sdelano_v_sssr (sdelano_v_sssr) wrote,
sdelano_v_sssr
sdelano_v_sssr

Categories:

Про ёжиков и батарейки

Очередной раз наткнулся на страдания ёжиков, убиваемых выброшенными батарейками.
Писать развернутые комментарии на эту тему мне надоело, так что оформлю постом, и потом буду давать на него ссылки.

Итак, попробуем выяснить, опасна ли выброшенная батарейка? Неужели она и вправду загрязняет 20 м2 почвы, и губит обитающих там ёжиков, белочек и мышек?

Для начала: речь пойдет только о наиболее распространенных "батарейках" - элементах марганцево-цинковой системы с солевым или щелочным электролитом, и о собранных из них батареях (типа "Кроны" и т.п.), используемых в быту и повседневной жизни.

Да, в быту используются еще и аккумуляторы различных систем (свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, литий-ионные в различных вариантах), а в специальной и промышленной аппаратуре могут использоваться и серебряно-цинковые аккумуляторы, и ртутно-цинковые элементы, и много еще чего самых экзотических электрохимических систем. Но это уже отдельная тема, а как раз марганцево-цинковые элементы используются чаще всего, плюс они одноразовые, в отличие от аккумуляторов.

Для начала надо бы понять - а что вообще содержится в марганцево-цинковом элементе? Их состав и конструкция сильно различаются в зависимости от того, какой именно используется электролит - солевой или щелочной. Поэтому придется рассмотреть два варианта конструкции. А вот между элементами одной системы, но разных производителей различия невелики - конструкция остается все той же, различаются небольшие технологические моменты - вроде чистоты материала, его зернистости, технологической дисциплины или присадок, добавляемых в количестве менее 1% в электролиты или анодную и катодную массы. Поэтому нет никакой разницы - идет ли речь об элементе известного производителя, или о безымянной поделке.

Рассмотрим каждый тип элемента, с указанием используемых материалов.

Солевой элемент.
Его конструкция представлена на рисунке 1.

(рис. 1)

Основа конструкции - вытянутый из цинкового Zn листа стаканчик (3), он же одновременно служит и катодом элемента.
В цинковый стаканчик вставлен сепаратор из рыхлого картона (6), заполненный анодной массой (5), состоящей из оксида марганца IV MnO2 и графитового порошка для повышения проводимости. В качестве анодного электрода используется графитовый стержень (8), опущенный в анодную массу. Пространство между сепаратором и цинковым стаканчиком (7) заполнено раствором хлорида аммония (нашатыря) NH4Cl, загущенным мукой, крахмалом или целлюлозой до желеобразного состояния. Тем же раствором NH4Cl пропитана и анодная масса.
Чтобы вода из элемента не испарялась, сверху стаканчик закрыт трехслойной пробкой из двух слоев картона и битумной заливки между ними (4).
Снаружи цинковый стаканчик покрыт слоем картона (9), а поверх картона - корпусом из луженой жести - низкоуглеродистой стали, покрытой тонким слоем олова (10), из той же жести сформированы внешние выводы элемента: касающийся стаканчика катодный вывод (11) и изолированный от жести корпуса полиэтиленовой прокладкой (2) анодный вывод (1), напресованный на графитовый стержень.
Иногда конструкция имеет небольшие отличия. Так, вместо битума используют заливки на основе церезина (синтетического воска, получаемого из нефти), а вместо внешнего картонного цилиндра, покрывающего стаканчик, используют рукав из тонкого полиэтилена, он же может заменять и внешний жестяной корпус.

В составе солевого элемента присутствуют следующие вещества и материалы (по степени убывания по массе и объему):
1с. Оксид марганца IV MnO2
2с. Цинк Zn
3с. Графит (углерод C)
4с. Хлорид аммония NH4Cl
5с. Загуститель (мука, крахмал, целлюлоза)
6с. Железо Fe
7с. Битум или церезин
8с. Картон
9с. полиэтилен
10с. Олово Sn

Кроме того, в процессе работы (разрядки) элемента образуются:
11с. Оксид марганца II MnO
12с. Комплексная соль [Zn(NH3)2]Cl2

Щелочной элемент.
Его конструкция представлена на рисунке 2.

(рис.2)

Основа конструкции элемента - стальной никелированный стакан (2), служащий выводом анода и покрытый снаружи тонкой полипропиленовой или полиэтиленовой пленкой (1) в качестве изолятора. Внутрь стакана запресссована анодная масса (3), состоящая из оксида марганца IV MnO2 с добавлением графитового порошка для повышения проводимости. В отверстие в анодной массе помещен сепаратор из пористого картона (4), заполненный катодной массой (5) из порошка цинка Zn и инертных веществ-загустителей (обычно - целлюлоза). Анодная, катодная массы и сепаратор пропитаны щелочью - гидроксидом калия KOH. Выводом катода служит латунный стержень (6), пропущенный через изолирующую и уплотняющую деталь (7), выполненную из полиэтилена. Внешним выводом служит штампованный из никелированной стали диск (8), касающийся латунного стержня и зажатый в детали (7).

В составе щелочного элемента присутствуют следующие вещества и материалы (по степени убывания по массе и объему):
1щ. Оксид марганца IV MnO2
2щ. Цинк Zn
3щ. Железо Fe
4щ. Графитный порошок (углерод C)
5щ. Гидроксид калия KOH
6щ. Загуститель (целлюлоза)
7щ. Латунь (Cu+Zn)
8щ. Полиэтилен
9щ. Никель покрытия Ni

В процессе разрядки образуются следующие вещества:
10щ. Оксид цинка ZnO
11щ. Оксид марганца III Mn2O3

Рассмотрим теперь материалы и вещества по отдельности.

1. Оксиды марганца II, III и IV MnO, Mn2O3 и MnO2 (1с, 1щ, 11с, 11щ) имеет смысл рассматривать вместе. Все они крайне плохо вступают в реакции, за исключением высоких температур и концентрированных кислот и щелочей. Оксиды марганца III и IV встречаются в природе в виде минералов браунита и пиролюзита, оксид марганца II встречается в виде примесей в других минералах. Из-за низкой реактоспособности все они утилизируются в почве крайне медленно, в то же время марганец является незаменимым микроэлементом. Токсичность марганца проявляется лишь при регулярном вдыхании значительных количеств соединений марганца на производстве ("марганцевое безумие"), отравлений марганцем, поступившим с пищей или водой, не отмечено.
Оксиды марганца нетоксичны.

2. Цинк (2с, 2щ), оксид цинка (10щ), комплексная соль цинка (12с). Цинк, хоть и медленно, реагирует даже с разбавленными кислотами, щелочами и некоторыми солями, то же относится и к оксиду цинка. Комплексная соль же настолько малорастворима и мало реактоспособна, что извлечение из нее цинка при переработке элементов представляет серьезную проблему.
В то же время соединения цинка малотоксичны. Так, для отравления сульфатом цинка надо, чтоб единовременно попал в организм аж целый грамм этого соединения. Одновременно в малых дозах цинк - необходимый макроэлемент, скажем, в теле человека содержится до 2 грамм цинка (в виде соединений).
Цинк и его соединения в количествах, содержащихся в элементе, нетоксичны. Если, конечно, этот элемент не проглотить целиком.

3. Хлорид аммония NH4Cl (4с). Образуется в природе при разложении органики, содержится в небольшом количестве в моче животных. Используется как азотное удобрение. Может вызывать отравление в сухом виде или в виде концентрированных растворов.
В концентрациях, используемых в элементах, хлорид аммония нетоксичен.
К тому же, он прекрасно растворим в воде, и первый же дождь или паводок вымоет его из разрушенного элемента, многократно снизив его первоначальную концентрацию.

4. Гидроксид калия KOH (5щ). Вещество нетоксично, хотя в высоких концентрациях может приводить к ожогам. Однако, как и хлорид аммония, хорошо растворим в воде и быстро вымывается дождями, образуя неопасную концентрацию. Калий в то же время является важнейшим биогенным макроэлементом, т.е., прекрасно будет утилизирован окружающей природой.
Гидроксид калия нетоксичен.

5. Графит (углерод C) (3с, 4щ). Графит - суть углерод. Крайне мало реактоспопобен, не вступает в реакции ни с кислотами, ни со щелочами, ни с любыми солями в любых концентрациях. При попадании в организм - выводится неизменным (достаточно вспомнить активированный уголь). Вступает в реакции только при высокой температуре и/или давлении.
Графит нетоксичен.

6. Железо Fe (6с, 3щ). Один из самых распространенных элементов в природе, присутствует повсеместно. Медленно корродирует в почве, в жизни растений, животных и человека играет важнейшую роль.
Железо нетоксично.

7. Олово Sn (10с). Олово нетоксично. Оловом покрывают консервные банки (та же самая луженая жесть). Кроме того, олово очень медленно реагирует с веществами почвы, и поэтому его выделение в окружающую среду также происходит очень медленно, да и количество на поверхности жести его невелико.
Олово нетоксично.

8. Природные органические материалы - картон (8с), целлюлоза, крахмал, мука (5с, 6щ). Все эти материалы не только нетоксичны, но и весьма быстро утилизируются в почве.
Картон, крахмал, мука нетоксичны.

9. Битум или церезин (7с). Материалы нетоксичны, кроме того, хоть и не очень быстро, однако ж перерабатываются природной микробиотой. Впрочем, как и нефть, из которой их получают.
Битум и церезин нетоксичны.

10. Полиэтилен (9с, 8щ). Материал нетоксичный, имеет только один недостаток - очень медленно разлагается в почве, под воздействием солнечного ультрафиолета - несколько быстрее. В целом - мусор, конечно, однако, в силу небольших размеров деталей, не сильно значимый.
Полиэтилен нетоксичен, хотя и медленно разлагается.

11. Никель Ni (9щ). Химически малоактивен, является микроэлементом с неясной пока ролью в организме. Нетоксичен, хотя и может вызывать аллергию в форме контактного дерматита у незначительного числа людей. Однако ж никеля в элементах мало (покрытие поверх стали толщиной порядка 10-30 мкм), и общая масса никеля в каждом элементе - единицы миллиграмм, что, в комплексе с малой химической активностью, делает его наличие в элементах неопасным.
Никель нетоксичен.

12. Латунь - сплав цинка Zn и меди Cu (7щ). Соединения меди токсичны. Однако же, одновременно медь весьма пассивна химически как чистая, так и в составе сплавов. Скажем, латунные винтовочные гильзы, оставшиеся со времен Первой Мировой войны, находят сейчас, более, чем через сто лет, лишь в слегка корродированном виде - утрата массы за ту сотню лет не более 2-4%, в зависимости от кислотности почвы. В то же время, в низких концентрациях медь является необходимым микроэлементом.
Медь токсична, но лишь в соединениях в высоких концентрациях.

Итак, что мы видим?
В "батарейках" (гальванических элементах марганцево-цинковой системы с любым типом электролита) отсутствуют в опасных количествах какие-либо токсичные вещества. Батарейка просто неспособна отравить ни 20 м2, ни даже 1 м2 почвы, так же как не может и погубить ёжика, мышку или белочку.

Так зачем тогда поднимается вся эта кампания "Сдай батарейку - спаси ёжика!"?
Секрет прост.
Отработанные батарейки легко перерабатывать и получать материалы для изготовления новых батареек. Загвоздка лишь в одном: их сложно собирать для переработки, и, главное, почти невозможно что-то платить за их сдачу на утилизацию. Выход очевиден: надо заставить людей каким-то иным способом массово сдавать отработанные батарейки. А это можно сделать или испугав людей, или надавив на их ми-ми-ми-чувства. Что и делается.

Каков итог?
Мусорить, конечно, не стоит. И перерабатывать мусор тоже полезно. Но, если вдруг где-то на природе вы потеряли или забыли одну или несколько отработанных батареек - не надо бить себя в лоб и причитать по погубленным ёжикам. Им, ёжикам, ничего не грозит. А батарейки даже менее опасны, чем полиэтиленовый пакет (в котором ёжик и впрямь может запутаться и погибнуть) или ПЭТ-бутылка (способная погубить какое-нибудь мелкое животное вроде мыши или лягушки).
Tags: батарейки, вокруг экологии
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 12 comments