Desenvolvimento de um processo híbrido mais sustentável para extração de lítio e cobalto de baterias de íons de lítio

Abstract

As baterias de íons de lítio (BIL) são as mais empregadas como fonte de energia para dispositivos portáteis devido à sua alta densidade de energia. As BIL são compostas principalmente por lítio, cobalto, manganês, alumínio e cobre, sendo que os metais de maior interesse, e presentes em maior teor mássico, a serem recuperados são o Li e o Co com cerca de 5 a 7% e 5 a 20 %, respectivamente. Após seu período de vida útil as BIL podem ser utilizadas como fonte secundária para obtenção desses materiais. Assim, este trabalho tem por objetivo o estudo de uma rota mais ambientalmente favorável com o uso de processamento mecânico e hidrometalurgia, testando um agente lixiviante orgânico (ácido DL-Málico) para concentrar e extrair lítio e cobalto de BIL provenientes de aparelhos celulares. As baterias foram cominuídas e separadas granulometricamente e a fração menor que 500 μm foi utilizada na etapa hidrometalúrgica. As lixiviações foram realizadas por ácido DL-málico (C4H6O5) e comparadas com ácido sulfúrico (H2SO4), os experimentos foram conduzidos com e sem adição do agente oxidante peróxido de hidrogênio (H2O2). Também foi feito um estudo do pré-tratamento térmico da amostra de 500 μm, a 650ºC, para remoção prévia do aglutinante PVDF (fluoreto de polivinilideno), presente no pó catódico, e avaliar sua influência no teor de metais lixiviados. Os melhores rendimentos ocorreram na presença de H2O2 10 % v/v e com pré-tratamento térmico. Fazendo uma extrapolação dos melhores resultados obtidos, e considerando 1 tonelada de BIL, no processo realizado com ácido sulfúrico, seria possível recuperar 188,4 kg de Co e 24,2 kg de Li. Ao ser utilizado o ácido DL-málico, seria possível obter 169,6 kg de Co e 20,7 kg de Li. Mesmo sabendo que estes resultados referem-se a condições ideais de laboratório, os dados sugerem que o uso do ácido DL-málico possui grande potencial para ser utilizado em processos de lixiviação do Cobalto e do Lítio a partir dos resíduos de BIL.

The lithium-ion batteries (LIB) are the most used because of their high energy density. The LIB are mainly composed by lithium, cobalt, manganese, aluminum, and copper, the metals of greatest interest, and present in higher mass content, to be recovered are Li and Co with about 5 to 7% and 5 to 20%, respectively. After their useful life, BIL can be used as a secondary source to obtain these materials. Therefore, this work aims to study a more environmentally favorable route using mechanic processing and hydrometallurgy, assessing an organic leaching agent (DL-Malic acid), to concentrate and extract lithium and cobalt from cellphone’s LIB. The batteries were comminuted, granulometrically separated and, the fraction which the particles were smaller than 500 µm was used in the hydrometallurgical. The leaching were performed by DL-Malic acid (C4H6O5) and compared with sulfuric acid (H2SO4); the experiments were conducted with and without addition of oxidant agent hydrogen peroxide (H2O2). A heat pretreatment study, at 650 °C, also had been carried out for sample of 500 m size aiming to remove the PVDF binder, present in the cathode powder, and evaluate its influence on the content of leached metals. The best yields occurred in presence of H2O2 10 % v/v, and with heat pretreatment. By extrapolating the best results obtained, and considering 1 ton of BIL, in the process carried out by sulfuric acid, it would be possible to recover 188.4 kg of Co and 24.2 kg of Li. When using DL-malic acid, it would be possible to obtain 169.6 kg of Co and 20.7 kg of Li. Even though these results refer to ideal laboratory conditions, the data suggest that the use of DL-malic acid has great potential for use in Cobalt and Lithium leaching processes from BIL waste.