Separação hidrometalúrgica de cobre e cobalto provenientes de baterias íon-lítio empregando sistemas aquosos bifásicos
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Ana Paula de Carvalho Teixeira
Leandro Rodrigues de Lemos
Leandro Rodrigues de Lemos
Resumo
Neste trabalho foi desenvolvido um novo método hidrometalúrgico ambientalmente seguro para a separação seletiva de cobre e cobalto provenientes de resíduos de bateria íon-lítio, empregando Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB) como técnica de extração. O comportamento de extração dos íons metálicos Cu(II) e Co(II) foi avaliado para a otimização do método, verificando a influência dos seguintes parâmetros experimentais sobre a extração dos analitos: natureza e concentração dos extratantes 1-(2-piridil-azo)- 2-naftol (PAN), 1-nitroso-2-naftol (1N2N) e ácido 2,4,4-trimetil-pentil fosfínico (Cyanex 272); pH (1,00, 6,00 e 11,00); eletrólito formador do sistema (Na2SO4 ou Na3C6H5O7) comprimento da linha de amarração (CLA) do SAB e razão entre as massas das fases. A eficiência de recuperação seletiva dos metais foi avaliada através da análise da porcentagem de extração (%E) e fator de separação (S) entre cobre e cobalto. As melhores condições para extração seletiva foram obtidas para o SAB L64 + Na2SO4, pH = 6,00, CLA = 50,29 % (m/m), mFS/mFI = 1, o qual apresentou SCu,Co = 321,6, empregando o extratante PAN. Em seguida, o método foi aplicado à uma amostra real de bateria íon-lítio, previamente lixiviada com água-régia, e após 5 etapas de extrações sucessivas foi possível obter um valor de SCu,Co = 5,4 x 105 . Além disso, foi realizado um ensaio de reextração ácida (stripping) no qual em apenas uma etapa de reextração 70,5% de Cu(II) foi redisponibilizado sob a forma livre para uma possível etapa de eletrorrecuperação.
Abstract
A new green hydrometallurgical method was developed for the selective extraction of copper and cobalt from spent ion-lithium battery, using Aqueous Two-Phase System (ATPS) extraction technique. The extraction behavior of Cu(II) e Co(II) was evaluated for the optimization of the method, verifying the influence of the following parameters on the metals extraction: type and concentration of the extractants 1-(2-piridil-azo)-2- naphtol (PAN), 1-nitroso-2-naphtol (1N2N) and bis(2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid (Cyanex 272); pH (1.00, 6.00 and 11.0); ATPS-forming electrolyte (Na2SO4 or Na3C6H5O7); tie-line length (TLL) of the system and mass ratio between top and bottom phases. The recovery efficiency was evaluated through analyzing the extraction percentage (%E) and separation factor (S) between copper and cobalt. The best conditions for selective extraction were achieved for the L64 + Na2SO4 ATPS, pH = 6.00, TLL = 50.29 % (w/w), mFS/mFI = 1, which presented SCu,Co = 321.6, using PAN as extractant agent. In the following section, the method was applied to a real ion-lithium battery sample, previously leaching with HCl and HNO3 (3:1). After 5 steps of successive extractions it was possible to obtain SCu,Co = 5.4 x 105 . Moreover, a stripping assay was carried out and after one single step, 70.5% of copper was available to a possible electrowinning step.
Assunto
Química analítica, Cobre, Cobalto, Pilhas e baterias, Hidrometalurgia
Palavras-chave
Cobre, Cobalto, Baterias íon-lítio, Lixo eletrônico, Sistemas aquosos bifásicos, Copper, Cobalt, Ion-lithium batteries, Electronic waste, Aqueous two-phase systems
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