Reciclagem de baterias de íons de lítio por processamento mecânico

Abstract

A crescente produção de equipamentos eletrônicos, como computadores, câmeras digitais e, especialmente, aparelhos celulares tem provocado um descarte cada vez maior desses equipamentos em função da introdução de outros com maior tecnologia no mercado. Com isso, a quantidade de sucata eletrônica presente no lixo comum tem crescido de maneira acentuada. Por esse motivo, têm-se pesquisado tecnologias que possibilitem a reciclagem desse material. Para isso, é preciso conhecê-lo detalhadamente. O presente trabalho, portanto, faz uma caracterização detalhada sobre as baterias descartadas de íons de lítio e propõe uma rota de reciclagem com processos exclusivamente mecânicos. Na primeira parte, as baterias foram desmembradas e seus componentes classificados e pesados. Seus componentes foram analisados com relação a sua composição química e quantificados. Para a caracterização de cada um dos componentes dos eletrodos, foi usada a técnica de difração de raios-X. A quantificação desses componentes foi realizada através das análises de fotometria de chama, espectroscopia de absorção atômica e análise termogravimétrica. Os resultados indicaram presença de lítio, cobalto, cobre e alumínio, que são metais importantes do ponto de vista econômico, reforçando a importância de se desenvolver uma rota de reciclagem para este tipo de resíduo. Além disso, foi encontrada matéria orgânica (polímeros e grafite), que pode ser usada para geração de energia ou encaminhada para um processo de reciclagem. Na segunda etapa do trabalho, foram estudadas três rotas diferentes de processamento desses materiais, visando à recuperação do LiCoO2. Na rota 1, a sequência de etapas usadas foi: moagem em moinho de martelos – moagem em moinho de facas – separação magnética. Na rota 2, houve a substituição da moagem em moinho de facas pela separação granulométrica. Já na rota 3, foi adicionada uma etapa de secagem do material após a moagem em moinho de martelos. Antes, contudo, foi feito um estudo dos fatores que poderiam influenciar o processo, tais como velocidade da esteira do separador magnético e taxa de alimentação e tamanho das partículas. Dos testes preliminares realizados, as condições que obtiveram melhores resultados para a aplicação no processo foram: velocidade de rotação da esteira do separador magnético equivalente a 40rpm, taxa de alimentação de 10g/min e tempo de operação do jogo de peneiras igual a 30 minutos. Os resultados obtidos mostraram que as rotas estudadas, considerando a metodologia utilizada, são boas alternativas para serem usadas como prétratamento na reciclagem de baterias, separando até 97% do LiCoO2.

The increasing production of electronic equipment such as computers, digital cameras and, especially, cell phones, has caused a growing in disposal of these equipments by the introduction of new ones on the market with more technology. Thus, the amount of electronic waste in the landfills has grown sharply. Therefore, technologies have been researched to enable recycling of the material. But for this, one must know it in detail. This work, therefore, makes a detailed characterization of discarded lithium ion batteries and proposes a recycling route with mechanical processes exclusively. In the first stage, the batteries were dismantled and their components were classified and weighed. Its components were analyzed according to its chemical composition and quantified. For the characterization of each component of the electrodes was used X-ray diffraction. The quantification of these components has been done through flame photometry, atomic absorption spectroscopy and thermogravimetric analysis. The results showed a large quantity of lithium, cobalt, copper and aluminum, metals that are important economically, stressing the importance of developing a recycling route for this kind of waste. In addition, a considerable amount of organic material (polymers and graphite) was found and can be used for power generation or sent to a recycling process. In the second stage, three different routes of processing these materials were studied, aiming the recovery of the LiCoO2. In route 1, the sequence of steps used was: milling in hammer mill - milling in knife mill - magnetic separation. In route 2, the granulometric separation was added and the milling in knife mill stage was removed. In route 3, was added a drying step after milling in hammer mill. Before, however, some factors that could influence the process were studied, such as treadmill speed and feed rate of the magnetic separator and time of particle size separation. of preliminary tests, the conditions which obtained best results were: speed of rotation of the magnetic separator mat equivalent to 40rpm, feed rate equal to 10g/min and operating time of particle size saparation equal to 30 minutes. The results showed the studied routes, considering the methodology used, appear as a good alternative to be used as a pretreatment in the recycling of batteries, separating up to 97% of the desired material.