Procesamiento mecánico y lixiviación química en la recuperación de elementos valiosos de baterías de litio

Ramirez-Quintero, Deyber Alexander; Pimentel, Marcos Batista Cotovia; Eleutério Filho, Sebastião; Oliveira, Carlos Roberto Mendes de

doi:10.1590/1809-4422asoc00201vu27L4OA

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Original Article • Ambient. soc. 27 • 2024 • https://doi.org/10.1590/1809-4422asoc00201vu27L4OA linkcopiar

Procesamiento mecánico y lixiviación química en la recuperación de elementos valiosos de baterías de litio

Autoría SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumen

La implementación del Sistema de Logística Inversa de Brasil, regulado por el decreto 10.240/2020, enfrenta desafíos ambientales y tecnológicos significativos en la recolección y tratamiento de residuos eléctricos y electrónicos postconsumo (e-waste). Para mitigar los impactos adversos del e-waste en el medio ambiente y la salud humana, es necesario desarrollar tecnologías sostenibles. Esto incluye la creación de rutas tecnológicas para reutilizar materiales valiosos del e-waste, apoyando los principios de la economía circular y fomentando el desarrollo socioeconómico. Específicamente, el creciente descarte de baterías de litio requiere métodos de reciclaje eficientes, de bajo costo y respetuosos con el medio ambiente. Este estudio explora el establecimiento de una ruta tecnológica para recuperar elementos valiosos de baterías de litio agotadas. Se enfatiza el procesamiento físico sin tratamiento térmico y los métodos hidrometalúrgicos que involucran lixiviantes inorgánicos y orgánicos. El objetivo es facilitar la adopción de estos métodos en el sector industrial del país.

Palabras-clave:
Sistema de Logística Inversa; Baterías de Litio; Procesamiento mecánico; Residuos Electroelectrónicos; Proceso de lixiviación

Structural Component	Chemical Composition	Hazardous Effects
Anode	Copper (metal foil)	Gastrointestinal problems
	Grafite	It irritates the eyes and mucous membranes
Cathode Oxide	Aluminum (metal foil)	Lung damage
	Cobalt Oxide	Respiratory effects, congestion, edema, and lung hemorrhage
	Manganese Oxide (VI)	Lung damage
	Nickel Oxide	Skin carcinogenesis
	Lithium	Non-hazardous if ingested
Electrolyte	LiPF₆	Toxic smoke during heating/burning
Binders	Polypropylene	Vapors when burned (mucous irritation)
Binders	Polyvinylidene fluoride	Toxic when inhaled; Toxic smoke during heating

Author	Battery type	Perfo-ration in battery	Subs-tances used	Initial voltage	Final voltage	Concen-tration (wt%)	Time
Lu et al., 2013	Coin CR2025	Yes	NaCl	60% charge, ≈3,85 V	≈0.5 V	1.5 e 10	1% →70 min 5% → 25 min 10% → 10 min
Li et al., 2016	18650 (typical laptop batteries)	No	NaCl	-	-	5.10 e 20	5%→358 min→65,0% (max 73.6%) 10%→358 min→72.0% (max 75.6%) 20%→358 min→71,4% (max 76.8%) max 1460 min (24 h)
Shaw-Stewart et al., 2019	18.650	No	HCO₃ HPO₄ NH₄HCO₃ H₂PO₄ NaNO₂	4.2 V	Between 2 e 3 V	5	1440 min (24 h)

Components	Percentages (w/w)
Cathode + Anode + Electrolyte*	40.0%
External plastic casing	23.0%
Steel shielding	10.5%
Non-aqueous solvent	4.5%
Copper foil	8.2%
Aluminum foil	6.1%
Polymeric separator	5.1%
Electrical contacts	2.6%

Inorganic Acids				Organic Acids
Substance	Reference	Concen-tration	Efficiency (%)	Substance	References	Concen-tration	Efficiency (%)
Hydrochloric Acid	Wang et al. (2009);	4 M	Co: 97-99 Li: 97-98 Mn: 98-99 Ni: 97-99	Citric Acid	Fan et al. (2016);	1.25 M	Co: 90-97 Li: 89-100 Mn: 28-98 Ni: ≈93
	Shuva and Kurny (2013);	3 M
	Guzolu et al. (2016);	5 M			Zheng et al. (2016)	4 M
	Silva et al. (2018).	12 M
Nitric Acid	Lee and Rhee (2002);	1 M	Co: 50-95 Li: 80-95 Mn: ≈20 Ni: ≈40	Oxalic Acid	Sun and Qiu (2012);	2 M	Co: 97-98 Li: ≈98
	Castillo et al. (2012).	2 M	Co: 50-95 Li: 80-95 Mn: ≈20 Ni: ≈40		Zeng et al. (2015)	15 g/L	Co: 97-98 Li: ≈98
Sulfuric Acid	Chen and Ho (2018);	2 M	Co: 66-98 Li: 90-99 Mn: 50-98 Ni: 96-98	Malic Acid	Li et al. (2010a);	1.5 M	Co: 46-98 Li: 82-99 Mn: ≈99 Ni: ≈99
	Meshram, Pandey, Mankhand (2015);	1 M
	Silva et al., (2018);	9 M			Sun et al. (2017).	1.2 M
	Zhu et al. (2012).	2 M
Hydrofluoric Acid	Silva et al. (2018).	20 M	Co: ≈98 Li: 80-97	Tartaric Acid	Cheng (2018);	1 M	Co: 46.6-99.31 Li: 82.7-99.07 Mn: 99,3 Ni: 99.31
Formic Acid	Silva et al. (2018).	10 M	Co: ≈85 Li: ≈83		He et al. (2017).	2 M	Co: 46.6-99.31 Li: 82.7-99.07 Mn: 99,3 Ni: 99.31

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[TFN1] Font: Adapted from Meshram et al., 2020.