Publicação: Processo de recuperação de lítio e cobalto de baterias de íons de lítio por lixiviação empregando biolixiviação e ultrassom
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Resumo
As baterias de íons de lítio (LI-ion) são dispositivos de armazenamento de energia utilizados
em equipamentos eletrônicos e com a constante inovação desses dispositivos, há aumento da
geração de resíduos descartados. A ausência de gestão no descarte dessas baterias pode causar
transtornos ambientais e de saúde pública. A reciclagem aparece nesse cenário para promover
o fechamento do ciclo de produção. Porém, as metodologias de recuperação precisam ser
baseadas em processos menos poluentes. A motivação desse estudo foi avaliar a recuperação
de metais de baterias de lítio (Li), através do estudo do efeito da sonicação no processo de
lixiviação usando meio composto de mistura de ácido sulfúrico (1,25 M) com meio efluente de
fermentação por consórcio microbiano, rico em ácidos orgânicos (0,75M). Investigou-se
também o potencial do P. oxalicum e do consórcio microbiano anaeróbio nos processos de
biolixiviação para a recuperação de Li e Co. As amostras empregadas foram eletrodos extraídos
de baterias de íons de lítio, que anteriormente haviam passado por processos de descarga,
desmantelamento, moagem, peneiramento e caracterização físico-química. Além da
biolixiviação, ensaios de adaptação foram conduzidos com o fungo Penicillium oxalicum e o
consórcio microbiano anaeróbio a doses crescentes de amostras dos eletrodos de LI-ion. A fonte
de carbono utilizada nos testes de biolixiviação foi a lactose proveniente do permeado de soro
de leite (PSL) em pó, que é um subproduto resultante da produção de queijos e outros produtos
lácteos. As análises utilizadas para o acompanhamento dos experimentos foram as medidas do
potencial hidrogeniônico (pH), concentração celular por gravimetria e contagem de células
inicial em câmara de Neubauer (para o fungo), concentração de açúcares por DNS e teor de
metais por espectroscopia de absorção em chama (EAAC), Fluorescência de Raios-X (FRX) e
microscopia eletrônica de varredura (MEV). A biolixiviação com P. oxalicum promoveu um
percentual de recuperação de até 73,7% de lítio e na biolixiviação com consórcio microbiano
de até 77,6% de lítio. No ensaio de adaptação com o P. oxalicum a recuperação máxima foi de
63,3% para o Li e 54,3% para o Co. Na adaptação com o consórcio microbiano o percentual de
recuperação do lítio máxima foi de 98,0%. Os resultados mostraram que o estudo destes
microrganismos na biolixiviação foram promissores. Com relação a lixiviação sob sonicação,
os experimentos realizados nos intervalos de tempo (1 h a 5h) e de temperatura (60 oC e 80 oC),
indicam que tempos consideravelmente superiores devem ser testados.
Abstract
Lithium-ion batteries (LIBs) are energy storage devices used in electronic equipment and with
the constant innovation of these devices, there is an increase in the generation of discarded
waste. The lack of management in the disposal of these batteries can cause environmental and
public health disorders. Recycling appears in this scenario to promote the closure of the
production cycle. However, recovery methodologies need to be based on less polluting
processes. The motivation of this study was to evaluate the recovery of metals from lithium (Li)
batteries, through the study of the effect of sonication in the leaching process using a medium
composed of a mixture of sulfuric acid (1.25 M) with an effluent medium of fermentation by
consortium microbial, rich in organic acids (0.75M). The potential of Penicillium. oxalicum and
the anaerobic microbial consortium in bioleaching processes for the recovery of Li and Co was
also investigated. The samples used were electrodes extracted from lithium-ion batteries, which
had previously gone through discharge, dismantling, grinding, sieving and physical-chemical
characterization processes. In addition to bioleaching, adaptation tests were conducted with the
fungus Penicillium oxalicum and the anaerobic microbial consortium at increasing doses of
samples from the LIBs electrodes. The carbon source used in the bioleaching tests was lactose
from powdered whey permeate (WIP), which is a by-product resulting from the production of
cheese and other dairy products. The analyzes used to monitor the experiments were
measurements of the hydrogen ion potential (pH), cell concentration by gravimetry and initial
cell count in a Neubauer chamber (for the fungus), sugar concentration by DNS and metal
content by absorption spectroscopy (EAAC), X-Ray Fluorescence (FRX) and Scanning
Electron Microscopy (SEM). Bioleaching with P. oxalicum promoted a recovery percentage of
up to 73.7% of lithium and in bioleaching with microbial consortium of up to 77.6% of lithium.
In the adaptation test with P. oxalicum the maximum recovery was 63.3% for Li and 54.3% for
Co. In adaptation with the microbial consortium, the percentage of maximum lithium recovery
was 98.0%. The results showed that the study of these microorganisms in bioleaching was
promising. With regard to leaching under sonication, the experiments carried out in the time
intervals (1 h to 5 h) and temperature (60 ºC and 80 ºC), indicate that considerably higher times
should be tested.
Palavras-chave
Baterias de íons de lítio, Lithium-ion batteries, Biolixiviação, Bioleaching, Lixiviação, Leaching, Consórcio microbiano, Microbial consortium, Penicillium oxalicum., Penicillium oxalicum.
Citação
OLIVEIRA, Joyce Silva de.Processo de recuperação de lítio e cobalto de baterias de íons de lítio por lixiviação empregando biolixiviação e ultrassom. 2021. 86f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.311.