de cellule, un code alphanumérique spécial a été introduit. Pour les types les plus courants dans nos maisons, cela ressemble à : chiffre-lettre-lettre-chiffre, où :

- le premier chiffre est le nombre de cellules ; ignoré pour les cellules individuelles.

– la première lettre indique le type de cellule. Lorsqu'il est absent, il s'agit d'une cellule zinc-graphite Leclanche (anode : zinc, électrolyte : chlorure d'ammonium, NH₄Cl, chlorure de zinc ZnCl₂, cathode : dioxyde de manganèse MnO₂). D'autres types de cellules sont étiquetés comme suit (l'hydroxyde de sodium moins cher est également utilisé à la place de l'hydroxyde de potassium):

A, P – éléments zinc-air (anode : zinc, l'oxygène atmosphérique est réduit sur une cathode en graphite) ;

B, C, E, F, G - piles au lithium (anode : lithium, mais de nombreuses substances sont utilisées comme cathodes et électrolyte) ;

H – Batterie Ni-MH nickel-hydrure métallique (hydrure métallique, KOH, NiOOH);

K – Batterie Ni-Cd nickel-cadmium (cadmium, KOH, NiOOH);

L – élément alcalin (zinc, KOH, MnO₂);

M – l'élément mercure (zinc, KOH ; HgO), n'est plus utilisé ;

S – élément argent (zinc, KOH; Ag₂SUR);

Z – élément nickel-manganèse (zinc, KOH, NiOOH, MnO₂).

- la lettre suivante indique la forme du lien :

F - lamellaire ;

R - cylindrique ;

S - rectangulaire;

P – la désignation actuelle des alvéoles de formes autres que cylindriques.

– le ou les chiffres finaux indiquent la taille de la référence (valeurs catalogue ou donnant directement les dimensions).

Exemples de marquage :

R03
 - une cellule zinc-graphite de la taille d'un petit doigt. Une autre désignation est AAA ou micro.

LR6 - une pile alcaline de la taille d'un doigt. Une autre désignation est AA ou minion.

HR14  – Batterie Ni-MH, la lettre C est également utilisée pour la taille.

KR20 – Batterie Ni-Cd dont la taille est également marquée de la lettre D.

3LR12 - une pile plate d'une tension de 4,5 V, composée de trois piles alcalines.

6F22 – pile 9V ; six cellules planes individuelles en zinc-graphite sont enfermées dans un boîtier rectangulaire.

CR2032 – pile lithium-manganèse (lithium, électrolyte organique, MnO₂) d'un diamètre de 20 mm et d'une épaisseur de 3,2 mm.