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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48957| ORCID: | http://orcid.org/0009-0001-5858-4083 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| Título: | Lixiviação dos metais lítio e manganês presentes em baterias do tipo botão (LiMn2O4) |
| Título (s) alternativo (s): | Leaching of lithium and manganese from lithium button batteries (LiMn₂O₄) |
| Autor: | Gouvêa, José Severiano Marchiori de |
| Primer orientador: | Vieira, Rafael Bruno |
| Primer coorientador: | Cardoso, Vicelma Luiz |
| Primer miembro de la banca: | Resende, Miriam Maria de |
| Segundo miembro de la banca: | Voll, Fernando Augusto Pedersen |
| Resumen: | O crescimento do consumo de dispositivos eletrônicos tem intensificado a geração de resíduos de baterias de íons de lítio (LIBs), que contêm metais potencialmente tóxicos, como Li, Co, Ni e Mn, representando riscos ambientais e à saúde humana. Nesse contexto, destaca-se a necessidade de desenvolvimento de rotas de reciclagem mais sustentáveis. Entre os sistemas comerciais, o espinélio LiMn₂O₄ (LMO) apresenta ampla aplicação devido ao baixo custo e à boa estabilidade, sendo o manganês um componente relevante nessas baterias. A hidrometalurgia tem se consolidado como alternativa promissora para a reciclagem de LIBs, especialmente com o uso de ácidos orgânicos, como o ácido málico e o ácido ascórbico, que apresentam menor impacto ambiental. Contudo, a cinética de lixiviação pode ser limitada, sendo comum a utilização de agentes redutores, como o peróxido de hidrogênio, para intensificar o processo. Este trabalho teve como objetivo a recuperação de lítio e manganês a partir de baterias do tipo botão (CR2032), utilizando lixiviação com ácido DL-málico associado a agentes redutores. Testes preliminares com ácidos inorgânicos e orgânicos indicaram que o acido málico teve resultados de extração de lítio, próxima de 100%, enquanto o manganês apresentou boa eficiência, valores superiores aos obtidos com ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido propiônico e ácido acético. Após os testes preliminares, foi realizado um planejamento composto central para verificar a influencia da concentração de ácido málico e da razão sólido/líquido. As maiores eficiências foram obtidas em menores razões sólido-líquido e concentrações intermediárias de ácido. Posteriormente, foram realizados experimentos com acido málico em combinação com o acido ascórbico e peróxido de hidrogênio como agentes redutores. Estes experimentos foram realizados ao longo de 10 minutos em temperaturas de 28, 40, 50 e 60ºC. Os resultados demonstraram que o ácido málico isolado apresentou baixa eficiência para manganês e alta para lítio. A adição de ácido ascórbico promoveu melhorias moderadas, enquanto o uso de peróxido de hidrogênio resultou em efeito sinérgico expressivo, permitindo atingir eficiências de aproximadamente 95% para Mn e 96% para Li em apenas 10 minutos, mesmo em baixas temperaturas (28ºC). A análise cinética revelou que, na ausência de peróxido de hidrogênio, o processo de lixiviação do manganês é controlado predominantemente por reação química, com energia de ativação de 62,7 kJ•mol⁻¹, enquanto o lítio apresenta menor barreira energética (10,55 kJ•mol⁻¹). A adição de ácido ascórbico reduz a energia de ativação do Mn, indicando regime misto. Já nos sistemas contendo H₂O₂, observaram-se baixos valores de energia de ativação, característicos de controle difusional, evidenciando a mudança no mecanismo limitante e a maior facilidade de dissolução do manganês, associada à redução de Mn(IV) para Mn(II).Dessa forma, os resultados demonstram que o sistema ácido málico–H₂O₂ apresenta elevado potencial como alternativa eficiente e sustentável para a reciclagem de baterias de íons de lítio, permitindo altas eficiências de extração em condições operacionais brandas. |
| Abstract: | The increasing consumption of electronic devices has intensified the generation of waste from lithium-ion batteries (LIBs), which contain potentially toxic metals such as Li, Co, Ni, and Mn, posing risks to the environment and human health. In this context, the development of more sustainable recycling routes have become essential. Among commercial systems, the spinel LiMn₂O₄ (LMO) has been widely applied due to its low cost and good stability, with manganese being a key component in these batteries. Hydrometallurgy has emerged as a promising alternative for LIB recycling, particularly through the use of organic acids such as malic acid and ascorbic acid, which present a lower environmental impact. However, leaching kinetics may be limited, and the use of reducing agents, such as hydrogen peroxide, is commonly employed to enhance the process. This study aimed to recover lithium and manganese from button-type batteries (CR2032) using leaching with DL-malic acid combined with reducing agents. Preliminary tests with inorganic and organic acids indicated that malic acid achieved lithium extraction efficiencies close to 100%, while manganese showed good extraction efficiency, although still higher than those obtained with sulfiric acid, hydrochloric acid, propionic acid, and acetic acid. Following the preliminary tests, a central composite design was applied to evaluate the influence of malic acid concentration and the solid-to-liquid ratio. The highest efficiencies were obtained at lower solid-to-liquid ratios and intermediate acid concentrations. Subsequently, experiments were conducted using malic acid in combination with ascorbic acid and hydrogen peroxide as reducing agents. These experiments were carried out over 10 minutes at temperatures of 28, 40, 50, and 60 °C. The results demonstrated that malic acid alone showed low efficiency for manganese and high efficiency for lithium. The addition of ascorbic acid promoted moderate improvements, whereas the use of hydrogen peroxide resulted in a expressive synergistic effect, achieving extraction efficiencies of approximately 95% for Mn and 96% for Li in only 10 minutes, even at low temperatures (28 °C). Kinetic analysis revealed that, in the absence of hydrogen peroxide, manganese leaching is predominantly controlled by chemical reaction, with an activation energy of 62.7 kJ•mol⁻¹, while lithium exhibits a lower energy barrier (10.55 kJ•mol⁻¹). The addition of ascorbic acid reduces the activation energy of Mn, indicating a mixed control regime. In systems containing H₂O₂, low activation energy values were observed, characteristic of diffusion-controlled processes, highlighting a shift in the rate-limiting mechanism and enhanced manganese dissolution associated with the reduction of Mn(IV) to Mn(II). Therefore, the results demonstrate that the malic acid–H₂O₂ system presents high potential as an efficient and sustainable alternative for lithium-ion battery recycling, enabling high extraction efficiencies under mild operating conditions. |
| Palabras clave: | Reciclagem de baterias Hidrometalurgia sustentável Ácido DL-málico LiMn₂O₄ |
| Área (s) del CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
| Tema: | Engenharia química Lítio Manganês Hidrometalurgia |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
| Cita: | GOUVÊA, José Severiano Marchiori de. Lixiviação dos metais lítio e manganês presentes em baterias do tipo botão (LiMn2O4). 2026. 77 f. Trabalho de Conclusão de Curso de Pós Graduação em Engenharia Química – Universidade Federal de Uberlândia. Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.425. |
| Identificador del documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.425 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48957 |
| Fecha de defensa: | 29-may-2026 |
| Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
| Aparece en las colecciones: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Química |
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