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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Embargo Date: 2024-12-22
Title: Avaliação dos processos de lixiviação e biolixiviação para a recuperação de cobalto e lítio de baterias de íons de lítio
Alternate title (s): Assessment of leaching and bioleaching processes for the recovery of cobalt and lithium from lithium-ion batteries
Author: Menêzes, Luis Henrique dos Reis
First Advisor: Ferreira, Juliana de Souza
Second Counselor: Resende, Miriam Maria de
Summary: O elevado crescimento no consumo de aparelhos celulares resultou no aumento de lixo eletrônico, como as baterias de íons de lítio (LIBs), que causam danos ambientais, em decorrência da liberação de metais pesados. A busca por novos métodos sustentáveis para minimizar esse tipo impacto, pode também ser uma alternativa para a escassez de metais de alto valor comercial, como o Cobalto e o Lítio. Dito isso, essa dissertação teve como objetivo avaliar a recuperação de Co e Li em LIBs. Numa primeira etapa, foi aplicado o método de lixiviação, em que se estudou o potencial de diferentes ácidos orgânicos (láctico, acético, propiônico, butírico e cítrico) como lixiviantes, sendo usados puros (3,4 M) ou em mistura com ácido sulfúrico (sulfúrico:orgânico / 1,25 M:0,75 M), utilizando o permeado do soro de leite, como agente redutor; produção de lixiviante a partir da fermentação de consórcio microbiano rico em ácidos orgânicos e a utilização destes para lixiviar os metais em associação com o ácido sulfúrico. Destes ensaios, verificou-se que o ácido láctico em associação com o H2SO4 recuperou 94,35% para Li e 90,90% para Co, enquanto que a recuperação de Co e Li foi inferior a 82% e 68%, respectivamente, empregando os demais ácidos orgânicos em associação com o ácido sulfúrico. Com relação ao uso do ácido orgânico puro, novamente, o ácido láctico foi o que apresentou maior potencial, com recuperações em torno de 57% de Co e 64% de lítio, e para os demais, esses índices variaram entre 0,27% a 53%. Na fermentação para obtenção de um meio com potencial para lixiviação, a manutenção do pH a 5,5 com batelada repetida de permeado do soro de leite, permitiu a obtenção de um meio lixiviante rico em ácidos orgânicos que, combinado com H2SO4, resultou em uma recuperação de 100% para o Co e 99,87% para o Li. Numa segunda etapa, foram realizados ensaios de biolixiviação com diferentes microrganismos (consórcio microbiano anaeróbio, A. ferrooxidans e A. thiooxidans, e o P. oxalicum), incluindo desde as etapas para definição das condições iniciais de razão sólido/líquido, tipo e concentração da fonte de carbono e pH inicial. Na biolixiviação, as bactérias acidófilas se destacaram tanto em termos de recuperação (99% Li e 65% Co) quanto em tempo de processo. Entretanto, teve-se resultados consideráveis com a aplicação do consórcio microbiano anaeróbio, com recuperação de 61,8% e 51,2%, respectivamente, para Li e Co, em 31 dias. Este resultado mostra que o consórcio microbiano é promissor, visto que as condições operacionais são moderadas e de fácil adaptação em diversos meios.
Abstract: The high growth in the consumption of mobile phones has resulted in the increase of electronic waste, such as lithium ion batteries (LIBs), which cause environmental damages, due to the release of heavy metals. The search for new sustainable methods to minimize this impact has been an alternative to the shortage of added-value commercial metals, such as Cobalt and Lithium. Therefore, this study aimed to evaluate the recovery of Co and Li in LIBs. In a first step, it was the leaching method, in which the potential of different organic acids (lactic, acetic, propionic, butyric and citric) as leachate was studied. These organic acids were used pure (3.4 M) or in mixture with sulfuric acid (sulfuric: organic / 1.25 M: 0.75 M), using milk whey permeate as reducing agent. Besides, the production of leachate from the fermentation of microbial consortium in order to obtain high concentration of organic acids was also evaluated. In the sequence this medium was applied in the leaching of the metals in association with sulfuric acid. From these tests, lactic acid in association with H2SO4 recovered 94.35% for Li and 90.90% for Co, whereas Co and Li recovery were less than 82% and 68% respectively, employing the other organic acids in association with sulfuric acid. Regarding to the use of pure organic acids, again, the lactic acid presented the best results, with recoveries around 57% Co and 64% lithium, while, the recoveries using other organic acids, varied between 0.27% and 53%. In the fermentation to obtain a medium with potential for leaching, the maintenance of the pH at 5.5 with repeated batch of milk whey permeate, allowed to achieve a leaching medium rich in organic acids that, combined with H2SO4, resulted in a 100% recovery for Co and 99.87% for Li. In a second step, bioleaching experiments with different microorganisms (anaerobic microbial consortium, A. ferrooxidans and A. thiooxidans, and P. oxalicum) were carried out, including the steps for defining the initial conditions of solid / liquid ratio, type and concentration of carbon source and initial pH. In the bioleaching assays, the acidophilic bacteria stood out both in terms of recovery (99% Li and 65% Co) and in process time. Nevertheless, considerable results were obtained with the application of the anaerobic microbial consortium, with recovery of 61.8% and 51.2%, respectively, for Li and Co, in 31 days. This result shows that the consortium is promising, since the operating conditions are moderate and easily adaptable in various environments.
Keywords: Baterias de íons de lítio
Lixiviação
Biolixiviação
Lítio
Cobalto
Li-ion batteries
Cobalt
Lithium
Leaching
Bioleaching
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: MENÊZES, Luis Henrique dos Reis. Avaliação dos processos de lixiviação e biolixiviação para a recuperação de cobalto e lítio de baterias de íons de lítio. 2018. 94 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.43.
Document identifier: https://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.43
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27882
Date of defense: 11-Jul-2018
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