Воздействие отработанных химических источников тока на

Воздействие отработанных химических источников тока
на окружающую среду и здоровье человека
Подготовлено:
Экобюро GREENS
Елена Смирнова, к.э.н
Элеонора Сакулина
По заказу:
Общие сведения
Химические источники тока – устройства, преобразующих химическую энергию протекающих в них окислительновосстановительных реакций в электрическую. В разговорной речи мы называем их «батарейками» и «аккумуляторами».
Первичные химические источники тока (гальванические элементы, «батарейки») – одноразовые, длительность их работы
определяется запасом вступающих в окислительно-восстановительную реакцию реагентов, после израсходования которого они
теряют работоспособность. Они содержат (в зависимости от типа) такие тяжелые металлы как ртуть, марганец, цинк. Такие
источники тока используются в радиотелефонах, пультах дистанционного управления, диктофонах, часах.
Вторичные химические источники тока (аккумуляторы) могут использоваться многократно, «перезаряжаться», поскольку
окислительно-восстановительные реакции в них обратимы. В их состав, в свою очередь, входят никель, литий и кадмий. Такие
аккумуляторы используются в ноутбуках, мобильных телефонах, фотоаппаратах, плеерах.1
ХИТ содержат химические элементы, которые даже в незначительных количествах они могут наносить значительных
вред здоровью людей и представляют большую опасность для окружающей среды. Это тяжелые металлы – их следует
рассматривать не столько как химический термин, сколько как медицинский или экологический. Сбор у населения и переработка
ХИТ позволят уменьшить вред, который они наносят окружающей среде и здоровью людей, а также вторично использовать
содержащиеся в них ценные цветные металлы.
1
Современные источники питания / В.Р. Варламов. 2-е изд., испр. и доп. М.: ДМК Пресс, 2001. 224 с.
2
Интересные и важные факты
Потребление ХИТ в России значительно – более одного миллиарда штук в год2.
В Москве образование ХИТ – 5 121,6 т/год.3 – 80% первичных («батарейки»), 20% - вторичных (аккумуляторы).
В Москве реально ежегодно собирать отработанных батареек – 500-1300 тонн, аккумуляторных – 3000 тонн.4
На свалках/полигонах ХИТ становятся опасными сразу после вскрытия – повреждения оболочки источника тока. Как
правило, это происходит в течение 6–7 недель, поскольку на батарейки и аккумуляторы воздействует повышенная температура
и кислый (с рН меньше 7) фильтрат полигона.5 На протяжении всего времени существования полигона ТБО фильтрат служит
постоянным источником загрязнения подземных вод.
Среднегодовой эколого-экономический ущерб водным объектам, наносимый при захоронении отработанных ХИТ на
полигоне ТБО, используемого для размещения образующихся у населения отходов, составляет от 4,1 млн. руб. до 40,8 млн.
руб. на 1 га полигона.6
Захоронение отработанных источников тока на полигонах твердых бытовых отходов приводит к выщелачиванию тяжелых
металлов и, вследствие этого, к увеличению содержания тяжелых металлов в фильтрате полигона 7 . Особенно – цинка и
марганца.8
Ефремов Б. Что нужно знать пользователю химических источников тока (марганцево-цинковых гальванических элементов) // Электронные компоненты.
2001. №1. С. 56-61.
3 Горбунова В.В. «Минимизация воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду», Диссертация на соискание ученой степени кандидата
технических наук Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева Институт химии и проблем устойчивого развития Москва – 2011.
4 К вопросу о сборе, утилизации и переработке отработанных батареек // ГУП «Промотходы» http://www.promotkhody.ru/index.php?show_aux_page=35
5 Линник П.И. Формы нахождения тяжелых металлов в природных водах – составная часть эколого-токсикологической характеристики водных экосистем //
Водные ресурсы. 1989. № 1. C. 123-133.
6 Горбунова В.В. Минимизация воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду: дисс. … канд. тех. наук, М., 2011.
7 S. Karnchanawong, P. Limpiteeprakan. Evaluation of heavy metal leaching from spent household batteries disposed in municipal solid waste // Waste Management. 2009. Vol. 29.
№ 2. P. 550-558.
2
3
В 5% случаев9 отработанные источники тока также в составе бытовых отходов попадают не на свалки/полигоны, а на
мусоросжигательные заводы. Установлено, что сжигание щелочных марганцево-цинковых ХИТ становится причиной повышения
концентрации металлов в шлаке и летучей золе мусоросжигательных установок 10 . При недостаточной эффективности
газоочистки на мусоросжигательных заводах часть тяжелых металлов будет присутствовать и в отходящих газах сжигания. 11
При сжигании вместе с ТБО одного никель-кадмиевого аккумулятора типоразмера АА (т.н. "пальчикового"), масса которого
составляет примерно 20 г, в отходящие газы переходит до 3 г кадмия в виде паров и летучей золы, часть этого количества
задерживается очистными сооружениями, часть – выбрасывается в атмосферу (12%, что составляет 0,36 г). Попадание одной
марганцево-цинковой «батарейки» (так же размера АА) в сжигаемые ТБО приводит к выделению в отходящие газы до 4 г цинка,
при этом выбрасывается в атмосферу 4%, что составляет 0,045 г.12
Для производства одной тонны никеля требуется 40 тонн первичной руды, одной тонны марганца – 3 тонны первичной
руды, одной тонны цинка – 200 тонн первичной руды.13
77% кадмия в мире используется в никель-кадмиевых аккумуляторах, 11% – в пигментах, 8% – в красках, и остальные 4%
– в различных областях. 14
Agourakis D.C., Camargo I.M.C., Cotrim M.B., Flues M. Behavior of zinc and manganese from alkaline batteries in a soil column // Quimica Nova. 2006. Vоl. 29. № 5. P.
960-964. и S. Karnchanawong, P. Limpiteeprakan. Evaluation of heavy metal leaching from spent household batteries disposed in municipal solid waste // Waste
Management. 2009. Vol. 29. № 2. P. 550-558.
9 Высокинская Р.В. Возможности минимизации негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду в условиях Среднего
Урала: автореф. дис. … канд. г.-м. наук. М., 2006. 25 с.
10 Кабанова Т.С., Зайцев В.А., Ягодин Г.А. Экологические проблемы термической переработки твердых бытовых отходов // Экология и промышленность России. 2010.
Февраль. С. 47-49.
11 Critical review of the literature regarding disposal of household batteries: final report, 2007 / CalRecovery, Inc. Concord, California, 2007. 184 р.
12 Департамент жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства города Москвы. Информационно-аналитический портал.
www.dgkh.ru/docs/batt/polinfo.doc
13 Браун Л. Экоэкономика: Как создать экономику, оберегающую планету. М.: Весь мир, 2003.
14 Сперанская О. А., Цыгулева О. М. Обзор проблемы загрязнения кадмием, свинцом и ртутью окружающей среды в России и Украине. Шестой
Межправительственный форум по химической безопасности. М.: Программа по химической безопасности Центра «Эко-Согласие», 2008.
8
4
Влияние опасных веществ из ХИТ на здоровье человека
Элемент15
Цинк (Zn)
Марганец (Mn)
В каких
источниках
тока
встречается
Марганцевоцинковые и
щелочные
марганцевоцинковые
батарейки
МарганцевоНикель-кадмиевые
цинковые и
аккумуляторы
щелочные
марганцево-цинковые
батарейки
15
Кадмий (Cd)
При перечислении элементов имеются ввиду и их химические соединения
5
Ртуть (Hg)
Никель (Ni)
Ртутно-цинковые элементы,
которые были
распространены в 1980-х
годах, сейчас производятся
ограничено из-за высокой
опасности ртути (например, в
России их производит ОАО
"Энергия" в городе Ельце
Липецкой области). Но они
могут оставаться в
пользовании у жителей,
например, в старых часах или
фотоаппаратах/кинокамерах.
Среди любителей
использования старой
фототехники сейчас есть
«охота» за такими
батарейками.
Кроме того, следы ртути могут
присутствовать и в
марганцево-цинковых
батарейках для того, чтобы
затормозить коррозию цинка.
Никель-кадмиевые
и никель-металлгидридные
аккумуляторы
Влияние на
здоровье
Цинк оказывает
общетоксическое,
раздражающее
действие:
вызывает
тошноту,
кашель,
раздражение
кожи, слизистых
оболочек,
бессонницу.16
Канцероген (т.е.
провоцирует
развитие
онкологических
заболеваний)
В организме
человека избыток
марганца приводит к
неврологическим
заболеваниям17,
вызывает дистрофию
миокарда и
вегетативнососудистую
дистонию. Влияет на
холестериновый
обмен и развитие
атеросклероза. 18
Избыток кадмия в
организме
приводит к
нарушению работы
почек, повышению
кровяного
давления, к
снижению числа
эритроцитов.19
Кадмий вызывает
репродуктивные
нарушения.20
Накапливается в
организме
Канцероген21
Ртуть оказывает вредное
воздействие на почки, органы
пищеварения, центральную
нервную систему, сердце
человека, резко снижает
кровяное давление 22 и
крайне негативно влияют на
репродуктивную функцию
человека, а также на плод. 23
Накапливается в организме
Раздражает
глубокие
дыхательные пути,
вызывая
пневмонии и отек
легких независимо
от
пути
поступления
в
организм.
Значительное
общетоксическое
действие
направлено и на
нервную систему.
Канцероген.24
Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Бином. Лаборатория знаний, Мир, 2008.
Perl, D.P., & Olanow, C.W. The neuropathology of manganese-induced parkinsonism. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology, 2007. Vol. 66, No. 8, (August
2007), pp. 675–682.
18 Трахтенберг И.М., Тычинин В.А. Проблема кардиовазотоксического действия экзогенных химических веществ. Институт медицины труда АМН Украины. Киев,
2003. - http://www.rql.kiev.ua/cardio_j/2003/5/trachtenberg.htm
19 Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Бином. Лаборатория знаний, Мир, 2008.
20 Apostoli, P. & Catalani, S. Metal ions affecting reproduction and development. Metal Ions in Life Science, 2011, №8, 263-303.
21 Петросян В.С. Современные проблемы экотоксикологии // Материалы конференции «Некоторые новые направления химической экологии» / Науч. Труды
МНЭПУ. Сер. Экология. Вып. 8. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. С. 60-75.
22 Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Бином. Лаборатория знаний, Мир, 2008.
23 Ртуть и здоровье. Информационный бюллетень ВОЗ, 2012 (апрель). N°361.
24 Петросян В.С. Современные проблемы экотоксикологии // Материалы конференции «Некоторые новые направления химической экологии» / Науч. Труды
МНЭПУ. Сер. Экология. Вып. 8. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. С. 60-75.
16
17
6
Классификация ХИТ и способы переработки
Классификация
по электролиту
Тип
Размеры
Марганцевоцинковые
Солевые
(угольноцинковые,
сухие)
А, АА, ААА,
С (R14), D
(R20), F, ½
AA, R10,
«крона»
А, АА, ААА,
АААА, B, C,
D, F, N.
«монетки»,
«таблетки»,
«пуговицы»
Щелочные
(алкалиновы
е)
Серебряноцинковые
Никелькадмиевые
А, АА, ААА,
АААА, B, C,
D, F
Никельметаллгидридные
Литий-ионные
АА, ААА
Где используются
Батарейки
Самые распространѐнные
батарейки (используются
практически во всех домашних
устройствах: пульты, игрушки,
фонари, часы, калькуляторы и
т.д.)
Как узнать
Как перерабатываются
Надпись Heavy Duty,
Extra Heavy Duty, Super
Heavy Duty, а также
Normal или Standard
Перерабатываются на
собственном производстве
«Мегаполисресурс» при помощи
методов гидрометаллургии. В
результате переработки
получаются соли металлов
(марганец, цинк), а также графит и
железо
Перерабатываются на
собственном производстве
«Мегаполисресурс» при помощи
методов гидрометаллургии. В
результате переработки
получаются соли металлов
(серебро, цинк), а также железо
Надпись
«алкалиновая»
(alkaline)
Наручные часы, лазерные
указки и иные миниатюрные
электрические приборы
Аккумуляторы
Используются для
электроинструментов,
бытовых и медицинских
приборах
Могут использоваться во всех
домашних приборах
Аккумуляторы для телефонов,
ноутбуков и т.д.
7
Надпись
NiCd или NiCad
После сортировки отправляются
на заводы по производству
аккумуляторов компанийпартнеров
Надпись
NiMH (Ni-MH)
Надпись
Li-ion или LIB
Хранятся на оборудованном
складе до получения объѐмов,
необходимых для полноценного
исследования технологий
переработки