Rafael Gundim Silva
Título
REPROCESSAMENTO QUÍMICO DE BATERIAS DE ÍON-LÍTIO DE APARELHOS CELULARES E SUA AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA
Resumo
Esta pesquisa descreve uma rota para recuperação de cobalto (Co) e lítio (Li) a partir de baterias de íon-lítio usadas através de lixiviação ácida. Foram utilizados como lixiviantes os seguintes ácidos: sulfúrico, clorídrico, fluorídrico e fórmico. Adicionou-se peróxido de hidrogênio como redutor, com exceção do ácido fórmico, uma vez que ele próprio é um redutor. As experiências foram realizadas a 25-40 oC por 1-3 h. Nas melhores condições experimentais a ordem decrescente de eficiência de lixiviação foi HCl ≈ HF > H2SO4 > HCOOH. Mais de 90% em massa de cobalto e lítio foram lixiviados pelos ácidos inorgânicos. O resíduo insolúvel corresponde principalmente ao carbono presente no cátodo. Co(II) foi extraído com D2EHPA (ácido di-2-etilhexilfosfórico) 16 vol.% diluído em n-heptano em pH ~5 (razão FA/FO 1:1 vol/vol, um estágio, 25 °C). A reextração do Co(II) foi possível utilizando ácido diluído (1-2 mol L-1 HCl ou H2SO4; 4-5 mol L-1 HF ou HCOOH). O lítio foi isolado a partir do rafinado por precipitação como carbonato ou fosfato. Empregou-se a avaliação do ciclo de vida (ACV) utilizando o software SimaPro para identificar entre os quatro ácidos aqueles com o menor impacto ambiental no processamento das baterias de íon-lítio por lixiviação ácida. Os resultados mostraram que os créditos ambientais da recuperação do cobalto e do lítio superam os impactos negativos da lixiviação ácida; o processamento com ácido clorídrico (HCl) foi o de menor impacto ambiental. Pode-se concluir que a ferramenta ACV se mostrou adequada à análise do processamento químico estudado.
Abstract
This research describes a route for recovery of cobalt and lithium from spent lithium-ion batteries through acid leaching. Sulfuric, hydrochloric, hydrofluoric and formic acids were used as leachants. Hydrogen peroxide was added as a reductant, with the exception of formic acid, since it is itself a reductant. Experiments were performed at 25-40 ° C for 1-3 h. Under the best optimum conditions, the leaching efficiency order was HCl ≈ HF > H2SO4 > HCOOH. More than 90 wt.% of cobalt and lithium were leached by inorganic acids. The insoluble matter corresponds mainly to the cathode carbon. Co(II) was extracted with D2EHPA 16 vol.% diluted in n-heptane at pH ~5 (1/1 A/O volume ratio, one stage, 25 °C). The loaded organic was stripped using a dilute leachant (1-2 mol.L-1 HCl or H2SO4; 4-5 mol.L-1 HF or HCOOH). Lithium was isolated from the raffinate by precipitation as carbonate or phosphate. A life cycle assessment (LCA) using the SimaPro software was employed to identify among the four acids those with the least environmental impact in the processing of lithium-ion batteries by acid leaching. The results indicated that the environmental credits of recovery of cobalt and lithium are higher than the impacts of the acid leaching process; leaching with hydrochloric acid (HCl) presented the lowest environmental impact. It can be concluded that the LCA tool was adequate to the analysis of acid leaching process studied.
