Reciclagem de baterias de Li-ion tipo NMC 811 para obtenção de metais críticos.

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Guimarães, Lucas Fonseca
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Baterias de Li-ion; Critical metals; Electric vehicles; Hidrometalurgia; Hydrometallurgy; Li-ion batteries; Metais críticos; Purificação; Purification; Veículos elétricos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-09122024-083138/

A produção de carros e veículos elétricos representa uma nova tendência no mercado automobilístico. Os veículos movidos a motores de combustão estão sendo substituídos cada vez mais pelos veículos movidos a motores elétricos na tentativa de diminuir a emissão de CO2 à atmosfera. Os veículos elétricos utilizam baterias de íons de lítio (LIBs) para seu funcionamento, que possuem em sua composição metais considerados críticos, com reservas mundiais cada vez mais escassas. Dessa maneira, a reciclagem dessas baterias surge como uma solução cada vez maior na recuperação desses metais e sua reutilização na cadeia produtiva dentro de uma economia circular. O presente trabalho desenvolve uma rota hidrometalúrgica de recuperação de metais críticos presente em baterias do tipo NMC 811. Inicialmente, a caracterização estuda três LIBs cilíndricas que foram desmontadas e caracterizadas. As baterias foram inicialmente descarregadas por meio do acoplamento de fios de resistência de Ni-Cr e, em seguida, desmontadas manualmente. Em seguida, as baterias foram secas a 60°C por 24h para evaporação do eletrólito; a perda de massa foi considerada a massa do eletrólito. As análises dos eletrodos no microscópio eletrônico de varredura foram realizadas usando MEV-EDS. As estruturas metálicas externas e as dos separadores foram determinados por DRX e FTIR, respectivamente. A digestão dos eletrodos em água régia seguida de análises de EDXRF e AAS foi realizada para quantificação química. As baterias foram determinadas como NCA, NMC 811 e LFP; os separadores foram determinados como sendo de polipropileno; os invólucros metálicos eram de aço inoxidável Fe-Cr. Uma avaliação econômica preliminar para cada bateria foi realizada para mostrar o tipo de bateria com a maior tendência de mercado, enfatizando a importância dos processos de reciclagem de LIB. A NMC 811 obteve o preço mais alto (US$/tonelada) por seus metais combinados e, portanto, recebeu a maior atenção do mercado. Em seguida, 20 baterias cilíndricas NMC 811 foram moídas em um moinho de facas, peneiradas e lixiviadas sem um agente redutor. Os agentes lixiviantes estudados foram os ácidos sulfúrico e o fosfórico. Foram estudados parâmetros como concentração de ácido (0,5mol/L, 0,75mol/L, 1,0mol/L e 2,0mol/L), proporção sólido/líquido (1:3, 1:5, 1:10 e 1:25), temperatura (25, 50, 75 e 90ºC) e tempo. O ácido sulfúrico foi determinado como o mais eficiente nos estudos, com os parâmetros ideais sendo concentração de 1,0 mol/L, uma relação sólido/líquido de 1:10 e 90ºC. Essas condições lixiviaram totalmente Li, Ni e Co, 93% de Mn e 48% de Al. O licor de lixiviação nessas condições foi usado para os ensaios seguintes de ozonização, para precipitar MnO2. Experimentos de extração por solventes, usando Cyanex 272 e D2EHPA, e de troca iônica usando resinas Dowex® M4195 e Lewatit® MonoPlus TP 220 foram realizados para extração de Al e de Ni e Co. Precipitações seletivas usando NaOH, H2C2O4 e Ca(OH)2 foram feitas para recuperar, respectivamente, Al(OH)3, oxalato de Ni e de Co, e LiOH. Por fim, o balanço de massa de cada etapa da rota foi calculado e uma análise de ciclo de vida (LCA) da mesma foi realizada utilizando o software SimaPro, a fim de avaliar os impactos ambientais da rota proposta.