Dissolução verde de baterias níquel metal-hidreto para recuperação seletiva de metal crítico

Abstract

Resíduos de baterias níquel metal-hidreto (NiMH) são ótimos candidatos para a mineração urbana visando a obtenção de metais de alto valor econômico e críticos, pois possuem terras raras, cobalto e níquel. Buscando explorar esta fonte secundária para reintrodução desses metais na cadeia produtiva, neste trabalho foi investigado o potencial de aplicação de ácidos orgânicos para lixiviação do material do cátodo e do ânodo de baterias NiMH (denominado massa negra). A lixiviação com ácidos orgânicos é importante do ponto de vista da saúde e meio ambiente pois são menos tóxicos, além de serem de mais fácil degradação. Além disso, por serem menos oxidantes que os tradicionais ácidos inorgânicos podem-se obter certa seletividade no processo de lixiviação. Neste sentido, os experimentos foram conduzidos objetivando obter uma lixiviação seletiva, principalmente para o metal crítico cobalto, trabalhando com baixas concentrações e ácidos mais benignos para à saúde e o meio ambiente. Uma amostra de 23 baterias de NiMH inicialmente foi caracterizada qualitativamente através da análise de fase por XRD, junto a análise morfológica e ao mapeamento elementar por SEM-EDS e em seguida investigou-se o potencial de lixiviação utilizando-se ácido acético, lático, metanossulfônico, cítrico e tartárico variando a concentração do ácido, temperatura e tempo de lixiviação na presença ou não de peróxido de hidrogênio. As condições ótimas para melhor seletividade de cobalto foram solução de ácido acético 2 mol L -1 , razão sólido:líquido sendo 1:10, à temperatura de 25 °C por 180 min com a adição de H 2 O 2 30 % (v/v). A porcentagem de lixiviação máxima alcançada para os metais avaliados, nessas condições, foi 17, 57, 2,5, 10 e 6,5 % (m/m) para Ni, Co, Mn, La e Ce, respectivamente, sendo o fator de seletividade para Co igual a 0,154. A cinética de lixiviação foi mais bem descrita pelo modelo de núcleo não reagido, no qual o processo é controlado pela reação do ácido lixiviante através da difusão do filme formado na superfície das partículas de massa negra. Palavras-chave: Economia circular. Baterias Níquel metal-hidreto. Lixiviação seletiva.Waste nickel-metal hydride (NiMH) batteries are great candidates for urban mining to obtain high economic value and critical metals, as they contain rare earth, cobalt, and nickel. Seeking to explore this secondary source for the reintroduction of these metals in the production chain, this work investigated the potential of application of organic acids for leaching of material from the cathode and anode of NiMH batteries (called black mass). Leaching with organic acids is important from a health and environmental point of view as they are less toxic and are more easily degraded. In addition, as they are less oxidizing than traditional inorganic acids, a certain selectivity can be obtained in the leaching process. In this sense, the experiments were conducted aiming to obtain selective leaching, mainly for the critical metal cobalt, working with low concentrations and more benign acids for health and the environment. A sample of 23 NiMH batteries was initially characterized qualitatively through phase analysis by XRD, together with morphological analysis and elemental mapping by SEM-EDS and then the leaching potential was investigated using acetic, lactic, methanesulfonic acid. , citric and tartaric, varying the acid concentration, temperature, and leaching time in the presence or absence of hydrogen peroxide. The optimal conditions for better cobalt selectivity were 2 mol L -1 acetic acid solution, solid: liquid ratio being 1:10, at 25 °C for 180 min with the addition of 30% H 2 O 2 (v/v). The percentage of maximum leaching reached for the evaluated metals, under these conditions, was 17, 57, 2.5, 10, and 6.5 % (m/m) for Ni, Co, Mn, La, and Ce, respectively, being the factor of selectivity for Co equal to 0.154. The leaching kinetics was best described by the unreacted core model, in which the process is controlled by the reaction of the leaching acid through the diffusion of the film formed on the surface of the black mass particles. Keywords: Circular economy. Nickel metal hydride batteries. Selective leaching.