Recuperación electrolítica de LiCoO2 a partir de desechos de baterías agotadas

Recuperar electrolíticamente LiCoO2 a partir de desechos de baterías agotadas de celulares mediante lixiviación con ácido sulfúrico y electrodeposición.

La producción mundial de pilas y baterías para uso doméstico alcanza varios billones por año. Las más utilizadas son las baterías de Litio, que aportan una gran cantidad en el mercado mundial. Esto incluye los sistemas níquel/cadmio, níquel/hidruros metálicos y baterías de litio. Todas estas baterías contienen componentes que presentan algún tipo de riesgo ambiental, principalmente por el elevado contenido de metales pesados (mercurio, cadmio, plomo, cobre, cinc, etc.). Una fuente significativa de emisión de metales pesados es la incineración de residuos; otra es el lixiviado de rellenos sanitarios, que puede ocasionar que los metales disueltos lleguen a las napas acuíferas. Esta circunstancia ha impulsado a los países industrializados, principalmente europeos, a prohibir la disposición de baterías agotadas en rellenos comunes, promoviendo su recolección en forma separada de otros desechos urbanos. Algunos países han legislado sobre el tema, en un intento de reducir los riesgos indicados.
El escaso progreso en el reciclado de baterías de Li se debe a que los materiales constituyentes de las baterías (Li, Co, C, Na, Cu, Al) son relativamente abundantes, lo que restringe la necesidad inmediata de su reciclado. Sin embargo, existen sistemas para su reciclado, algunos a nivel laboratorio y otros a escala industrial.
Teniendo en cuenta lo anterior, en el presente plan de investigación se desarrollar modelos matemáticos de la recuperación LiCoO2 en reactores electroquímicos de geometrías diferentes, para poder seleccionar la más conveniente desde el punto de vista de la eficiencia colombina y la energía del proceso.
Además se verificara la recuperación de Li CoO2 en el modelo propuesto para un reactor de escala laboratorio, en condiciones ideales, utilizando soluciones sintéticas de
Li+ + CoOOH = LiCoO2 + H+
Li05CoO2 = 0.5 LiCoO2 + 1/6 Co3O4 + 1/6O2
Asimismo se comparara con el desarrollo del proceso en condiciones reales, utilizando lixiviados de baterías en ácido sulfúrico, teniéndose principalmente en cuenta el efecto de las impurezas presentes (Cu, Ni, Fe, Pb,) en la eficiencia de corriente y en las características de los productos buscados LiCoO2.
El principal problema para acoplar los procesos de reducción catódica y oxidación anódica de Li es que la deposición de LiCoO2 es un proceso lento, que se lleva a cabo a densidades de corriente del orden de 0.5 a 1 mA cm-2 y a temperaturas cercanas a 100 °C, bajo condiciones de diferencia de potencial de óxido reducción. Esta diferencia representa un interesante desafío desde el punto de vista de la ingeniería del proceso. En principio, pueden pensarse en dos maneras de encarar el problema: usando un reactor de cilindros concéntricos, con el cilindro interno como cátodo y el externo como ánodo, o un reactor de placas planas paralelas, con el ánodo constituido por un material poroso que permita trabajar con menores densidades de corriente en el ánodo.

Lixiviación, electrodeposición, baterías agotadas, contaminación de suelo, reciclado de baterías usadas, UNSA, Arequipa.