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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2007.tde-01042008-112312
Document
Author
Full name
Vivian Cristina Inacio Takahashi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2007
Supervisor
Committee
Tenório, Jorge Alberto Soares (President)
Espinosa, Denise Crocce Romano
Torem, Maurício Leonardo
Title in Portuguese
Reciclagem de baterias de íon de Li: condicionamento físico e extração do Co.
Keywords in Portuguese
Baterias elétricas (reciclagem)
Íons
Lítio
Abstract in Portuguese
Com o avanço da tecnologia aplicada em aparelhos celulares, são lançados no mercado modelos menores, mais leves e com maior rapidez em seu sistema operacional. Tudo isso atrai muito os consumidores, que por sua vez, trocam seus antigos aparelhos celulares por novos e modernos. Essas adesões e trocas freqüentes de aparelhos celulares geram um descarte significativo de todos os seus componentes e dentre eles a bateria. Assim, pelo fato do cobalto estar presente nesse tipo bateria e ser um metal com alto valor agregado, ele faz parte do estudo do presente trabalho. Este trabalho tem por objetivos estudar as etapas de condicionamento físico e de lixiviação como fases iniciais do processo de reciclagem de baterias de íons de lítio. Para a caracterização das baterias, as mesmas foram desmanteladas manualmente para a separação dos componentes. Os eletrodos foram caracterizados por espectrofotometria de absorção atômica, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura com analise de microrregiões. Os ensaios de lixiviação foram feitos usando-se os seguintes parâmetros: pH entre 3 e 5, temperaturas de 25 e 50ºC, relação sólido/líquido de 1/5, tempos de 1 a 4h. Foram utilizados como meio lixiviante soluções de acido sulfúrico, clorídrico e nítrico. Peróxido de hidrogênio foi adicionado ao acido sulfúrico como agente oxidante. Os resultados alcançados mostraram que entre os moinhos de martelos, de facas e de bolas o que apresentou o melhor desempenho para a moagem de baterias de íons de lítio foi o moinho de facas. O bombardeamento com ultra-som faz com que haja a liberação do material ativo dos eletrodos que fica aderido aos suportes de cobre e alumínio mesmo apos moagem. A diminuição do pH de 5 para 3 e o aumento da temperatura de 25 para 50ºC causam o aumento da velocidade de lixiviação em meio sulfúrico do oxido de cobalto. A presença de agente oxidante na lixiviação acida faz com que diminua o tempo de lixiviação do oxido de cobalto. A lixiviação com acido nítrico e com acido sulfúrico com adições de peróxido de hidrogênio são os melhores meios de lixiviação quando comparados ao acido clorídrico e ao acido sulfúrico sem oxidante para as mesmas condições de pH e de temperatura. Nas etapas de extração liquido-liquido e reextração foram utilizados os seguintes parâmetros: relação orgânico-aquoso de 1/1, temperatura de 50ºC, pH 4 e tempo de 5 minutos na etapa de extração e como solução aquosa na fase da reextração o acido sulfúrico 2M. Nas duas etapas foi utilizado como extratante o Cyanex 272 diluído em querosene. Os resultados alcançados mostraram que nos primeiros dois contatos das fases orgânicas e aquosas já se obtém as melhores porcentagens de extração e reextração. A eficiência global dos quatro contatos na etapa de extração foi de 94% e na etapa de reextracao foi de 98%.
Title in English
Recycling of ion Li batteries: physical conditioning and Co extraction.
Keywords in English
Batteries
Cobalt
Hydrometallurgy
Lithium
Recycling
Abstract in English
The fast changes in technologies applied to mobile phones causes an incredible appearance of new and even better models each day. As a consequence, each year increase the amounts of waste of electronic and electric equipments including batteries that should be disposed of. The goal of the present work is to study methods of physical conditioning and acid leaching of Li-ion batteries. Hand disassembling Li-ion batteries was performed to identify and characterize the components of scrap Li-ion batteries. Materials extracted form the electrodes were characterized using X-ray diffraction, atomic absorption spectrophotometry and scanning electron microscopy coupled with EDS micro-probe. Leaching tests were carried out using the following parameters: pH (3 - 5), temperature (25 and 50ºC), solid/liquid ratio equal to 1/5, leaching time (1 to 4h). Sulfuric acid, chloridric acid and nitric acid were tested as leaching media. Hydrogen peroxide was tested as an oxidizing agent during leaching tests using sulfuric acid. The results obtained showed that knives mill presented better results to grind the scraps in comparison to hammer and balls mills. Ultrasonic treatment was effective to release the active cell materials from copper and aluminum. Decreasing pH from 5 to 3, and increasing the temperature from 25 to 50ºC cause the increasing of the leaching rate of cobalt oxide. Oxidizing conditions also increase the rate of cobalt oxide leaching. Nitric acid and sulfuric acid plus hydrogen peroxide leaching results in better leaching rates compared to chloridric acid and sulfuric acid.
 
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Publishing Date
2008-04-04
 
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