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Title: Desenvolvimento de Processos Hidrometalúrgicos para a Reciclagem de Metais de Baterias de Ni-MH de Telefones Celulares
metadata.dc.creator: Santos, Vinicius Emmanuel de Oliveira dos
Keywords: Baterias Ni-MH;Método hidrometalúrgico;Terras raras;Cobalto;Níquel;Ni-MH batteries;Recycling;Hydrometallurgical method;Rare earth;Cobalt;Nickel
Issue Date: 1-Aug-2012
Publisher: Universidade Federal do Espírito Santo
Citation: SANTOS, Vinicius Emmanuel de Oliveira dos. Desenvolvimento de Processos Hidrometalúrgicos para a Reciclagem de Metais de Baterias de Ni-MH de Telefones Celulares. 2012. 127 f. Dissertação (Mestrado em Mestrado em Química) - Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2012.
Abstract: Neste trabalho, um método hidrometalúrgico para a recuperação dos metais terras raras, cobalto, níquel, ferro e manganês dos eletrodos negativos exauridos das baterias de telefone celular é desenvolvido. Os compostos das terras raras foram obtidos por precipitação química em pH 1,5 com NaCe(SO4)2.H2O e La2(SO4)3.H2O como os principais componentes recuperados. A composição e a concentração relativa dos elementos químicos que constituem os materiais recuperados foram determinados por espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES).Esta análise confirma que os elementos níquel, cobalto,ferro e manganês permanecem em solução após a precipitação do cério e lantânio. O ferro é recuperado como Fe(OH)3 e FeO. Além disso o precipitado de hidróxido de manganês inicialmente formado sofre um processo de envelhecimento em soluções alcalinas e na presença de oxigénio, manganês é obtido como Mn3O4. Níquel e cobalto foram recuperados como β -Ni(OH)2 e Co(OH)2. Os hidróxidos recuperados de cobalto e níquel são subsequentemente utilizados para sintetizar materiais de cátodos LiCoO2,LiNiO2 e CoO para uso em baterias de Li-ion. Os ânodos e materiais reciclados são caracterizados por difração de raios - X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), energia dispersiva de raios-X, (EDX), espectroscopia de infravermelho com transformada de fourier (FT-IR), termogravimetria (TG/DTG) e espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). Métodos químicos e eletroquímicos para reciclagem de Ni, Co, Zn e Mn dos eletrodos positivos exauridos de baterias de Ni-MH foram desenvolvidos. Os materiais reciclados por precipitação química tem a composição β - Ni(OH)2, Co(OH)2, Zn(OH)2 e Mn3O4. O pó retém, nitrato,sulfato e carbonato de ânios a partir da solução mãe, bem como água adsorvida.Estudos utilizando voltametria cíclica mostram que a densidade de corrente diminui para taxas de varredura maiores que 10 mVs-1 por causa da formação de filmes de hidróxido. As quantidades de Ni2+,Co2+,Zn2+ e Mn2+ foram obtidas por análise da solução utilizando espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), que demonstraram que o método de eletrodeposição exibe um comportamento anómalo. As quantidades de íons de níquel depositado está relacionado com a composição dos banho de sulfamato. A presença de manganês nos eletrodepósitos é devido à precipitação do Mn(OH)2 e Zn(OH)42- não sofre redução no intervalo investigado de potencial. O material eletrodepositado contém Ni, Co, CoO, Co(OH)2, e Mn3O4. Uma eficiência da carga de 83,7 % foi obtida para os eletrodepósitos formados por aplicação de -1,1 V vs Ag /AgCl a uma densidade de corrente de - 90 Ccm-2. A dissolução dos eletrodepósitos depende do potencial aplicado
In this work, a hydrometallurgical method for the recovery of rare earth metals, cobalt, nickel, iron, and manganese from the negative electrodes of spent Ni-MH mobile phone batteries is developed. The rare earth compounds are obtained by chemical precipitation at pH 1.5 with NaCe(SO4)2.H2O and La2(SO4)3.H2O as the major recovered components. The composition and relative concentration of the chemical elements that constitute the recovered material are determined by inductively coupled plasma optical emission Spectroscopy (ICP-OES). This analysis confirms that the elements cobalt, nickel, iron, and manganese remain in solution after precipitation of the cerium and lanthanum. Iron is recovered as Fe(OH)3 and FeO. In addition, because manganese hydroxide precipitate initially undergoes an aging process in alkaline solutions and in the presence of oxygen, manganese is obtained as Mn3O4. Nickel and cobalt are recovered as β-Ni(OH)2 and Co(OH)2. The recovered cobalt and nickel hydroxides are subsequently used to synthesize the cathode materials LiCoO2, LiNiO2 and CoO for use in Li-ion batteries. The anodes and recycled materials are characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetry (TG/DTG) and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). Chemical and electrochemical recycling methods for the Ni, Co, Zn and Mn from the positives electrodes of spent Ni-MH batteries were developed. The materials recycled by chemical precipitation has the composition β-Ni(OH)2, Co(OH)2, Zn(OH)2 and Mn3O4. The powder retains, sulphate, nitrate and carbonate anions from the mother solution as well as adsorbed water. Studies using cyclic voltammetry show that the current density decreases for scan rates greater than 10 mV s-1 because of the formation of hydroxide films. The amounts of Ni2+, Co2+, Zn2+ and Mn2+ were obtained by analysis of the solution using the inductively coupled plasma with optical emission spectroscopy technique, which demonstrated that the electrodeposition method exhibits anomalous behavior. The amount of deposited nickel ions is related to the composition of the sulfamate bath. The presence of manganese in the electrodeposits is due to the precipitation of Mn(OH)2, and Zn(OH)42- does not undergo reduction in the investigated potential range. The electrodeposited material contains Ni, Co, CoO, Co(OH)2, and Mn3O4. A charge efficiency of 83.7% was attained for the electrodeposits formed by the application of -1.1 V vs. Ag/AgCl at a current density of -90 C cm-2. The dissolution of the electrodeposits depends on the applied potential
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/6738
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