Reciclagem de baterias de veículos elétricos: obtenção dos metais a partir de um processo hidrometalúrgico utilizando ácidos orgânicos.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Martins, Livia Salles
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Ácido cítrico; Ácido oxálico; Baterias; Citric acid; Electric vehicles; Electronic waste; Li-ion; LCO; Oxalic acid; Reciclagem; Resíduos eletroeletrônicos; Veículos elétricos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-05072023-102835/

A demanda por baterias de íons de lítio (LIBs) vem crescendo nos últimos anos devido ao aumento do uso de carros elétricos. Isso tem causado preocupação com a quantidade de resíduos de LIBs e a falta de matéria-prima para suprir a demanda por novas baterias, principalmente pela falta de cobalto e lítio gerando interesse na reciclagem. Não obstante, os processos de reciclagem precisam também ter menor impacto ambiental. Uma das alternativas é o uso de ácidos orgânicos ao invés dos tradicionais ácidos inorgânicos no processamento hidrometalúrgico. Entre os tipos de LIBs, as baterias do tipo pouch merecem destaque tanto no setor automobilístico quanto eletroeletrônico, para fabricação de equipamentos mais compactos. Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de uma rota de reciclagem de baterias do tipo pouch usando ácidos orgânicos. Três tipos de baterias foram caracterizadas, sendo: de óxido de Li, Ni, Mn e Co (NMC), fosfato de Li e Fe (LFP) e óxido de Li e Co (LCO). As baterias do tipo LCO tem maior teor de Co e são as mais utilizadas no setor eletroeletrônico, e por esta razão foi escolhida para este estudo. Cada célula da bateria LCO tem 21,1% de Co, 2,8% de Li, 13,2% de Cu, 4,3% de Al e 17,6% de C. A primeira etapa do processo é a moagem, seguida por separação granulométrica para remoção do case e do eletrólito das baterias. Nesta etapa de pré-tratamento, 87,1% dos polímeros e 100% do eletrólito são removidos das baterias. O material que vai para a lixiviação tem tamanho de partícula inferior a 2mm. Neste trabalho, avaliou-se o uso do ácido cítrico (C6H8O7) sem o uso de agente redutor, e estudou-se a eficiência da lixiviação variando a concentração de ácido, razão sólido-líquido, temperatura e tempo. A lixiviação de Co e Li atingiu 100% na concentração de C6H8O7 1mol/L, 90°C, razão 1/10 por 2h (condição 1). Verificou-se também que na mesma temperatura e concentração de ácido, na razão 1/5 por 5h teve a mesma porcentagem de lixiviação (condição 2). Não foi necessária a adição de agente redutor para obter 100% de lixiviação de Co. Não houve lixiviação de Cu em ambas as condições. Após a lixiviação, o Co foi separado do licor utilizando ácido oxálico (C2H2O4) na forma de oxalato de Co. A 50°C, por 30min em uma razão molar de Co:ácido oxálico de 1:2, houve precipitação de 99,2% de Co com 100% de pureza. O estudo preliminar da calcinação da solução sintética simulando o licor obtido na lixiviação foi realizado com e sem Co. A 500°C por 2h, foi possível obter Li2CO3 e o material similar ao cátodo original da bateria. Conclui-se que é possível o uso de ácidos orgânicos sem uso de agente redutor para reciclagem de bateria de íons de Li do tipo LCO com obtenção de oxalato de Co e Li2CO3, como também do material similar ao cátodo da bateria.