रासायनिक ऊर्जा स्रोतों का प्रसंस्करण
हर घर में एक आम स्थिति यह है कि हाल ही में खरीदी गई बैटरी अब अच्छी नहीं हैं। या हो सकता है, पर्यावरण का ख्याल रखते हुए, और साथ ही - हमारे बटुए की संपत्ति के बारे में, हमें बैटरी मिली? थोड़ी देर बाद, वे भी सहयोग करने से मना कर देंगे। तो कूड़ेदान में? कदापि नहीं! पर्यावरण में कोशिकाओं के कारण होने वाले खतरों के बारे में जानने के बाद, हम रैली प्वाइंट की तलाश करेंगे।
संग्रह
हम जिस समस्या से निपट रहे हैं उसका पैमाना क्या है? मुख्य पर्यावरण निरीक्षक की 2011 की एक रिपोर्ट से संकेत मिलता है कि इससे भी अधिक 400 मिलियन सेल और बैटरियां. लगभग इतने ही लोगों ने आत्महत्या की।
चावल। 1. राज्य संग्रह से कच्चे माल (प्रयुक्त कोशिकाओं) की औसत संरचना।
इसलिए हमें विकास करने की जरूरत है लगभग 92 हजार टन खतरनाक कचरा भारी धातु (पारा, कैडमियम, निकल, चांदी, सीसा) और कई रासायनिक यौगिक (पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड, अमोनियम क्लोराइड, मैंगनीज डाइऑक्साइड, सल्फ्यूरिक एसिड) (चित्र 1) युक्त। जब हम उन्हें फेंक देते हैं - लेप के जंग लगने के बाद - वे मिट्टी और पानी को प्रदूषित करते हैं (चित्र 2)। आइए पर्यावरण को ऐसा "उपहार" न दें, और इसलिए खुद को। इस राशि का 34% विशेष प्रोसेसर के लिए जिम्मेदार था। इसलिए, अभी भी बहुत कुछ किया जाना बाकी है, और यह एक सांत्वना नहीं है कि यह केवल पोलैंड में ही नहीं है?
चावल। 2. संक्षारित कोशिका कोटिंग्स।
अब हमारे पास कहीं जाने का कोई बहाना नहीं है प्रयुक्त कोशिकाएँ. बैटरी और रिप्लेसमेंट बेचने वाले प्रत्येक आउटलेट को हमसे (साथ ही पुराने इलेक्ट्रॉनिक्स और घरेलू उपकरण) स्वीकार करना आवश्यक है। इसके अलावा, कई दुकानों और स्कूलों में कंटेनर होते हैं जिनमें हम पिंजरे रख सकते हैं। तो आइए "अस्वीकार" न करें और उपयोग की गई बैटरियों और संचायकों को कूड़ेदान में न फेंकें। थोड़ी सी इच्छा के साथ, हम एक रैली प्वाइंट ढूंढ लेंगे, और लिंक स्वयं इतने कम वजन के होते हैं कि लिंक हमें थका नहीं पाएंगे।
छँटाई
जैसा कि दूसरों के साथ होता है पुनर्चक्रण योग्य सामग्री, सॉर्टिंग के बाद कुशल परिवर्तन समझ में आता है। विनिर्माण संयंत्रों से निकलने वाला कचरा आमतौर पर गुणवत्ता में एक समान होता है, लेकिन सार्वजनिक संग्रह से निकलने वाला कचरा उपलब्ध सेल प्रकारों का मिश्रण होता है। इस प्रकार, मुख्य प्रश्न बन जाता है पृथक्करण.
पोलैंड में, सॉर्टिंग मैन्युअल रूप से की जाती है, जबकि अन्य यूरोपीय देशों में पहले से ही स्वचालित सॉर्टिंग लाइनें हैं। वे उपयुक्त जाल आकार (अनुमति) वाली छलनी का उपयोग करते हैं विभिन्न आकार की कोशिकाओं को अलग करना) और एक्स-रे (सामग्री छँटाई)। पोलैंड में संग्रह से प्राप्त कच्चे माल की संरचना भी थोड़ी भिन्न है।
कुछ समय पहले तक, हमारी क्लासिक अम्लीय लेक्लांश कोशिकाएं हावी थीं। यह हाल ही में है कि अधिक आधुनिक क्षारीय तत्वों का लाभ, जिसने कई साल पहले पश्चिमी बाजारों पर विजय प्राप्त की थी, ध्यान देने योग्य हो गया है। किसी भी स्थिति में, दोनों प्रकार की डिस्पोजेबल सेल एकत्रित बैटरियों का 90% से अधिक हिस्सा बनाती हैं। बाकी बटन बैटरियां (पॉवरिंग घड़ियां (चित्र 3) या कैलकुलेटर), रिचार्जेबल बैटरी और फोन और लैपटॉप के लिए लिथियम बैटरी हैं। इतने छोटे हिस्से का कारण डिस्पोजेबल तत्वों की तुलना में अधिक कीमत और लंबी सेवा जीवन है।
चावल। 3. कलाई घड़ियों को पावर देने के लिए सिल्वर लिंक का उपयोग किया जाता है।
प्रसंस्करण
ब्रेकअप के बाद सबसे अहम काम का समय आता है प्रसंस्करण चरण - कच्चे माल की वसूली। प्रत्येक प्रकार के लिए, प्राप्त उत्पाद थोड़े अलग होंगे। हालांकि, प्रसंस्करण तकनीक समान हैं।
यांत्रिक प्रसंस्करण इसमें कचरे को मिलों में पीसना शामिल है। परिणामी अंशों को विद्युत चुम्बकों (लोहा और उसके मिश्र धातु) और विशेष छलनी प्रणालियों (अन्य धातु, प्लास्टिक तत्व, कागज, आदि) का उपयोग करके अलग किया जाता है। ज़ेलेटो विधि इस तथ्य में निहित है कि प्रसंस्करण से पहले कच्चे माल को सावधानीपूर्वक छांटने की आवश्यकता नहीं है, दोष - अनुपयोगी कचरे की एक बड़ी मात्रा जिसे लैंडफिल में निपटान की आवश्यकता होती है।
हाइड्रोमेटालर्जिकल रीसाइक्लिंग कोशिकाओं का अम्ल या क्षार में विघटन है। प्रसंस्करण के अगले चरण में, शुद्ध तत्व प्राप्त करने के लिए परिणामी समाधानों को शुद्ध किया जाता है और अलग किया जाता है, उदाहरण के लिए धातु लवण। बड़ा लाभ यह विधि कम ऊर्जा खपत और निपटान की आवश्यकता वाले कचरे की एक छोटी मात्रा की विशेषता है। दोष इस पुनर्चक्रण विधि में परिणामी उत्पादों के संदूषण से बचने के लिए बैटरियों की सावधानीपूर्वक छंटाई की आवश्यकता होती है।
थर्मल प्रसंस्करण इसमें उपयुक्त डिज़ाइन के ओवन में कोशिकाओं को फायर करना शामिल है। परिणामस्वरूप, उनके ऑक्साइड पिघल कर (स्टील मिलों के लिए कच्चा माल) प्राप्त होते हैं। ज़ेलेटो विधि में अवर्गीकृत बैटरियों का उपयोग करने की संभावना शामिल है, दोष और - ऊर्जा की खपत और हानिकारक दहन उत्पादों का उत्पादन।
को छोड़कर पुनर्चक्रण कोशिकाओं को पर्यावरण में उनके घटकों के प्रवेश के खिलाफ प्रारंभिक सुरक्षा के बाद लैंडफिल में संग्रहीत किया जाता है। हालाँकि, यह केवल आधा उपाय है, जो इस प्रकार के कचरे और कई मूल्यवान कच्चे माल की बर्बादी से निपटने की आवश्यकता को स्थगित करता है।
हम अपनी होम लैब में कुछ पोषक तत्वों को भी पुनर्स्थापित कर सकते हैं। ये क्लासिक लेक्लांच तत्वों के घटक हैं - तत्व के आसपास के कपों से उच्च शुद्धता वाला जस्ता, और ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड। वैकल्पिक रूप से, हम मैंगनीज डाइऑक्साइड को मिश्रण के भीतर के मिश्रण से अलग कर सकते हैं - बस इसे पानी से उबालें (घुलनशील अशुद्धियों, मुख्य रूप से अमोनियम क्लोराइड को हटाने के लिए) और फ़िल्टर करें। अघुलनशील अवशेष (कोयले की धूल से दूषित) एमएनओ से जुड़े अधिकांश प्रतिक्रियाओं के लिए उपयुक्त है।2.
लेकिन न केवल घरेलू उपकरणों को बिजली देने के लिए उपयोग किए जाने वाले तत्व पुन: प्रयोज्य हैं। पुरानी कार बैटरियां भी कच्चे माल का एक स्रोत हैं। उनसे सीसा निकाला जाता है, जिसका उपयोग नए उपकरणों के निर्माण में किया जाता है, और केसों तथा उनमें भरने वाले इलेक्ट्रोलाइट का निपटान कर दिया जाता है।
किसी को भी जहरीले भारी धातु और सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के कारण होने वाले पर्यावरणीय नुकसान की याद दिलाने की आवश्यकता नहीं है। हमारी तेजी से विकसित हो रही तकनीकी सभ्यता के लिए सेल और बैटरी का उदाहरण एक मॉडल है। एक बढ़ती हुई समस्या उत्पाद का उत्पादन नहीं, बल्कि उपयोग के बाद उसका निपटान है। मुझे आशा है कि "यंग टेक्नीशियन" पत्रिका के पाठक अपने उदाहरण से दूसरों को रीसाइक्लिंग के लिए प्रेरित करेंगे।
प्रयोग 1 - लिथियम बैटरी
लिथियम कोशिकाएं इनका उपयोग कैलकुलेटर में और कंप्यूटर मदरबोर्ड के BIOS में पावर बनाए रखने के लिए किया जाता है (चित्र 4)। आइए उनमें धात्विक लिथियम की उपस्थिति की पुष्टि करें।
चावल। 4. एक लिथियम-मैंगनीज सेल का उपयोग कंप्यूटर मदरबोर्ड के BIOS में पावर बनाए रखने के लिए किया जाता है।
तत्व को अलग करने के बाद (उदाहरण के लिए, सामान्य प्रकार सीआर2032), हम संरचना का विवरण देख सकते हैं (चित्र 5): मैंगनीज डाइऑक्साइड एमएनओ की काली संपीड़ित परत2, एक झरझरा विभाजक इलेक्ट्रोड जो कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट समाधान के साथ संसेचित होता है, एक प्लास्टिक की अंगूठी और दो धातु भागों को इन्सुलेट करता है जो एक आवास बनाते हैं।
चावल। 5. लिथियम-मैंगनीज सेल के घटक: 1. लिथियम धातु (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) की एक परत के साथ शरीर का निचला भाग। 2. कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट घोल से संसेचित विभाजक। 3. मैंगनीज डाइऑक्साइड (सकारात्मक इलेक्ट्रोड) की दबाई हुई परत। 4. प्लास्टिक रिंग (इलेक्ट्रोड इंसुलेटर)। 5. ऊपरी आवास (सकारात्मक इलेक्ट्रोड टर्मिनल)।
छोटा वाला (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) लिथियम की एक परत से ढका होता है, जो हवा में जल्दी से काला हो जाता है। ज्वाला परीक्षण द्वारा तत्व की पहचान की जाती है। ऐसा करने के लिए, लोहे के तार के अंत में कुछ नरम धातु लें और नमूने को बर्नर की लौ में डालें - कारमाइन रंग लिथियम (चित्र 6) की उपस्थिति को इंगित करता है। हम धातु के अवशेषों को पानी में घोलकर नष्ट कर देते हैं।
चावल। 6. बर्नर की लौ में लिथियम का एक नमूना।
एक बीकर में लिथियम की परत के साथ एक धातु इलेक्ट्रोड रखें और कुछ सेमी डालें3 पानी। जहाज में हाइड्रोजन गैस के निकलने के साथ एक हिंसक प्रतिक्रिया होती है:
लिथियम हाइड्रॉक्साइड एक मजबूत आधार है और हम इसे संकेतक पेपर के साथ आसानी से परीक्षण कर सकते हैं।
अनुभव 2 - क्षारीय बंधन
डिस्पोजेबल क्षारीय तत्व को काटें, उदाहरण के लिए, LR6 ("उंगली", AA) टाइप करें। धातु के कप को खोलने के बाद, आंतरिक संरचना दिखाई देती है (चित्र 7): अंदर एक एनोड (पोटेशियम या सोडियम हाइड्रॉक्साइड और जस्ता धूल) बनाने वाला एक हल्का द्रव्यमान होता है, और इसके चारों ओर मैंगनीज डाइऑक्साइड एमएनओ की एक गहरी परत होती है।2 ग्रेफाइट धूल (सेल कैथोड) के साथ।
चावल। 7. क्षारीय कोशिका में एनोड द्रव्यमान की क्षारीय प्रतिक्रिया। दृश्यमान सेलुलर संरचना: प्रकाश एनोड बनाने वाला द्रव्यमान (KOH + जिंक धूल) और कैथोड के रूप में ग्रेफाइट धूल के साथ गहरे मैंगनीज डाइऑक्साइड।
इलेक्ट्रोड को एक पेपर डायाफ्राम द्वारा एक दूसरे से अलग किया जाता है। परीक्षण पट्टी पर थोड़ी मात्रा में हल्का पदार्थ लगाएं और इसे पानी की एक बूंद से गीला करें। नीला रंग एनोड द्रव्यमान की क्षारीय प्रतिक्रिया को इंगित करता है। उपयोग किए गए हाइड्रॉक्साइड के प्रकार को लौ परीक्षण द्वारा सबसे अच्छा सत्यापित किया जाता है। कई खसखस के दानों के आकार का एक नमूना पानी में भिगोए हुए लोहे के तार से चिपकाया जाता है और बर्नर की लौ में रखा जाता है।
पीला रंग निर्माता द्वारा सोडियम हाइड्रॉक्साइड के उपयोग को इंगित करता है, और गुलाबी-बैंगनी रंग पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड को इंगित करता है। चूँकि सोडियम यौगिक लगभग सभी पदार्थों को दूषित करते हैं, और इस तत्व के लिए ज्वाला परीक्षण अत्यंत संवेदनशील होता है, लौ का पीला रंग पोटेशियम की वर्णक्रमीय रेखाओं को ढंक सकता है। समाधान नीले-बैंगनी फिल्टर के माध्यम से लौ को देखना है, जो कोबाल्ट ग्लास या फ्लास्क में डाई समाधान हो सकता है (घाव कीटाणुनाशक, प्योक्टेन में पाया जाने वाला इंडिगो या मिथाइल वायलेट)। फिल्टर पीले रंग को अवशोषित करेगा, जिससे आप नमूने में पोटेशियम की उपस्थिति की पुष्टि कर सकेंगे।
पदनाम कोड
सेल प्रकार की पहचान की सुविधा के लिए, एक विशेष अल्फ़ान्यूमेरिक कोड पेश किया गया है। हमारे घरों में सबसे आम प्रकारों के लिए, यह इस तरह दिखता है: संख्या-अक्षर-अक्षर-संख्या, जहां:
- पहला अंक कोशिकाओं की संख्या है; एकल कक्षों के लिए अनदेखा किया गया।
- पहला अक्षर सेल के प्रकार को दर्शाता है। अनुपस्थित होने पर, यह एक लेकलेंच जिंक-ग्रेफाइट सेल (एनोड: जिंक, इलेक्ट्रोलाइट: अमोनियम क्लोराइड, एनएच4सीएल, जिंक क्लोराइड ZnCl2, कैथोड: मैंगनीज डाइऑक्साइड एमएनओ2). अन्य कोशिका प्रकारों को इस प्रकार लेबल किया गया है (पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के बजाय सस्ते सोडियम हाइड्रॉक्साइड का भी उपयोग किया जाता है):
A, P - जस्ता-वायु तत्व (एनोड: जस्ता, ग्रेफाइट कैथोड पर वायुमंडलीय ऑक्सीजन कम हो जाती है);
B, C, E, F, G - लिथियम सेल (एनोड: लिथियम, लेकिन कई पदार्थ कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग किए जाते हैं);
H - Ni-MH निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी (मेटल हाइड्राइड, KOH, NiOOH);
K - Ni-Cd निकल-कैडमियम बैटरी (कैडमियम, KOH, NiOOH);
L – क्षारीय तत्व (जस्ता, KOH, MnO2);
M - पारा तत्व (जिंक, केओएच; एचजीओ), अब उपयोग नहीं किया जाता है;
S – चांदी तत्व (जस्ता, KOH; Ag2के बारे में);
Z - निकल-मैंगनीज तत्व (जस्ता, KOH, NiOOH, MnO2).
- निम्न पत्र लिंक के आकार को इंगित करता है:
F - लैमेलर;
R - बेलनाकार;
S - आयताकार;
P - बेलनाकार के अलावा अन्य आकृतियों वाली कोशिकाओं का वर्तमान पदनाम।
- अंतिम आंकड़ा या आंकड़े संदर्भ के आकार को इंगित करते हैं (कैटलॉग मान या सीधे आयाम दे रहे हैं)।
अंकन उदाहरण:
R03
- एक छोटी उंगली के आकार का जिंक-ग्रेफाइट सेल। एक अन्य पदनाम एएए या माइक्रो है।
LR6 - एक क्षारीय कोशिका उंगली के आकार की। एक अन्य पदनाम एए या मिनियन है।
HR14 - Ni-MH बैटरी, अक्षर C का उपयोग आकार के लिए भी किया जाता है।
KR20 - Ni-Cd बैटरी, जिसका आकार भी अक्षर D से चिह्नित होता है।
3एलआर12 - 4,5 वी के वोल्टेज वाली एक फ्लैट बैटरी, जिसमें तीन क्षारीय कोशिकाएं होती हैं।
6F22 - 9वी बैटरी; छह अलग-अलग प्लानर जिंक-ग्रेफाइट सेल एक आयताकार मामले में संलग्न हैं।
CR2032 – लिथियम-मैंगनीज सेल (लिथियम, कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट, MnO2) 20 मिमी के व्यास और 3,2 मिमी की मोटाई के साथ।
