ქიმიური ენერგიის წყაროების დამუშავება
ყველა სახლში გავრცელებული სიტუაციაა ის, რომ ახლახან შეძენილი ბატარეები აღარ არის კარგი. ან იქნებ, გარემოზე ზრუნვით და ამავდროულად - ჩვენი საფულის სიმდიდრეზე, ბატარეები მივიღეთ? ცოტა ხნის შემდეგ ისინიც უარს იტყვიან თანამშრომლობაზე. ასე რომ, ნაგავში? Აბსოლუტურად არა! ვიცით იმ საფრთხეების შესახებ, რომლებსაც უჯრედები იწვევს გარემოში, ჩვენ ვეძებთ აქციის პუნქტს.
კოლექცია
რა მასშტაბის პრობლემა გვაქვს? მთავარი გარემოსდაცვითი ინსპექტორის 2011 წლის დასკვნაში მითითებულია, რომ მეტი 400 მილიონი უჯრედი და ბატარეები. დაახლოებით ამდენივემა თავი მოიკლა.
ბრინჯი. 1. სახელმწიფო კოლექციებიდან ნედლეულის (გამოყენებული უჯრედების) საშუალო შემადგენლობა.
ამიტომ უნდა განვვითარდეთ დაახლოებით 92 ათასი ტონა სახიფათო ნარჩენები შეიცავს მძიმე მეტალებს (ვერცხლისწყალი, კადმიუმი, ნიკელი, ვერცხლი, ტყვია) და მთელ რიგ ქიმიურ ნაერთებს (კალიუმის ჰიდროქსიდი, ამონიუმის ქლორიდი, მანგანუმის დიოქსიდი, გოგირდის მჟავა) (სურ. 1). როცა გადავყრით - საფარის კოროზიის შემდეგ - აბინძურებენ ნიადაგს და წყალს (სურ. 2). ნუ გავუკეთებთ ასეთ „საჩუქარს“ გარემოს და შესაბამისად საკუთარ თავს. ამ თანხიდან 34% სპეციალიზირებულ პროცესორებს მოუხდათ. მაშასადამე, ჯერ კიდევ ბევრია გასაკეთებელი და ნუგეში არ არის, რომ ეს მხოლოდ პოლონეთში არ არის?
ბრინჯი. 2. კოროზიირებული უჯრედის საფარი.
არსად წასვლის საბაბი აღარ გვაქვს გამოყენებული უჯრედები. ყველა განყოფილება, რომელიც ყიდის ბატარეებს და ჩანაცვლებას, ვალდებულია მიიღოს ისინი ჩვენგან (ასევე ძველი ელექტრონიკა და საყოფაცხოვრებო ტექნიკა). ასევე, ბევრ მაღაზიასა და სკოლას აქვს კონტეინერები, რომლებშიც შეგვიძლია ჩავდოთ გალიები. ასე რომ, ნუ "უარვყოფთ" და არ გადავაგდოთ ნაგავში გამოყენებული ბატარეები და აკუმულატორები. ცოტა სურვილით ვიპოვით რალის პუნქტს და თვითონ ლინკები ისე ცოტას იწონის, რომ ლინკი არ დაგვღლის.
დახარისხება
როგორც სხვებთან გადამუშავებადი მასალები, ეფექტური ტრანსფორმაცია აზრი აქვს დახარისხების შემდეგ. სამრეწველო ქარხნების ნარჩენები, როგორც წესი, ხარისხით ერთგვაროვანია, მაგრამ საჯარო კოლექციების ნარჩენები არის უჯრედების ხელმისაწვდომი ტიპების ნაზავი. ამრიგად, მთავარი კითხვა ხდება სეგრეგაცია.
პოლონეთში დახარისხება ხდება ხელით, მაშინ როცა ევროპის სხვა ქვეყნებს უკვე აქვთ დახარისხების ავტომატური ხაზები. ისინი იყენებენ საცერებს შესაბამისი ბადის ზომებით (საშვები სხვადასხვა ზომის უჯრედების გამოყოფა) და რენტგენი (შინაარსის დახარისხება). ნედლეულის შემადგენლობა პოლონეთის კოლექციებიდან ასევე ოდნავ განსხვავებულია.
ბოლო დრომდე დომინირებდა ჩვენი კლასიკური მჟავე ლეკლანის უჯრედები. სულ ახლახან შესამჩნევი გახდა უფრო თანამედროვე ტუტე ელემენტების უპირატესობა, რომლებმაც მრავალი წლის წინ დაიპყრეს დასავლეთის ბაზრები. ნებისმიერ შემთხვევაში, ორივე ტიპის ერთჯერადი უჯრედები შეგროვებული ბატარეების 90%-ზე მეტს შეადგენს. დანარჩენი არის ღილაკიანი ბატარეები (საათები (ნახ. 3) ან კალკულატორები), მრავალჯერადი დატენვის ბატარეები და ლითიუმის ბატარეები ტელეფონებისა და ლეპტოპებისთვის. ასეთი მცირე წილის მიზეზი არის უფრო მაღალი ფასი და ხანგრძლივი მომსახურების ვადა ერთჯერად ელემენტებთან შედარებით.
ბრინჯი. 3. ვერცხლის ბმული, რომელიც გამოიყენება მაჯის საათებისთვის.
დამუშავება
დაშორების შემდეგ ყველაზე მნიშვნელოვანის დროა დამუშავების ეტაპი - ნედლეულის აღდგენა. თითოეული ტიპისთვის მიღებული პროდუქტები ოდნავ განსხვავებული იქნება. თუმცა, დამუშავების ტექნიკა მსგავსია.
მექანიკური დამუშავება შედგება ქარხნებში ნარჩენების დაფქვაში. შედეგად მიღებული ფრაქციები გამოიყოფა ელექტრომაგნიტების (რკინა და მისი შენადნობები) და სპეციალური საცრის სისტემების (სხვა ლითონები, პლასტმასის ელემენტები, ქაღალდი და ა.შ.) გამოყენებით. ზალეტო მეთოდი მდგომარეობს იმაში, რომ არ არის საჭირო ნედლეულის ფრთხილად დახარისხება დამუშავებამდე, დეფექტი - დიდი რაოდენობით გამოუსადეგარი ნარჩენები, რომლებიც საჭიროებენ ნაგავსაყრელებზე განთავსებას.
ჰიდრომეტალურგიული გადამუშავება არის უჯრედების დაშლა მჟავებში ან ფუძეებში. დამუშავების შემდეგ ეტაპზე, მიღებული ხსნარები იწმინდება და გამოიყოფა, მაგალითად, ლითონის მარილები, სუფთა ელემენტების მისაღებად. დიდი უპირატესობა მეთოდი ხასიათდება ენერგიის დაბალი მოხმარებით და ნარჩენების მცირე რაოდენობით, რომელიც მოითხოვს განადგურებას. დეფექტი გადამუშავების ეს მეთოდი მოითხოვს ბატარეების ფრთხილად დახარისხებას, რათა თავიდან იქნას აცილებული მიღებული პროდუქტების დაბინძურება.
თერმული დამუშავება მოიცავს უჯრედების გასროლას შესაბამისი დიზაინის ღუმელებში. შედეგად, მათი ოქსიდები დნება და მიიღება (ნედლეული ფოლადის ქარხნებისთვის). ზალეტო მეთოდი მოიცავს დაუხარისხებელი ბატარეების გამოყენების შესაძლებლობას, დეფექტი და – ენერგიის მოხმარება და მავნე წვის პროდუქტების გამომუშავება.
გარდა გადამუშავებადი უჯრედები ინახება ნაგავსაყრელებში მათი კომპონენტების გარემოში შეღწევისგან წინასწარი დაცვის შემდეგ. თუმცა, ეს მხოლოდ ნახევარი ზომაა, რაც გადადება ამ ტიპის ნარჩენებთან და ბევრი ღირებული ნედლეულის ნარჩენებთან გამკლავების აუცილებლობას.
ჩვენ ასევე შეგვიძლია აღვადგინოთ ზოგიერთი საკვები ნივთიერება ჩვენს სახლში ლაბორატორიაში. ეს არის კლასიკური Leclanche ელემენტების კომპონენტები - მაღალი სისუფთავის თუთია ელემენტის მიმდებარე ჭიქებიდან და გრაფიტის ელექტროდები. ალტერნატიულად, ჩვენ შეგვიძლია გამოვყოთ მანგანუმის დიოქსიდი ნარევში შემავალი ნარევიდან - უბრალოდ მოვხარშოთ წყლით (ხსნადი მინარევებისაგან, ძირითადად ამონიუმის ქლორიდის მოსაშორებლად) და გავფილტროთ. უხსნადი ნარჩენი (ნახშირის მტვრით დაბინძურებული) შესაფერისია MnO-ს შემცველი რეაქციების უმეტესობისთვის.2.
მაგრამ არა მხოლოდ ელემენტები, რომლებიც გამოიყენება საყოფაცხოვრებო ტექნიკის გასაძლიერებლად, გადამუშავებადია. ძველი მანქანის აკუმულატორები ასევე ნედლეულის წყაროა. მათგან ტყვიის მოპოვება ხდება, რომელიც შემდეგ გამოიყენება ახალი მოწყობილობების წარმოებაში და იყრება კორპუსები და მათი შემავსებელი ელექტროლიტები.
არავის სჭირდება შეხსენება გარემოსდაცვითი ზიანის შესახებ, რომელიც შეიძლება გამოიწვიოს ტოქსიკური მძიმე ლითონისა და გოგირდმჟავას ხსნარმა. ჩვენი სწრაფად განვითარებადი ტექნიკური ცივილიზაციისთვის უჯრედებისა და ბატარეების მაგალითი არის მოდელი. მზარდი პრობლემაა არა თავად პროდუქტის წარმოება, არამედ მისი განკარგვა გამოყენების შემდეგ. ვიმედოვნებ, რომ ჟურნალ "ახალგაზრდა ტექნიკოსის" მკითხველები თავიანთი მაგალითით სხვებს შთააგონებენ გადამუშავებას.
ექსპერიმენტი 1 - ლითიუმის ბატარეა
ლითიუმის უჯრედები ისინი გამოიყენება კალკულატორებში და კომპიუტერის დედაპლატების BIOS-ის ენერგიის შესანარჩუნებლად (ნახ. 4). მოდით დავადასტუროთ მათში მეტალის ლითიუმის არსებობა.
ბრინჯი. 4. ლითიუმ-მანგანუმის უჯრედი, რომელიც გამოიყენება კომპიუტერის დედაპლატის BIOS-ის ენერგიის შესანარჩუნებლად.
ელემენტის დაშლის შემდეგ (მაგალითად, ჩვეულებრივი ტიპის CR2032), ჩვენ ვხედავთ სტრუქტურის დეტალებს (ნახ. 5): მანგანუმის დიოქსიდის შავი შეკუმშული ფენა MnO.2, ორგანული ელექტროლიტური ხსნარით გაჟღენთილი ფოროვანი გამყოფი ელექტროდი, რომელიც იზოლირებს პლასტმასის რგოლს და ორ მეტალის ნაწილს ქმნის კორპუსს.
ბრინჯი. 5. ლითიუმ-მანგანუმის უჯრედის კომპონენტები: 1. სხეულის ქვედა ნაწილი ლითიუმის ლითონის ფენით (უარყოფითი ელექტროდი). 2. ორგანული ელექტროლიტური ხსნარით გაჟღენთილი სეპარატორი. 3. მანგანუმის დიოქსიდის დაპრესილი ფენა (დადებითი ელექტროდი). 4. პლასტმასის რგოლი (ელექტროდის იზოლატორი). 5. ზედა კორპუსი (დადებითი ელექტროდის ტერმინალი).
უფრო პატარა (უარყოფითი ელექტროდი) დაფარულია ლითიუმის ფენით, რომელიც ჰაერში სწრაფად ბნელდება. ელემენტის იდენტიფიცირება ხდება ალი ტესტით. ამისათვის აიღეთ რკინის მავთულის ბოლოზე რბილი ლითონი და ჩადეთ ნიმუში სანთურის ცეცხლში - კარმინის ფერი მიუთითებს ლითიუმის არსებობაზე (სურ. 6). ლითონის ნარჩენებს წყალში გავხსნით.
ბრინჯი. 6. ლითიუმის ნიმუში სანთურის ცეცხლში.
ქვაბში მოათავსეთ ლითონის ელექტროდი ლითიუმის ფენით და დაასხით რამდენიმე სმ3 წყალი. ჭურჭელში ხდება ძალადობრივი რეაქცია, რომელსაც თან ახლავს წყალბადის გაზის გამოყოფა:
ლითიუმის ჰიდროქსიდი არის ძლიერი ბაზა და ჩვენ შეგვიძლია მისი მარტივად შემოწმება ინდიკატორის ქაღალდით.
გამოცდილება 2 - ტუტე ბმა
ამოიღეთ ერთჯერადი ტუტე ელემენტი, მაგალითად, ტიპი LR6 ("თითი", AA). ლითონის ჭიქის გახსნის შემდეგ ჩანს შიდა სტრუქტურა (სურ. 7): შიგნით არის მსუბუქი მასა, რომელიც ქმნის ანოდს (კალიუმის ან ნატრიუმის ჰიდროქსიდი და თუთიის მტვერი) და მას გარს აქვს მანგანუმის დიოქსიდის მუქი ფენა MnO.2 გრაფიტის მტვრით (უჯრედის კათოდი).
ბრინჯი. 7. ანოდური მასის ტუტე რეაქცია ტუტე უჯრედში. ხილული ფიჭური სტრუქტურა: მსუბუქი ანოდწარმომქმნელი მასა (KOH + თუთიის მტვერი) და მუქი მანგანუმის დიოქსიდი გრაფიტის მტვერით კათოდის სახით.
ელექტროდები ერთმანეთისგან გამოყოფილია ქაღალდის დიაფრაგმით. საცდელ ზოლზე წაისვით მცირე რაოდენობით მსუბუქი ნივთიერება და დაასველეთ წვეთი წყლით. ლურჯი ფერი მიუთითებს ანოდის პასტის ტუტე რეაქციაზე. გამოყენებული ჰიდროქსიდის ტიპი საუკეთესოდ არის დამოწმებული ალი ტესტით. რამდენიმე ყაყაჩოს თესლის ზომის ნიმუშს აკრავენ წყალში დასველებულ რკინის მავთულს და ათავსებენ ცეცხლმოკიდებულ ცეცხლში.
ყვითელი ფერი მიუთითებს მწარმოებლის მიერ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის გამოყენებაზე, ხოლო ვარდისფერი-იისფერი ფერი მიუთითებს კალიუმის ჰიდროქსიდზე. ვინაიდან ნატრიუმის ნაერთები აბინძურებს თითქმის ყველა ნივთიერებას და ამ ელემენტის ალი ტესტი უკიდურესად მგრძნობიარეა, ცეცხლის ყვითელ ფერს შეუძლია შენიღბოს კალიუმის სპექტრული ხაზები. გამოსავალი არის ალის დათვალიერება ლურჯი-იისფერი ფილტრის მეშვეობით, რომელიც შეიძლება იყოს კობალტის მინა ან საღებავი ხსნარი კოლბაში (ინდიგო ან მეთილის იისფერი ნაპოვნი ჭრილობის სადეზინფექციო საშუალებებში, პიოქტანი). ფილტრი შთანთქავს ყვითელ ფერს, რაც საშუალებას გაძლევთ დაადასტუროთ ნიმუშში კალიუმის არსებობა.
აღნიშვნის კოდები
უჯრედის ტიპის იდენტიფიკაციის გასაადვილებლად, დაინერგა სპეციალური ალფანუმერული კოდი. ჩვენს სახლებში ყველაზე გავრცელებული ტიპებისთვის ეს ასე გამოიყურება: რიცხვი-ასო-ასო-რიცხვი, სადაც:
- პირველი ციფრი არის უჯრედების რაოდენობა; იგნორირებულია ცალკეული უჯრედებისთვის.
- პირველი ასო მიუთითებს უჯრედის ტიპზე. როდესაც არ არსებობს, ეს არის ლეკლანში თუთია-გრაფიტის უჯრედი (ანოდი: თუთია, ელექტროლიტი: ამონიუმის ქლორიდი, NH4Cl, თუთიის ქლორიდი ZnCl2კათოდი: მანგანუმის დიოქსიდი MnO2). უჯრედების სხვა ტიპები ეტიკეტირებულია შემდეგნაირად (კალიუმის ჰიდროქსიდის ნაცვლად ასევე გამოიყენება უფრო იაფი ნატრიუმის ჰიდროქსიდი):
A, P – თუთია-ჰაერის ელემენტები (ანოდი: თუთია, ატმოსფერული ჟანგბადი მცირდება გრაფიტის კათოდზე);
B, C, E, F, G - ლითიუმის უჯრედები (ანოდი: ლითიუმი, მაგრამ ბევრი ნივთიერება გამოიყენება როგორც კათოდები და ელექტროლიტები);
H – Ni-MH ნიკელ-მეტალის ჰიდრიდის ბატარეა (მეტალის ჰიდრიდი, KOH, NiOOH);
K – Ni-Cd ნიკელ-კადმიუმის ბატარეა (კადმიუმი, KOH, NiOOH);
L - ტუტე ელემენტი (თუთია, KOH, MnO2);
M – ვერცხლისწყლის ელემენტი (თუთია, KOH; HgO), აღარ გამოიყენება;
S – ვერცხლის ელემენტი (თუთია, KOH; აგ2შესახებ);
Z - ნიკელ-მანგანუმის ელემენტი (თუთია, KOH, NiOOH, MnO2).
- შემდეგი ასო მიუთითებს ბმულის ფორმაზე:
F - ლამელარული;
R - ცილინდრული;
S - მართკუთხა;
P - უჯრედების ამჟამინდელი აღნიშვნა ცილინდრული ფორმის გარდა.
- საბოლოო ფიგურა ან ფიგურები მიუთითებს მითითების ზომაზე (კატალოგური მნიშვნელობები ან უშუალოდ ზომების მიცემა).
მარკირების მაგალითები:
R03
- თუთია-გრაფიტის უჯრედი პატარა თითის ზომით. კიდევ ერთი აღნიშვნა არის AAA ან მიკრო.
LR6 - თითის ზომის ტუტე უჯრედი. კიდევ ერთი აღნიშვნა არის AA ან minion.
HR14 – Ni-MH ბატარეა, ასო C ასევე გამოიყენება ზომისთვის.
KR20 – Ni-Cd ბატარეა, რომლის ზომაც ასევე აღინიშნება ასო D.
3LR12 - ბრტყელი ბატარეა 4,5 ვ ძაბვით, რომელიც შედგება სამი ტუტე უჯრედისგან.
6F22 - 9 ვ ბატარეა; ექვსი ინდივიდუალური პლანშეტური თუთია-გრაფიტის უჯრედი ჩასმულია მართკუთხა კორპუსში.
CR2032 - ლითიუმ-მანგანუმის უჯრედი (ლითიუმი, ორგანული ელექტროლიტი, MnO2) დიამეტრით 20 მმ და სისქე 3,2 მმ.
