Моделирование сети рециклинга батареек

Введение
В составе ХИТ используются многие вещества, представляющие определенную опасность для здоровья человека, в том числе такие существенно вредные вещества, как свинец, ртуть, кадмий, диоксид марганца, литий и его соединения и т. п., предельно допустимые концентрации которых относительно низкие. Это обстоятельство учитывается при организации производства ХИТ, где технике безопасности уделяется очень большое внимание. В то же время, при эксплуатации ХИТ также следует учитывать экологические требования.
При нормальной эксплуатации большинство малогабаритных ХИТ, используемых в основном в различных электронных устройствах, не представляет экологической опасности; как правило, такие ХИТ герметичны и не выделяют в окружающую среду вообще никаких веществ. Более крупные энергоустановки — транспортные и стационарные аккумуляторные батареи с водными электролитами — негерметичны и даже при нормальной эксплуатации выделяют вредные вещества — взрывоопасную смесь водорода и кислорода, возможно, примеси арсина или стибина (при заряде свинцовых аккумуляторов), туман мельчайших капелек растворов серной кислоты или щелочи. Кроме того, концентрированный щелочной раствор обычно «выползает» из-под пробок щелочных аккумуляторов. Более существенную экологическую нагрузку представляет работа ХИТ в аварийных режимах: марганцево-цинковые элементы при полном разряде «текут», т. е. из них выделяется коррозионно-активный электролит, некоторые ртутно-цинковые и литиевые элементы могут взрываться и т. д. При механическом (несанкционированном) разрушении ХИТ с жидкими электролитами возможно попадание агрессивных и вредных для здоровья электролитов на аппаратуру или на человека.
Существенную экологическую проблему представляет утилизация отработанных ХИТ. В этом отношении сложности начинаются со сбора таких ХИТ, особенно малогабаритных, которые обычно выбрасываются и представляют собой источник экологической опасности. Именно поэтому большим достижением считается замена ртути, как ингибитора коррозии цинкового анода, в марганцево-цинковых элементах на другие вещества, в том числе органические. Более крупные установки направляются на утилизацию. При утилизации свинцовых и серебряно-цинковых аккумуляторов извлекаются практически весь свинец и все серебро; утилизация таких аккумуляторов представляет собой отработанный технологический процесс. Хуже отработана технология переработки щелочных аккумуляторов, но и в этом случае удается избежать попадания кадмия в окружающую среду.
1 Экологические проблемы сбора и утилизации аккумуляторного ломаСвинцово-кислотные аккумуляторы (свинцовые АБ) широко используются в качестве автономных химических источников тока (ХИТ) уже около 150 лет. За это время многократно улучшились их характеристики, повысился срок службы, существенно расширилась область их применения. В настоящий период свинцовые АБ прочно занимают первое место среди всех других видов ХИТ, и альтернативы в транспортных средствах и других областях их применения пока нет.
Вместе с тем отработанные свинцовые АБ (а срок эксплуатации основных типов АБ – до 3-х лет) экологически опасны. Причина этого заключается в токсичности содержащегося в АБ свинца (до 60% от массы АБ) и химической агрессивности кислотного электролита – раствора серной кислоты. Неблагоприятная экологическая ситуация, сложившаяся в РФ, особенно в густонаселенных регионах и крупных городах, заставляет обратить особое внимание на проблему утилизации миллионов единиц ежегодно выходящих из строя свинцовых АБ. Ее масштабы таковы, что сбор и переработка этого вида техногенных отходов требует принятия срочных жестких мер, предотвращающих опасное воздействие на окружающую среду и здоровье людей. Обоснованную тревогу у специалистов вызывает не только бесконтрольный (из-за отсутствия современной нормативной базы) оборот свинцовых АБ, но и использование устаревших или «кустарных» способов их переработки, сопровождающихся образованием вредных выбросов – сернистого газа, возгонов свинца, токсичных шлаков. В отличие от этого в большинстве развитых стран состояние сбора и переработки отработанных свинцовых АБ, как и другого вторичного свинецсодержащего сырья, находится под контролем государственных и общественных экологических организаций.
В Западной Европе, США и Японии разработаны и эффективно действуют системы сбора и транспортировки отработанных свинцовых АБ на перерабатывающие предприятия. Поэтому во многих странах приняты специальные законодательные акты и правительственные постановления по утилизации отработанных свинцовых АБ. Комплекс мер, финансируемых главным образом государством, не только способствовал решению указанной экологической проблемы, но и позволил увеличить долю вторичного свинца в общем балансе его производства более 60%.
С учетом ухудшающейся экологической ситуации, сложившегося в РФ дефицита первичного свинца (крупнейшие в СССР свинцовоплавильные заводы остались в Казахстане и на Украине) и имеющегося зарубежного положительного опыта, представляется своевременным начать систематическую работу по регламентации оборота отработанных свинцовых АБ и по внедрению экологически безопасных технологий их переработки.
Свинец по концентрации в воздухе относится к 1-му классу опасности и его предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе жилых районов должна составлять 0,0003 мг/м3, в рабочей зоне 0,05 мг/м3 (среднесменная). Свинец в сточных водах относится ко второму классу опасности, концентрация его в воде, используемой в хозяйственно-бытовых целях, не должна превышать 0,03 мг/л. Жесткие ограничения по ПДК свинца установлены также в питьевой воде (0,03 мг/л), в водных объектах рыбохозяйственного назначения (0,01 мг/л), в почве (6 мг на кг почвы). Для предприятий, перерабатывающих и производящих свинец, обязательны профилактические меры по защите рабочего персонала и необходимо наличие санитарно- защитной зоны.
Включить звук
По экспертным оценкам на территории РФ, а именно, на свалках, на площадках автотранспортных организаций, предприятий железнодорожного, морского и авиационного транспорта находится 1 млн. тонн свинца в виде не переработанного аккумуляторного лома. При существующем положении дел с его утилизацией эта величина должна возрастать, по одним данным – на 50–60 тыс. тонн в год, по другим – до 100 тыс. тонн.
С другой стороны, отечественные потребители свинца – заводы аккумуляторной, кабельной, химической промышленности, уже сейчас испытывают дефицит свинца (особенно рафинированного) и его сплавов, оцениваемый теми же 50–60 тыс. тонн. Сырьевая проблема уже привела к резко возросшему импорту свинцовых АБ.
К сожалению, работа над федеральной целевой программой «Охрана окружающей природной среды от свинцового загрязнения и снижения его влияния на здоровье населения» (разрабатываемая во исполнение Постановления Правительства РФ от 26.09.97) до сих пор не закончена. Соответствующие мероприятия начаты только в г. Москве (позднее в Московской обл.): создан центральный пункт сбора отработанных АБ и слива из них электролита (завод «Спортзнак», проектант ООО «Эльта»), принят закон г. Москвы, регламентирующий оборот АБ. Согласно общероссийской статистике в настоящее время только 25–30% отработанных свинцовых АБ собирается для последующей переработки. В виду отсутствия в РФ системы их сбора лом закупается небольшими компаниями. Для повышения рентабельности и из-за отсутствия специального оборудования АБ принимаются без электролита (неизбежно содержащего взвесь сульфата и оксида свинца), который бесконтрольно сливается.
2 Переработка свинцовых аккумуляторовПроцесс утилизации, благодаря новейшим технологиям занимает всего 4 дня, после чего сырье направляется на дальнейшую обработку.
Переработкой батареек занимаются специализированные предприятия, на которые отправляются батарейки после сбора. Для сбора батареек нужно привлекать население, чтобы люди не выбрасывали отработанные элементы в мусорные корзины, а отвозили их в пункты приема.
Если человек ответственно относится к экологии и собственному здоровью, а также здоровью всех членов своей семьи, то он будет активно участвовать в программе сбора батареек, или организует соответствующий бизнес. Достаточно разместить по городу контейнеры для батареек в местах, наибольшей посещаемости, и получать прибыль.
Заводы, по переработке платят за сырье, потому отработанные батарейки способны приносить не только дальнейшую пользу, но и немалую прибыль тем, кто занят их сбором. Кроме того, предприниматель, желающий начать конкурентоспособный, прибыльный бизнес, может открыть собственный цех по переработке батареек и потом продавать сырье производственным предприятиям.
Прежде всего, следует оценить пользу, которую приносит переработка батареек. Прежде всего, переработка элементов питания позволяет защитить экологию от вредных веществ. Батарейка, выброшенная в бак с другими бытовыми отходами, попадает на свалку, и под воздействием времени подвергается коррозии.
Вместе с разрушением корпуса освобождаются такие химические элементы как ртуть, кадмий, олово, и многие другие, тяжелые металлы, опасные для человека. Они попадают в почву и грунтовые воды, загрязняя их.
Вода подается в жилые дома, и даже многократное кипячение не сможет очистить ее от вредных примесей. Потому, прежде чем выбросить батарейку, стоит подумать о том вреде, который наносится окружающей среде, и как следствие здоровью.
Если выбрасывать батарейки в контейнеры, то они попадут на заводы по переработке, и будут не только безопасны, но и полезны людям. Из сырья, полученного в процессе переработки промышленность производит множество полезных и красивых вещей, безопасных в повседневном использовании, например, детские игрушки, средства гигиены, бижутерию, и прочее.
Сбор батареек только первый, но необходимый шаг технологической цепочки. Выбрасывая отработанные элементы в контейнеры для батареек, каждый человек становится его участником, и приносит пользу не только себе, но и окружающим. Контейнеры по мере заполнения опорожняются, батарейки свозятся на заводы, и там сортируются.
После операторы загружают их в специализированную емкость, где батарейки тщательно измельчаются. В итоге получаются мелкие частицы, и первый этап переработки считается завершенным.
Полученные мелкие частицы перемещаются на магнитные ленты. Эта часть технологии позволяет выделять металл, а в остатке получается марганцево – графитная масса. Затем производится нейтрализация электролита, и масса обрабатывается кислотой, что позволяет выделить марганец, графит и соли цинка. Именно эти химические соединения и востребованы в промышленном производстве.
Учитывая, что типов батареек достаточно много, существуют и другие способы переработки батареек. Технологии в целом схожи между собой, и их суть заключается в том, чтобы не наносить вреда экологии.
Заключение
Несмотря на то, что батарейка может взорваться, протечь и повредить ваше оборудование, или быть проглоченой вашим ребенком, основной вред она нанесет, если не будет правильно утилизирована.Вообще, батарейки — это химические устройства, элементы которых вступают в реакцию, давая на выходе электричество, которым мы и пользуемся. Элементы эти, в основном, токсичны и опасны.
свинец (накапливается в организме, поражая почки, нервную систему, костные ткани)
кадмий (вредит легким и почкам)
ртуть (поражает мозг и нервную систему)
никель и цинк (могут вызывать дерматит)
щелочи (прожигают слизистые оболочки и кожу) и другие
После выбрасывания металлическое покрытие батарейки разрушается от коррозии, и тяжелые металлы попадают в почву и грунтовые воды, откуда уже недалеко и до рек, озер и прочих водоемов, используемых для питьевого водоснабжения. Ртуть — один из самых опасных и токсичных металлов, имеет свойство накапливаться в тканях живых организмов и может попасть в организм человека как непосредственно из воды, так и при употреблении в пищу продуктов, приготовленных из отравленных растений или животных.А если батарейку сожгут на мусоросжигательном заводе, то все содержащиеся в ней токсичные материалы попадут в атмосферу.
По статистике, московская семья ежегодно выбрасывает до 500 грамм использованных элементов питания. Суммарно в столице набирается 2-3 тысячи тонн батареек. В Соединенных Штатах американцы ежегодно покупают почти три миллиарда различных батареек, и около 180 тысяч тонн этих батареек в итоге попадают на свалки по всей стране.
Трудно представить, какой вред наносится окружающей среде в глобальном масштабе.
Список использованной литературы
1. J. van Erkel C.L. Hidrometallurgical process for the treatment of used nickel-cadmium batteries / C.L. J. van Erkel, B.A. van Deelen, A.J. Kamphuis // Report on Conference. Geneva, Switzerland, September 1994. Р. 133-139.
2. Варыпаев В.Н. Химические источники тока / В.Н. Варыпаев, М.А. Дасоян, В.А. Никольский. М.: Высшая школа, 1990. С. 207-211.
3. Дасоян М.А. Производство электрических аккумуляторов / М.А. Дасоян, В.В. Новодережкин, Ф.Ф. Томашевский. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1970. С. 294- 301.
4. Скалозубов М.Ф. Активные массы электрических аккумуляторов / М.Ф. Скалозубов. Новочеркасск: Изд-во НПИ, 1962. 116 с.
5. А.с. 588580 СССР, МКИ2 Н 01 М 4/32. Способ изготовления активной массы окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора / В.М. Розовский, В.Н. Леонов, В.В. Солнцева (СССР). № 2004381/24-07; заявл. 11.03.74; опубл. 15.01.1978. Бюл. № 2. 2 с.
6. Заявка № 2178931 Российская Федерация, МПК7 Н 01 М 4/26, 4/52. Способ изготовления гидрата закиси никеля для аккумуляторной промышленности / И.Р. Геллерштейн, М.В. Клементьев, Б.Э. Затицкий (Россия); заявитель Компания Сезар. № 2000127932/09; заявл. 08.11.00; опубл. 27.01.02.
7. ГН 2.1.5. 689-98. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водоемов. М.: Минздрав России, 1998. 96 с.