Reciclagem de baterias de íons de lítio: recuperação de Li, Ni, Co e Al por eletrodiálise.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Lima, Anastássia Mariáh Nunes de Oliveira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertacoes da USP; Universidade de São Paulo; Escola Politécnica
• Palavras-chave em Português: Reciclagem; Eletrodiálise; Hidrometalurgia; Purificação; Membranas; Purification; Membranes; LIBs; Hydrometallurgy; Electrodialysis; Electric vehicles
• Link de acesso: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-04052026-071705/

O avanço da tecnologia em diversos setores da sociedade levou a um aumento na demanda por baterias de íon lítio (LIBs). Após o uso dessas baterias, as mesmas são descartadas, e a reciclagem das LIBs vem como uma oportunidade para implementação de uma economia circular a partir da recuperação dos metais de alto valor além de contribuir com o meio ambiente. Existem diferentes composições em metais de interesse presentes nos cátodos das LIBs, como por exemplo: NCA, NMC, LMO. LCO e LFP. A principal rota utilizada para reciclagem é a hidrometalúrgica, sendo dividida em lixiviação, purificação e recuperação. Nas etapas de purificação e separação, pode-se utilizar técnicas como precipitação, extração por solvente, resinas de troca iônica e eletrodiálise. O presente trabalho tem por objetivo estudar a separação de metais na reciclagem da bateria do tipo NCA. Foram utilizadas soluções sintéticas simulando ao licor lixiviado sulfúrico. As técnicas escolhidas foram a precipitação e a separação por membranas de eletrodiálise, usando um sistema em escala laboratorial. Estudou-se o efeito do pH na precipitação de Alumínio utilizando NH4OH como agente precipitante, e foi verificado que em pH 4,6 todo o Al é precipitado, com coprecipitação de 11% de Ni e 6% de Co. O Li permaneceu no filtrado. A etapa de lavagem do precipitado com água em pH 4,5, que permitiu que o precipitado final apresentar um precipitado com menos coprecipitação na composição final. Nos ensaios de eletrodiálise, foram analisadas três membranas catiônicas diferentes, uma membrana homogênea HDX, uma membrana protiônica Nafion 117 e uma membrana monovalente CSE WS. Nas membranas HDX, três diferentes correntes foram testadas. Os resultados mostraram em todas as correntes que todos os metais são transportados através da membrana catiônica, e os íons de Al são os íons que ficaram mais retidos nas membranas. Para os ensaios das membranas Nafion 117 e monovalente, a solução do melhor resultado da membrana HDX foi complexada com EDTA, formando o complexo aniônico Ni-EDTA, com o intuito que o complexo aniônico separe os íons de Ni em um compartimento de concentrado de ânions. Os resultados para a membrana Nafion 117, indicaram a passagem dos cátions, sendo o Li em maior concentração molar e o Ni em menor concentração molar devido à complexação. Já os resultados da membrana monovalente se mostraram seletiva para os íons de Li, enquanto que os demais metais não apresentaram baixo transporte através da membrana. Após esses ensaios, foi determinada uma rota de recuperação dos metais Ni, Co, Al e Li por eletrodiálise, que foi dividida em três etapa principais, na qual a primeira é a separação do Li, seguida da separação do Ni e uma última etapa de separação de Co e Al. As soluções finais contendo os metais apresentavam uma pureza de 99,3% de Li, 98,7% de Ni, 94,7% de Co e 100% de Al.