रासायनिक उर्जा स्त्रोतांवर प्रक्रिया करणे
प्रत्येक घरात एक सामान्य परिस्थिती अशी आहे की अलीकडे खरेदी केलेल्या बॅटरी आता चांगल्या नाहीत. किंवा कदाचित, पर्यावरणाची काळजी घेऊन, आणि त्याच वेळी - आमच्या वॉलेटच्या संपत्तीबद्दल, आम्हाला बॅटरी मिळाल्या? काही काळानंतर, ते देखील सहकार्य करण्यास नकार देतील. तर कचऱ्यात? अजिबात नाही! पेशींमुळे वातावरणात होणाऱ्या धोक्यांबद्दल जाणून घेऊन, आम्ही रॅली पॉइंट शोधू.
संकलन
आपण ज्या समस्येचा सामना करत आहोत त्याचे प्रमाण काय आहे? 2011 च्या मुख्य पर्यावरण निरीक्षकाच्या अहवालाने असे सूचित केले की पेक्षा जास्त 400 दशलक्ष पेशी आणि बॅटरी. अंदाजे तेवढ्याच संख्येने आत्महत्या केल्या.
तांदूळ. 1. राज्य संग्रहातून कच्च्या मालाची (वापरलेल्या पेशी) सरासरी रचना.
त्यामुळे आपण विकास केला पाहिजे सुमारे 92 हजार टन घातक कचरा जड धातू (पारा, कॅडमियम, निकेल, चांदी, शिसे) आणि अनेक रासायनिक संयुगे (पोटॅशियम हायड्रॉक्साईड, अमोनियम क्लोराईड, मॅंगनीज डायऑक्साइड, सल्फ्यूरिक ऍसिड) असलेले (चित्र 1). जेव्हा आपण त्यांना फेकून देतो - कोटिंग गंजल्यानंतर - ते माती आणि पाणी प्रदूषित करतात (चित्र 2). चला पर्यावरणाला आणि म्हणून स्वतःला अशी "भेट" देऊ नका. या रकमेपैकी, 34% विशेष प्रोसेसरद्वारे होते. म्हणून, अजूनही बरेच काही करणे बाकी आहे, आणि ते केवळ पोलंडमध्येच नाही हे सांत्वन नाही?
तांदूळ. 2. कोरोडेड सेल कोटिंग्स.
आमच्याकडे यापुढे कुठेही जाण्यासाठी निमित्त नाही वापरलेल्या पेशी. प्रत्येक आउटलेट जे बॅटरी विकतात आणि बदलतात त्यांनी ते आमच्याकडून स्वीकारणे आवश्यक आहे (तसेच जुने इलेक्ट्रॉनिक्स आणि घरगुती उपकरणे). तसेच, अनेक दुकाने आणि शाळांमध्ये कंटेनर आहेत ज्यामध्ये आपण पिंजरे लावू शकतो. तर चला "अस्वीकरण" करू नका आणि वापरलेल्या बॅटरी आणि संचयक कचऱ्यात फेकून देऊ नका. थोड्या इच्छेने, आम्हाला एक रॅली पॉइंट सापडेल, आणि दुवे स्वतः इतके कमी वजन करतात की दुवा आम्हाला थकवणार नाही.
वर्गीकरण
इतरांप्रमाणेच पुनर्वापर करण्यायोग्य साहित्य, क्रमवारी लावल्यानंतर कार्यक्षम परिवर्तनास अर्थ प्राप्त होतो. औद्योगिक प्लांटमधील कचरा सामान्यत: गुणवत्तेत एकसमान असतो, परंतु सार्वजनिक संग्रहातील कचरा उपलब्ध सेल प्रकारांचे मिश्रण आहे. त्यामुळे कळीचा प्रश्न बनतो पृथक्करण.
पोलंडमध्ये क्रमवारी मॅन्युअली केली जाते, तर इतर युरोपीय देशांमध्ये आधीच स्वयंचलित क्रमवारी ओळी आहेत. ते योग्य जाळीच्या आकारासह चाळणी वापरतात (परवानगी वेगवेगळ्या आकाराच्या पेशींचे पृथक्करण) आणि क्ष-किरण (सामग्री वर्गीकरण). पोलंडमधील संग्रहातील कच्च्या मालाची रचना देखील थोडी वेगळी आहे.
अलीकडे पर्यंत, आमच्या क्लासिक ऍसिडिक Leclanche पेशी वर्चस्व. हे अलीकडेच आहे की बर्याच वर्षांपूर्वी पाश्चात्य बाजारपेठांवर विजय मिळविलेल्या अधिक आधुनिक क्षारीय घटकांचा फायदा लक्षणीय बनला आहे. कोणत्याही परिस्थितीत, दोन्ही प्रकारच्या डिस्पोजेबल पेशी गोळा केलेल्या बॅटरीपैकी 90% पेक्षा जास्त असतात. बाकी बटण बॅटरी (पॉवरिंग घड्याळे (चित्र 3) किंवा कॅल्क्युलेटर), रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरी आणि फोन आणि लॅपटॉपसाठी लिथियम बॅटरी. डिस्पोजेबल घटकांच्या तुलनेत जास्त किंमत आणि दीर्घ सेवा आयुष्य हे अशा लहान वाटा होण्याचे कारण आहे.
तांदूळ. 3. मनगटाच्या घड्याळांना शक्ती देण्यासाठी चांदीची लिंक वापरली जाते.
प्रक्रिया करीत आहे
ब्रेकअप नंतर, सर्वात महत्वाच्या गोष्टीची वेळ आली आहे प्रक्रिया स्टेज - कच्च्या मालाची पुनर्प्राप्ती. प्रत्येक प्रकारासाठी, प्राप्त उत्पादने थोडी वेगळी असतील. तथापि, प्रक्रिया तंत्र समान आहेत.
यांत्रिक प्रक्रिया गिरण्यांमधील कचरा पीसण्यात येतो. परिणामी अपूर्णांक इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स (लोह आणि त्याचे मिश्र धातु) आणि विशेष चाळणी प्रणाली (इतर धातू, प्लास्टिक घटक, कागद इ.) वापरून वेगळे केले जातात. पूर आला पद्धत या वस्तुस्थितीत आहे की प्रक्रिया करण्यापूर्वी कच्च्या मालाची काळजीपूर्वक क्रमवारी लावण्याची गरज नाही, दोष - मोठ्या प्रमाणात निरुपयोगी कचरा ज्याला लँडफिल्समध्ये विल्हेवाट लावणे आवश्यक आहे.
हायड्रोमेटलर्जिकल रीसायकलिंग ऍसिड किंवा बेसमध्ये पेशींचे विघटन आहे. प्रक्रियेच्या पुढील टप्प्यावर, परिणामी द्रावण शुद्ध केले जातात आणि वेगळे केले जातात, उदाहरणार्थ, धातूचे लवण, शुद्ध घटक मिळविण्यासाठी. मोठा फायदा ही पद्धत कमी उर्जेचा वापर आणि विल्हेवाट आवश्यक असलेल्या थोड्या प्रमाणात कचरा द्वारे दर्शविली जाते. दोष या रीसायकलिंग पद्धतीमध्ये परिणामी उत्पादनांचे दूषित होऊ नये म्हणून बॅटरीजचे काळजीपूर्वक वर्गीकरण करणे आवश्यक आहे.
थर्मल प्रक्रिया योग्य डिझाइनच्या ओव्हनमधील पेशी फायरिंगमध्ये समाविष्ट आहे. परिणामी, त्यांचे ऑक्साइड वितळले जातात आणि मिळवले जातात (स्टील मिलसाठी कच्चा माल). पूर आला पद्धतीमध्ये क्रमवारी न लावलेल्या बॅटरी वापरण्याची शक्यता असते, दोष आणि – ऊर्जा वापर आणि हानिकारक ज्वलन उत्पादनांची निर्मिती.
याशिवाय पुनर्वापर करण्यायोग्य पेशी त्यांच्या घटकांच्या वातावरणात प्रवेश करण्यापासून प्राथमिक संरक्षणानंतर लँडफिलमध्ये साठवल्या जातात. तथापि, हा केवळ अर्धा उपाय आहे, या प्रकारचा कचरा आणि अनेक मौल्यवान कच्च्या मालाचा अपव्यय हाताळण्याची गरज पुढे ढकलणे.
आम्ही आमच्या घरातील प्रयोगशाळेतील काही पोषक घटक देखील पुनर्संचयित करू शकतो. हे क्लासिक लेक्लँचे घटकांचे घटक आहेत - घटकाच्या सभोवतालच्या कपांमधून उच्च-शुद्धता जस्त आणि ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड. वैकल्पिकरित्या, आम्ही मिश्रणातील मिश्रणातून मॅंगनीज डायऑक्साइड वेगळे करू शकतो - फक्त ते पाण्याने उकळवा (विद्राव्य अशुद्धता, मुख्यतः अमोनियम क्लोराईड काढून टाकण्यासाठी) आणि फिल्टर करा. अघुलनशील अवशेष (कोळशाच्या धुळीने दूषित) MnO चा समावेश असलेल्या बहुतेक प्रतिक्रियांसाठी योग्य आहे.2.
परंतु केवळ घरगुती उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी वापरलेले घटक पुनर्वापर करण्यायोग्य नाहीत. जुन्या कारच्या बॅटरी देखील कच्च्या मालाचा स्रोत आहेत. त्यांच्यापासून शिसे काढले जाते, जे नंतर नवीन उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये वापरले जाते आणि केस आणि इलेक्ट्रोलाइट भरून त्यांची विल्हेवाट लावली जाते.
विषारी हेवी मेटल आणि सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या द्रावणामुळे होणाऱ्या पर्यावरणीय हानीबद्दल कोणालाही आठवण करून देण्याची गरज नाही. आमच्या वेगाने विकसित होत असलेल्या तांत्रिक सभ्यतेसाठी, पेशी आणि बॅटरीचे उदाहरण एक मॉडेल आहे. वाढती समस्या म्हणजे उत्पादनाचे स्वतःचे उत्पादन नाही, परंतु वापरानंतर त्याची विल्हेवाट लावणे. मला आशा आहे की यंग टेक्निशियन मासिकाचे वाचक त्यांच्या उदाहरणाने इतरांना रीसायकल करण्यास प्रेरित करतील.
प्रयोग 1 - लिथियम बॅटरी
लिथियम पेशी ते कॅल्क्युलेटरमध्ये वापरले जातात आणि संगणक मदरबोर्डच्या BIOS ची शक्ती राखण्यासाठी वापरले जातात (चित्र 4). त्यांच्यामध्ये मेटलिक लिथियमच्या उपस्थितीची पुष्टी करूया.
तांदूळ. 4. लिथियम-मॅंगनीज सेल संगणकाच्या मदरबोर्डच्या BIOS ची शक्ती राखण्यासाठी वापरला जातो.
घटक वेगळे केल्यानंतर (उदाहरणार्थ, सामान्य प्रकार CR2032), आपण संरचनेचे तपशील पाहू शकतो (चित्र 5): मॅंगनीज डायऑक्साइड MnO चा काळा संकुचित थर2, एक सच्छिद्र विभाजक इलेक्ट्रोड सेंद्रीय इलेक्ट्रोलाइट द्रावणाने गर्भित केले जाते, प्लास्टिकच्या रिंगला इन्सुलेट करते आणि दोन धातूचे भाग घर बनवतात.
तांदूळ. 5. लिथियम-मॅंगनीज सेलचे घटक: 1. शरीराचा खालचा भाग ज्यामध्ये लिथियम धातूचा थर असतो (नकारात्मक इलेक्ट्रोड). 2. सेपरेटर सेंद्रिय इलेक्ट्रोलाइट द्रावणाने गर्भाधान केलेले. 3. मॅंगनीज डायऑक्साइड (पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड) चा दाबलेला थर. 4. प्लॅस्टिक रिंग (इलेक्ट्रोड इन्सुलेटर). 5. अप्पर हाउसिंग (पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड टर्मिनल).
लहान (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) लिथियमच्या थराने झाकलेले असते, जे हवेत त्वरीत गडद होते. ज्वाला चाचणीद्वारे घटक ओळखला जातो. हे करण्यासाठी, लोखंडी वायरच्या शेवटी काही मऊ धातू घ्या आणि बर्नरच्या ज्वालामध्ये नमुना घाला - कार्माइन रंग लिथियमची उपस्थिती दर्शवितो (चित्र 6). आम्ही धातूचे अवशेष पाण्यात विरघळवून त्यांची विल्हेवाट लावतो.
तांदूळ. 6. बर्नरच्या ज्वालामध्ये लिथियमचा नमुना.
एका बीकरमध्ये लिथियमच्या थरासह मेटल इलेक्ट्रोड ठेवा आणि काही सेंमी घाला3 पाणी. हायड्रोजन वायूच्या प्रकाशासह जहाजामध्ये हिंसक प्रतिक्रिया येते:
लिथियम हायड्रॉक्साईड हा एक मजबूत आधार आहे आणि आम्ही इंडिकेटर पेपरसह त्याची सहज चाचणी करू शकतो.
अनुभव 2 - अल्कधर्मी बंध
डिस्पोजेबल अल्कधर्मी घटक कापून टाका, उदाहरणार्थ, LR6 (“फिंगर”, AA) टाइप करा. मेटल कप उघडल्यानंतर, अंतर्गत रचना दिसते (चित्र 7): आतमध्ये एक हलका वस्तुमान आहे जो एनोड बनवतो (पोटॅशियम किंवा सोडियम हायड्रॉक्साईड आणि जस्त धूळ), आणि त्याभोवती मॅंगनीज डायऑक्साइड MnO चा गडद थर असतो.2 ग्रेफाइट धूळ (सेल कॅथोड) सह.
तांदूळ. 7. अल्कधर्मी पेशीमधील एनोड वस्तुमानाची अल्कधर्मी प्रतिक्रिया. दृश्यमान सेल्युलर रचना: प्रकाश एनोड-फॉर्मिंग वस्तुमान (KOH + जस्त धूळ) आणि कॅथोड म्हणून ग्रेफाइट धूळ असलेले गडद मॅंगनीज डायऑक्साइड.
इलेक्ट्रोड्स पेपर डायफ्रामद्वारे एकमेकांपासून वेगळे केले जातात. चाचणी पट्टीवर थोडासा हलका पदार्थ लावा आणि पाण्याच्या थेंबाने ओलावा. निळा रंग एनोड वस्तुमानाची अल्कधर्मी प्रतिक्रिया दर्शवतो. वापरलेल्या हायड्रॉक्साईडचा प्रकार फ्लेम चाचणीद्वारे उत्तम प्रकारे सत्यापित केला जातो. अनेक खसखस बियांच्या आकाराचा नमुना पाण्यात भिजवलेल्या लोखंडी वायरला चिकटवला जातो आणि बर्नरच्या ज्वालामध्ये ठेवला जातो.
पिवळा रंग निर्मात्याद्वारे सोडियम हायड्रॉक्साईडचा वापर सूचित करतो आणि गुलाबी-जांभळा रंग पोटॅशियम हायड्रॉक्साईड सूचित करतो. सोडियम संयुगे जवळजवळ सर्व पदार्थ दूषित करतात आणि या घटकासाठी ज्योत चाचणी अत्यंत संवेदनशील असल्याने, ज्वालाचा पिवळा रंग पोटॅशियमच्या वर्णक्रमीय रेषांना मास्क करू शकतो. उपाय म्हणजे निळ्या-व्हायलेट फिल्टरद्वारे ज्वाला पाहणे, जे कोबाल्ट ग्लास किंवा फ्लास्कमधील डाई सोल्यूशन असू शकते (जखमेतील जंतुनाशक, पायोक्टेनमध्ये आढळणारे इंडिगो किंवा मिथाइल व्हायलेट). फिल्टर पिवळा रंग शोषून घेईल, ज्यामुळे तुम्हाला नमुन्यात पोटॅशियमच्या उपस्थितीची पुष्टी करता येईल.
पदनाम कोड
सेल प्रकार ओळखणे सुलभ करण्यासाठी, एक विशेष अल्फान्यूमेरिक कोड सादर केला गेला आहे. आमच्या घरांमध्ये सर्वात सामान्य प्रकारांसाठी, असे दिसते: संख्या-अक्षर-अक्षर-संख्या, जेथे:
- पहिला अंक पेशींची संख्या आहे; एकल पेशींकडे दुर्लक्ष केले.
- पहिले अक्षर सेल प्रकार दर्शवते. अनुपस्थित असताना, ते लेक्लान्चे झिंक-ग्रेफाइट सेल असते (एनोड: जस्त, इलेक्ट्रोलाइट: अमोनियम क्लोराईड, एनएच4Cl, झिंक क्लोराईड ZnCl2, कॅथोड: MnO मॅंगनीज डायऑक्साइड2). इतर सेल प्रकारांना खालीलप्रमाणे लेबल केले आहे (पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडऐवजी स्वस्त सोडियम हायड्रॉक्साईड देखील वापरला जातो):
A, P - जस्त-वायु घटक (एनोड: ग्रॅफाइट कॅथोडवर जस्त, वातावरणातील ऑक्सिजन कमी होतो);
B, C, E, F, G - लिथियम पेशी (एनोड: लिथियम, परंतु बरेच पदार्थ कॅथोड्स आणि इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरले जातात);
H - Ni-MH निकेल-मेटल हायड्राइड बॅटरी (मेटल हायड्राइड, KOH, NiOOH);
K - Ni-Cd निकेल-कॅडमियम बॅटरी (कॅडमियम, KOH, NiOOH);
L - अल्कधर्मी घटक (जस्त, KOH, MnO2);
M - पारा घटक (जस्त, KOH; HgO), यापुढे वापरले जाणार नाही;
S - चांदीचे घटक (जस्त, KOH; Ag2बद्दल);
Z - निकेल-मँगनीज घटक (जस्त, KOH, NiOOH, MnO2).
- खालील अक्षर दुव्याचा आकार दर्शवते:
F - लॅमेलर;
R - दंडगोलाकार;
S - आयताकृती;
P - बेलनाकार व्यतिरिक्त इतर आकार असलेल्या पेशींचे वर्तमान पदनाम.
- अंतिम आकृती किंवा आकडे संदर्भाचा आकार दर्शवतात (कॅटलॉग मूल्ये किंवा थेट परिमाणे देणे).
चिन्हांकित उदाहरणे:
R03
- झिंक-ग्रेफाइट सेल लहान बोटाच्या आकाराचा. दुसरे पदनाम AAA किंवा सूक्ष्म आहे.
LR6 - बोटाच्या आकाराच्या अल्कधर्मी पेशी. दुसरे पदनाम AA किंवा minion आहे.
HR14 - Ni-MH बॅटरी, आकारासाठी C हे अक्षर देखील वापरले जाते.
केआरएक्सएनयूएमएक्स - Ni-Cd बॅटरी, ज्याचा आकार डी अक्षराने देखील चिन्हांकित केला जातो.
3LR12 - 4,5 V च्या व्होल्टेजसह एक सपाट बॅटरी, ज्यामध्ये तीन अल्कधर्मी पेशी असतात.
6F22 - 9V बॅटरी; सहा वैयक्तिक प्लॅनर झिंक-ग्रेफाइट पेशी आयताकृती केसमध्ये बंद आहेत.
CR2032 - लिथियम-मॅंगनीज सेल (लिथियम, सेंद्रिय इलेक्ट्रोलाइट, MnO2) 20 मिमी व्यासासह आणि 3,2 मिमी जाडीसह.
