Universidad de Universidad de laslas Américas Américas –– PueblaPueblaEscuelaEscuela de de IngenieríaIngeniería

DeptoDepto. de . de IngIng. . QuímicaQuímica, Alimentos y , Alimentos y AmbientalAmbiental

EstudioEstudio de de unauna TecnologTecnologíaía para el Reciclaje para el Reciclaje de los Componentes de Baterías de Nide los Componentes de Baterías de Ni--CdCd..

Presenta:Presenta:DeniseDenise ChoussyChoussy CáceresCáceres

Director:Director:M.CM.C. René Lara Díaz. René Lara Díaz

Primavera 2004Primavera 2004

OBJETIVOSOBJETIVOS

Objetivo GeneralObjetivo General

Desarrollar un proceso de Desarrollar un proceso de reciclaje de los componentes de reciclaje de los componentes de baterías Nibaterías Ni--CdCd por una tecnología por una tecnología de extracción en frío, a fin de de extracción en frío, a fin de recuperar los metales (Níquel y recuperar los metales (Níquel y Cadmio), para ser reutilizados.Cadmio), para ser reutilizados.

Objetivos EspecíficosObjetivos EspecíficosCaracterizar los componentes de las baterías.Caracterizar los componentes de las baterías.Proponer de acuerdo a la caracterización de las Proponer de acuerdo a la caracterización de las pilas, un proceso de extracción en medio ácido de pilas, un proceso de extracción en medio ácido de sus componentes a diferentes condiciones de sus componentes a diferentes condiciones de operación. operación. Realizar pruebas de laboratorio, para verificar la Realizar pruebas de laboratorio, para verificar la eficiencia de cada uno de los procesos propuestos. eficiencia de cada uno de los procesos propuestos. Proponer condiciones óptimas de extracción para Proponer condiciones óptimas de extracción para níquel y cadmio.níquel y cadmio.Proponer un método de concentración o Proponer un método de concentración o purificación del producto obtenido para su purificación del producto obtenido para su comercialización.comercialización.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Para aclarar términos…Para aclarar términos…

•• BateríaBatería

•• PilaPila

•• InteriorInterior

•• MuestraMuestra

Perspectiva AmbientalPerspectiva AmbientalQuímica Química WimerWimerBaterías de Ni Baterías de Ni -- CdCdComposiciónComposiciónFuncionamientoFuncionamiento

ElectrodoElectrodo

TerminalTerminal e-

I+

I-

ElectrodoNegativo

ElectrodoPositivo

¿PORQUE RECICLAR LAS ¿PORQUE RECICLAR LAS BATERÍAS?BATERÍAS?

1. Protección de recursos naturales1. Protección de recursos naturales

2. Economía de energía2. Economía de energía

3. Conservación del agua y aire limpios3. Conservación del agua y aire limpios

4. Conservación de la capacidad de rellenos 4. Conservación de la capacidad de rellenos sanitariossanitarios

5. Ahorro de dinero y creación de trabajos5. Ahorro de dinero y creación de trabajos

ToxicidadToxicidadNíquelNíquel

Dermatitis en los sitios de piel descubiertaDermatitis en los sitios de piel descubiertaInhalar níquel metálico causa irritación del tracto Inhalar níquel metálico causa irritación del tracto respiratorio respiratorio asma. asma. Sus formas son cancerígenas : cáncer pulmonar Sus formas son cancerígenas : cáncer pulmonar y nasal. y nasal.

CadmioCadmioSe concentra fuertemente en las cadenas Se concentra fuertemente en las cadenas alimenticiasalimenticiasHipertensión arterial Hipertensión arterial Vida media biológica supera los 15 años Vida media biológica supera los 15 años Osteoporosis ya que frena la absorción intestinal Osteoporosis ya que frena la absorción intestinal del calciodel calcio..

METODOLOGIAMETODOLOGIA

CaracterizaciCaracterizaciónónCentro de AcopioCentro de AcopioClasificación de las BateríasClasificación de las Baterías

RecargablesRecargablesAlcalinasAlcalinas

DesensambleDesensamble de de laslas BateríasBateríasComponentes:Componentes:

Partes plásticasPartes plásticasPartes metálicasPartes metálicasMetales de interésMetales de interésOtrosOtros

Desensamble de las bateríasDesensamble de las baterías

Batería Ni-Cd Recargable

Batería

17%

83%

CajaPilas

Composición del interior de una pila

47%

44%

9%

Ni

Cd

Separador

HidrometalúrgiaHidrometalúrgia: Extracción : Extracción ÁcidaÁcida

Producción, purificación o eliminación de Producción, purificación o eliminación de metales a través de reacciones químicas. metales a través de reacciones químicas. Lixiviación: el procedimiento de Lixiviación: el procedimiento de recuperación de un metal utilizando un recuperación de un metal utilizando un disolvente. disolvente. Se utilizaron 2 ácidos a diferentes Se utilizaron 2 ácidos a diferentes condiciones:condiciones:

Ácido Acético (CH3COOH)Ácido Acético (CH3COOH)Ácido Sulfúrico (H2SO4)Ácido Sulfúrico (H2SO4)

Matriz de ExperimentaciónMatriz de Experimentación

Matriz de ExperimentaciónMatriz de Experimentación

•• Dispositivo de TemperaturasDispositivo de Temperaturas

Ácido Temp. Ambiente 40°C 60°CH2SO4

CH3COOHH2SO4

CH3COOH

Níquel

Cadmio

Std 40°C 60°CMuestras Tiempo Muestras Tiempo Tiempo

1 15 1 5 52 30 2 10 103 45 3 15 154 120 4 30 305 240

Determinación de MetalesDeterminación de Metales

ColorimetríaColorimetríaMétodo PANMétodo PAN

Espectrofotometría de Espectrofotometría de Absorción AtómicaAbsorción Atómica

Ni Ni –– Ácido AcéticoÁcido Acético

Tiempo Concentración en lixiviado(min) (mg/ml)

Ac. Acético Std 15 1.00030 1.29445 1.368

120 1.190240 0.752

Ac. Acético 40°C 5 0.32810 2.28015 1.97830 1.325

Ac. Acético 60°C 5 0.58510 2.07815 1.35530 0.855

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00Tiempo (min)

mg/

ml

Std40°C60°C

Ni Ni –– Ácido SulfúricoÁcido Sulfúrico

Tiempo Concentración en lixiviado(min) (mg/ml)

H2SO4 Std 15 7.35030 13.67545 5.600

120 3.125240 1.653

H2SO4 40°C 5 5.60010 6.52515 7.80030 4.800

H2SO4 60°C 5 15.52510 18.92515 22.72530 5.2500.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00Tiempo (min)

mg/

ml

Std40°C

60°C

CdCd –– Ácido AcéticoÁcido Acético

Tiempo Concentración en lixiviado(min) (mg/ml)

Ac. Acético Std 15 9.91730 10.58545 11.246

120 9.943240 8.951

Ac. Acético 40°C 5 29.19010 31.90515 29.18030 28.580

Ac. Acético 60°C 5 28.54810 33.70715 36.78830 31.735

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 50 100 150 200 250 300Tiempo (min)

mg/

ml

Std40 °C

60 °C

CdCd –– Ácido SulfúricoÁcido Sulfúrico

Tiempo Concentración en lixiviado(min) (mg/ml)

H2SO4 Std 15 1.06830 1.73645 1.759

120 1.573240 1.283

H2SO4 40C 5 5.08610 4.49915 4.88330 3.518

H2SO4 60°C 5 1.03710 1.42415 8.07430 2.199

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 50 100 150 200 250Tiempo (min)

mg/

ml

Std40 °C60 °C

TemperaturaTemperatura

Temp. Vs. Concentración H2SO4

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 30

Tiempo (min)

mg/

ml N

i

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

°C

mg/ml°C

Temp vs. Concentración H2SO4

0

0.5

1

1.5

2

0 15 30 45

Tiempo (min)

mg/

ml C

d

01020304050607080

°C

mg/ml°C

Comparación Ác. Acético y H2SO4Ni

16

31

46

61

76

0.000 20.000 40.000 60.000

Tiempo (min)

°C Ácido Acético

H2SO4

Comparación Ac. Acético y H2SO4

Cd

0

20

40

60

80

100

120

0.000 20.000 40.000 60.000 80.000

Tiempo (min)

°C

Cd Acético

Cd H2SO4

Determinación CruzadaDeterminación Cruzada

1.976

3000mg/ml

Muestras de Ni

Ni en batería nueva

Contaminación en muestras deNi

0.620

4350

mg/ml

Muestras de Cd

Cd en batería nuevaContaminación en muestras de cd

Batería Nueva

Contaminación en Muestras de Ni

570.0494.4

331.3

146.3

519.4

3.181.9

7.8 18.90.9 65.0195.0

140.0

281.9

0.880.6

2.8

160.0

0100200300400500600

120 5 10 15 30 15 5 10 10

H2SO4Std

Acético40°C

Acético40°C

Acético40°C

Acético40°C

H2SO440°C

Acético60°C

Acetico60°C

H2SO460°C

Tiempo (min)

mg/

ml

Concentración NiContaminación

EficienciaEficiencia

CdCd

NiNi

% por muestra % por interior % por pilaÁcido Acético Std 0.438 0.160 0.132

40°C 0.757 0.270 0.21960°C 3.805 0.239 0.184

Ácido Sulfúrico Std 3.707 1.601 1.22040°C 2.427 0.922 0.75060°C 33.243 2.620 2.012

% por muestra % por interior % por pilaÁcido Acético Std 3.303 0.656 0.453

40°C 10.203 2.829 2.30260°C 10.836 3.220 2.666

Ácido Sulfúrico Std 0.516 0.103 0.07140°C 1.655 0.447 0.34060°C 2.430 0.717 0.582

Purificación / RecuperaciónPurificación / Recuperación

Evaporación/CalcinaciónEvaporación/Calcinación

Precipitación por cambio de Precipitación por cambio de pHpHNaOHNaOH,, Ca(OHCa(OH)2 )2 precipitaciprecipitacióón como n como hidrhidróóxidosxidos

Intercambio IónicoIntercambio Iónico

Evaporación Evaporación -- CalcinaciónCalcinación

EvaporaciónEvaporación

CalcinaciónCalcinación

% Humedad % ST60.193 39.807

%SF %SV3.146 36.661

Precipitación por Cambio de Precipitación por Cambio de pHpH

Eficiencia de remoción 21.422NaOH

Eficiencia de remoción 56.338Ca(OH)2

No. de Equivalentes de NaOH y Ca(OH)2

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

No.

de

Equi

vale

ntes

No. equivalentes NaOH

No. de equivalentes CaOH2

Comparación NaOH, 2N y Ca(OH)2 , 2N

0.010.020.030.040.050.060.070.080.0

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

ml

NaOH

Ca(OH)2

Intercambio IónicoIntercambio Iónico

0.452 0.553 63.882 65.2360.903 1.105 61.444 62.7461.355 1.658 68.290 69.7381.806 2.211 56.136 57.326

Eficiencia % 12.125

Concentración al equilibrio Cd mg/ml

g Resina agregada

Concentración Cd mg/ml

ml de Resina agregada

Intercambio Iónico Cd

0

20

40

60

80

0 0.5 1 1.5 2

g resina

mg/

ml

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

ConclusionesConclusionesDe acuerdo a la caracterización se concluyó De acuerdo a la caracterización se concluyó

que de una pila:que de una pila:30.41% placa de níquel30.41% placa de níquel28.69% placa de cadmio28.69% placa de cadmio29.87% partes metálicas 29.87% partes metálicas 6.87% papel separador6.87% papel separador4.16% plástico que la cubre4.16% plástico que la cubre

COSTOSCOSTOSPara el desensamblaje de baterías en Para el desensamblaje de baterías en cantidades industriales, se requiere de un cantidades industriales, se requiere de un procedimiento más accesible y más viableprocedimiento más accesible y más viable..

ConclusionesConclusionesContenido de metales encontrados en Contenido de metales encontrados en

una batería nueva es mucho mayor que el una batería nueva es mucho mayor que el contenido de metales en una batería que contenido de metales en una batería que ya ha sido utilizada.ya ha sido utilizada.ContaminacionContaminacion en muestras de Ni:en muestras de Ni:

0.066% en batería nueva vs. 85.09% en 0.066% en batería nueva vs. 85.09% en batería vieja.batería vieja.

El ácido que mejor extrae el cadmio es el El ácido que mejor extrae el cadmio es el ácido acético; para el níquel, el ácido que ácido acético; para el níquel, el ácido que mejor lo extrae es el ácido sulfúrico.mejor lo extrae es el ácido sulfúrico.Las eficiencias de Las eficiencias de recuperacionrecuperacion de los de los metales fueron muy bajas, por lo tanto metales fueron muy bajas, por lo tanto estos ácidos no son recomendables para estos ácidos no son recomendables para extraer el extraer el CdCd y Ni.y Ni.

ConclusionesConclusionesLos tiempos de reacción son muy Los tiempos de reacción son muy

cortos, aunque para extraer con estos cortos, aunque para extraer con estos dos ácidos, es necesario el dos ácidos, es necesario el calentamiento.calentamiento.Se recomienda realizar la extracción de Ni Se recomienda realizar la extracción de Ni y y CdCd con otros ácidos, ya sean ácido nítrico con otros ácidos, ya sean ácido nítrico o ácido clorhídrico.o ácido clorhídrico.

Si no, Si no, pirometalurgíapirometalurgía..

GRACIASGRACIAS

Inicio

CostosCostos

$ 1,933.00 0.5Sulfato de Cadmio anhidrido

DistribuidoraQuímica JAG S.A de

C.V

$ 665.00 10Sulfato de NíquelDistribuidora

Química JAG S.A de C.V

$ 2,270.00 0.5Acetato de Cadmio

DistribuidoraQuímica JAG S.A de

C.V

PrecioCantidadKgProductoDistribuidora