III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПЕРЕРАБОТКА АККУМУЛЯТОРОВ СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНОВ
Камаев И.С., Огородникова А.А.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


работы:
  • Разработка технологической схемы получения металлов из отработанных аккумуляторов сотовых телефонов.

  • Извлечение металлов и Au из аккумуляторов телефонов

  • Предложение комплексной вторичной переработки аккумуляторного сырья.

Основные задачи:

  • Утилизация отработанных аккумуляторов.

  • Разделение вторичного сырья с выделением из него ценных металлов

  • Разработка технологий получения металлов

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

  • Предложение технологической схемы получения Au из вторичного сырья.

Полученные данные и выводы:

  • Изучен химизм получения металлов из отработанных аккумуляторов телефонов.

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

  • Исследовано восстановление золота в лабораторных условиях.

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

Оглавление

  1. Введение 4

проблемы

актуальность

цели

задачи

  1. Основная часть 7

  1. Методы и методики 7

  2. Технологическая схема 9

  1. Заключение 10

  2. Список литературы 11

Введение

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 1.

Металл

Масса, г

Zn

0,88

Al

1,24

Cu

5,85

Co, Fe

1,15

 

0,61

Au и др.

1,00

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 1кг 2500руб) 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.

Технологическая схема

Исходный материал

Извлечение

Отделение

Al, Cu

 

Отделение пластмассы

Металлы

(Zn, Au, Fe, Sn, Co)

Обработка HNO3 1 N

при t=250

Маточный раствор

 

Осадок Au

Выпаривание

 

Фильтрат

 

Промывка

Дальнейшая

обработка

Обработка «царской водкой»

Восстановление гидразином

Поставка на предприятие

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.

Список литературы

  1. Успехи в химии и химической технологии. Том ХХV, 2011, №13 (129) Семчук И.М., Брыкин А.В. Анализ и перспективы рынка вторичной переработки электроники и компонентов электронных устройств в РФ.

  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/ Рипан Р., Четяну И — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.

  6. Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с

  7. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия/ Н. С. Ахметов – Москва: Учебник для вузов – 3е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1998.- 743с., ил.

  8. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.2: Даффа-Меди/Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред. ) и др. – М.: Сов.энцикл. , 1990. – 671 с.: ил.