Международный школьный научный вестник
Научный журнал для старшеклассников и учителей ISSN 2542-0372

О журнале Выпуски Правила Олимпиады Учительская Поиск Личный портфель

ПЕРЕРАБОТКА АККУМУЛЯТОРОВ СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНОВ

Камаев И.С. 1 Огородникова А.А. 1
1 г. Красноярск, МАОУ «Гимназия №6», 9 класс
Салькова Е.А. (г. Красноярск, МБОУДО «Дом детства и юношества» «Школа самоопределения»)
1. Семчук И.М., Брыкин А.В. Анализ и перспективы рынка вторичной переработки электроники и компонентов электронных устройств в РФ // Успехи в химии и химической технологии. – 2011. – Том ХХV, №13 (129).
2. Целевая программа «Обращение с отходами на территории Красноярского края на 2012 – 2014 гг.»
3. http://mobifinder.ru.
4. http://www.mobiset.ru.
5. Рипан Р. Неорганическая химия. Химия металлов / Р. Рипан, И. Четяну. – М.: Мир, 1972. – Т. 2. – 871 с.
6. Справочник химика / Редкол.: Б.П. Никольский и др. – 3-е изд., испр. – Л.: Химия, 1971. – Т. 2. – 1168 с.
7. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия / Н.С. Ахметов – М.: Учебник для вузов – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – 743 с., ил.
8. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.2: Даффа-Меди / Редкол.: И.Л. Кнунянц (гл. ред.) и др. – М.: Сов. энцикл., 1990. – 671 с.: ил.

Цель работы:

1. Разработка технологической схемы получения металлов из отработанных аккумуляторов сотовых телефонов.

2. Извлечение металлов и Au из аккумуляторов телефонов

3. Предложение комплексной вторичной переработки аккумуляторного сырья.

Основные задачи:

1. Утилизация отработанных аккумуляторов.

2. Разделение вторичного сырья с выделением из него ценных металлов

3. Разработка технологий получения металлов

4. Проведение в лабораторных условиях химических процессов получения Au из использованных аккумуляторов.

5. Предложение технологической схемы получения Au из вторичного сырья.

6. Полученные данные и выводы

7. Изучен химизм получения металлов из отработанных аккумуляторов телефонов.

8. Проведена апробация химической технологии регенерации Au из использованных аккумуляторов сотовых телефонов.

9. Исследовано восстановление золота в лабораторных условиях.

10. Предложена технологическая схема комплексной переработки аккумуляторов с целью получения ценных металлов.

Актуальность темы. В настоящее время в мире используются различные виды комфорта и упрощение жизни людей (компьютеры, бытовая техника). Телефоны входят в это число, причем их численность во много раз превышает остальные виды техники. Поэтому переработка телефонных устройств занимает важнейшее место в жизни каждого государства, так как от этого зависит дальнейшая жизнь людей на земле, ведь в мобильных телефонах содержится множество драгоценных металлов (золото, серебро, медь, палладий, никель, хром и т.д), использование которых в скором времени может вызвать дефицит этих металлов, если не найти другие материалы для производства, или не начать их утилизировать [1].

В настоящее время в России и Красноярском крае сформировался рынок отработанных аккумуляторов, как источник сырья для получения вторичных материалов дорогостоящих металлов. Это обязывает нас быть предельно экономными в расходовании металлов и использовать все возможности для максимальной реализации ресурсов этих металлов. Возрастает роль вторичной металлургии золотосодержащих отходов. Но даже при переработке отходов с низким содержанием благородных металлов сбор использование ценных компонентов их них все же рентабельны вследствие их высокой стоимости, что доказывает расчет экономического эффекта в данной работе [2].

Многие компании занимаются утилизацией мобильных телефонов. В большинстве случаев это сами производители и очень известные торговые марки. Ведь развитие электроники не стоит на месте, и нет предела совершенству, разрабатывая и выпуская новые модели, компании невольно способствуют тому, что в мире скапливается большое количество устаревшей техники. И она, попадая на свалки, отрицательно влияет на экологию и представляет реальную опасность для человека. Поэтому телефонные бренды запустили программы по утилизации своей продукции.

Наиболее активно занимаются сбором Nokia, Samsung, Apple, Motorola, Siemens, Philips, SonyEricsson, Panasonic, LG и другие, они открывают пункты сбора во многих странах. Суть процесса состоит в том, что в больших городах в торговых центрах и магазина электроники устанавливаются специальные боксы для приема старых телефонов. Многие магазины успешно практикуют прием не только старых, но и вышедших из строя мобильников, и предоставляют хорошие скидки на приобретение новой модели [3].

Исследование Nokia, проведенное в 13 странах (Финляндии, Германии, Италии, России, Швеции, Великобритании, ОАЭ, США, Нигерии, Индии, Китае, Индонезии и Бразилии), среди 6500 респондентов выявило, что только 3 % от отработавших свое мобильных телефонов утилизируются. Несмотря на то что большинство из опрошенных владели несколькими аппаратами, только 3 % из них отправляли свои ненужные мобильники в утиль. 4 % респондентов попросту выбрасывали отслужившие свое телефоны, 15 % – отдавали родственникам, 16 % – продавали, а большинство – 44 % – просто хранили их дома. В целом, 74 % людей, принимавших участие в исследовании, заявили, что они никогда не думали об утилизации телефона, однако 72 % осознавали значимость этого процесса. Основной причиной столь малого процента утилизации телефонов стало элементарное незнание того, что это вообще осуществимо (и это при том, что аппараты Nokia можно перерабатывать на 80 %!). Примерно три четверти опрошенных затруднились ответить, где вообще можно сдать свой старый телефон на переработку [4].

Процесс утилизации сотовых и мобильных телефонов

Первый этап

В классическом случае утилизация мобильного телефона начинается с сортировки.Если компания специализируется на переработке аппаратов определенного производителя (Nokia, например, имеет пункты сбора своих мобильников более чем в 80 странах по всему миру), то сортировки не происходит. Если же компания «многопрофильная» (они, как правило, либо частные, либо датируются государственными комитетами), то не редко аппараты – «смертники» сортируются по определенным критериям и параметрам, затем наступает трудоемкий процесс – ручная разборка на составляющие (корпус, аккумуляторная батарея, электронная плата).

Второй этап

Три самые важные составляющие – аккумулятор, пластиковый корпус и печатная плата – идут на переработку своим путем. Аккумуляторы из-за большого содержания токсичных веществ (например, мышьяк, свинец или ртуть) поступают, как правило, на специальные заводы по переработке АКБ или захоронения. Печатная плата аккуратно отсоединяется от элементов корпуса и поступает на конвейер. Именно из нее можно получить драгметаллы. А пластиковый корпус дробится на мелкие кусочки и по конвейерной ленте поступает в специально отведенное место – что-то вроде хранилища. В хранилище (или по пути из него) корпуса и печатные платы снова дробятся и в достаточно измельченном виде – практически на уровне пыли – поступают в сортировочную камеру, где посредством химических реакций или механических действий происходит окончательная сортировка сырья. Дорогостоящие металлы экстрагируются, обрабатываются, дополнительно очищаются и поступают на соответствующие предприятия. Металл переплавляется и тоже идет на хозяйственные нужды. Что касается пластика и резины, то эти компоненты чаще всего поступают на дорожно-строительные заводы и добавляются в дорожное покрытие [3].

Также существуют «стимулы» для привлечения производителей к переработке сотовых и мобильных телефонов. Самым типичным примером является ежемесячный рейтинг, публикуемый Greenpeace. Впервые рейтинг появился в августе 2006 г. и с тех пор неизменно отображает отношение той или иной компании к окружающей среде. Рейтинг представляет собой шкалу, один конец которой красного цвета, другой – зеленого. Чем ближе производитель находится к зеленому краю шкалы, тем лучше его положение в рейтинге. На первый взгляд – ничего удивительно. Но в реальности рейтинг ежемесячно анализируется и публикуется практически всеми техническими изданиями, как сетевыми, так и бумажными. И не дай бог компании сместиться в красный сектор: тут же обрушатся на нее журналисты, высмеют блоггеры, вынесут порицание колумнисты. В лучшем случае это все закончится общественным неодобрением, в худшем – могут упасть в цене акции, пострадает квартальный отчет и т.д. А этого никто из вендоров, разумеется, не хочет. Кстати, с некоторых пор рейтинглист Greenpeace возглавляет Sony Ericsson, в то время как Nokia сдала свои позиции и находится только на третьем месте [4].

Методы и методики

Переработка аккумуляторной батареи производится в несколько этапов: батарея вскрывается, из нее извлекается содержимое; отделяются анодные пластины от катодных; алюминиевые и медные листы достаются. После извлечения металлов из аккумулятора производилось взвешивание на электронных лабораторных весах. Данные по металлам, извлеченным из одного аккумулятора сотового телефона представлены в таблице.

Металл

Масса, г

Zn

0,88

Al

1,24

Cu

5,85

Co, Fe

1,15

Sn

0,61

Au и др.

1,00

 

kam.wmf

Технологическая схема

Металлсодержащие контакты отработанных аккумуляторов помещаются в реактор с 1N раствором азотной кислоты при комнатной температуре (250С). Смесь тщательно перемешивается до окончания выделения газов. При необходимости добавляется новая порция кислоты [1]. При этом кобальт, железо, олово переходят в раствор с образованием нитратов (I), (2), (3), а золото в результате реакции остается в осадке, так как не взаимодействует с разбавленной азотной кислотой [5].

5Co + 12HNO3 = 5 Co(NO3)2 + N2 + 6H2O; (1)

5Fe + 12HNO3 = 5 Fe(NO3)2 + N2 + 6H2O; (2)

3Sn + 8HNO3 = 3 Co(NO3)2 + 2NO + +4H2O; (3)

Маточный раствор на фильтре Шотта отфильтровывается от смеси непрореагировавшего золота, после чего осадок многократно промывается дистиллированной водой; фильтрат смешивается с маточным раствором.

Оставшееся золото заливается «царская водкой» – смесью двух очень сильных кислот HNO3 и HCl. Брать нужно концентрированную азотную и соляную кислоту 40 %. К 500 мл азотной кислоты добавляем 150 мл соляной кислоты. Смешивание кислот следует делать в стеклянном сосуде, помещенным в ледяную воду. Перемешиваем все это очень медленно и аккуратно в течении 5 минут. Полученную «царскую водку» аккуратно нужно нагреть до 60–70°С, затем также аккуратно погрузить детали в смесь. «Царская водка» растворяет золото. Если детали предварительно не очищенных (например, пластиковые корпуса микросхем и т.п.), то раствор быстро загрязняется, поэтому желательно извлекать золото из «чистой» руды (очищенные от корпусов микросхемы и т.п.). Золото растворяется в «царской водке» в течение 6 часов. Химизм процесса описывается уравнением(4):

Au+HNO3+4HCL=H[AuCl4]+NO+2H2O. (4)

Из насыщенных растворов образовавшаяся золотохлористоводородная кислота кристаллизуется в виде кристаллов желтого цвета. Чтобы восстановить золото, размешиваем 200 грамм гидразина (цена 1 кг 2500 руб) в 1 литре воды, получаем насыщенный раствор, который осторожно добавляем в «царскую водку». Хлопьями отделяется коричневый металл (Аи), похожий на ржавчину. Процесс описывается химическим уравнением (5):

4H[AuCl2]+NH2–NH2=4Au+ N2+8HCl. (5)

Раствор фильтруется. На фильтре – металл коричневого цвета – это золото низкой пробы. Повторно растворив его в «царской водке», и проводя эту же операцию 3–4 раза, можно получить золото 999 пробы.

В результате выполненной работы была предложена следующая технологическая схема переработки аккумуляторов сотовых телефонов.

Заключение

Изучен химизм получения металлов из отработанных аккумуляторов телефонов.

Проведена апробация химической технологии регенерации Au из использованных аккумуляторов сотовых телефонах.

Исследовано восстановление золота в лабораторных условиях.

Предложена технологическая схема комплексной переработки аккумуляторов с целью получения ценных металлов.


Библиографическая ссылка

Камаев И.С., Огородникова А.А. ПЕРЕРАБОТКА АККУМУЛЯТОРОВ СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНОВ // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 3-2. – С. 422-425;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=295 (дата обращения: 06.06.2020).