Resíduos de fones de ouvido : caracterização dos materiais e decrepitação por H2 de imãs de terras raras

Abstract

A grande maioria dos imãs de fones de ouvido comerciais possuem em sua composição neodímio (Nd), elemento químico pertencente ao grupo dos Lantanídeos. Para cada tonelada de Terras Raras (TR) produzida a partir de minérios, uma quantidade superior de resíduos tóxicos incluindo material radioativo são gerados, causando elevado impacto ambiental. Assim, a busca por fontes secundárias de elementos TR tem crescido nos últimos anos. Neste trabalho, objetivando avaliar os diferentes materiais presentes, resíduos sólidos de fones de ouvido, de diferentes marcas e modelos, foram coletados, desmontados e inicialmente avaliados por diferentes técnicas: difratometria de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente (ICP/OES) e microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV/EDS). Os imãs de Terras Raras foram desmagnetizados termicamente à 320ºC, a fim de viabilizar a sua análise, e permitir uma estimativa da proporção de imãs de TR presentes na amostra obtida de resíduos sólidos de fones de ouvido. De acordo com os resultados, 80% dos imãs analisados na etapa de caracterização foram manufaturados com TR. A partir dos resultados obtidos na primeira etapa, verificou-se a presença da fase Nd2Fe14B, com uma elevada concentração de Nd (22,27%) e Fe (62,65%), além da presença de outros materiais interessantes economicamente, como o cobre presente na fiação e bobinas. Isso evidencia a necessidade da recuperação destes metais, visando à obtenção de novos produtos e a recuperação de metais, especialmente o Nd para outras aplicações. Na segunda etapa desse trabalho, um processo de recuperação de imãs contendo elementos terras raras foi estudado, empregando o hidrogênio como agente de decrepitação em resíduos sólidos de fones com o objetivo de transformar os imãs em pó e posteriormente sugerir uma possível rota de recuperação. Partindo dos parâmetros utilizado por diversos autores uma matriz de planejamento de experimento foi construída. Nesse contexto, foram estudados três parâmetros de decrepitação: tempo, temperatura e pressão. Além disso, foram estudadas duas condições de processamento de imãs: imãs fraturados em duas partes e imãs íntegros revestidos. Os resultados iniciais dessa dissertação demonstram que os imãs com revestimento não reagiram ao hidrogênio, apenas imãs fraturados decrepitaram nas mesmas condições testadas em imãs revestidos. Ademais, os dados preliminares mostram que imãs de diferentes marcas e modelos podem reagir de maneira diferente em mesmas condições de tempo, temperatura e pressão. Isso, pode ser resultado de diferentes composições químicas desses materiais entre outros fatores apontados nesse trabalho.

The vast majority of commercial headphone magnets have neodymium (Nd) in their composition, a chemical element belonging to the Lanthanide group. For every ton of Rare Earths Elements (REE) produced from ores, a higher amount of toxic waste including radioactive material is generated, causing a high environmental impact. Thus, the search for secondary sources of REE has grown in recent years. In this work, aiming to evaluate the different materials present, solid residues of headphones, of different brands and models, were collected, disassembled and initially evaluated by different techniques: X-ray diffractometry (XRD), X-ray fluorescence (XRF), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP/OES) and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS). The REE magnets were thermally demagnetized at 320ºC, in order to enable their analysis, and allow an estimate of the proportion of REE magnets present in the sample obtained from solid waste from headphones. According to the results, 80% of the magnets analyzed in the characterization step were manufactured with REE. From the results obtained in the first step, the presence of the Nd2Fe14B, phase was verified, with a high concentration of Nd (22.27%) and Fe (62.65%), in addition to the presence of other economically interesting materials, such as copper present in wiring and coils. This highlights the need for recovery of these metals, aiming to obtain new products and the recovery of metals, especially Nd for other applications. In the second stage of this work, a process for the recovery of magnets, containing rare earth elements, was studied using hydrogen as a decrepit agent in solid headphones waste, with the objective of transforming the magnets into powder and then suggesting a possible recovery route. From the parameters used by several authors, an experiment planning matrix was built. In this context, three decrepitation parameters were studied: time, temperature and pressure. In addition, two magnet processing conditions were studied: two-part fractured magnets and intact coated magnets. The initial results of this dissertation demonstrate that coated magnets did not react to hydrogen, only fractured magnets decrepit under the same conditions tested on coated magnets. Furthermore, preliminary data show that magnets of different brands and models can react differently under the same conditions of time, temperature and pressure. This may be the result of different chemical compositions of these materials, among other factors pointed out in this work.