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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
Tecnologia em Gestão Ambiental
RE-PROCESSAMENTO DE BATERIAS ÍONS-LÍTIO.
BRAGANÇA PAULISTA
2008
UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
Tecnologia em Gestão Ambiental
RE-PROCESSAMENTO DE BATERIAS ÍONS-LÍTIO.
Autora: Magali Helena de Souza
Orientadora: Profa. Dra. Carla Pólo Fonseca
Trabalho de Conclusão de
Curso apresentado à Banca
Examinadora do Curso de
Tecnologia em Gestão
Ambiental da Universidade São
Francisco, sob a orientação de
pesquisa da Profa. Dra. Carla
Pólo Fonseca.
BRAGANÇA PAULISTA
2008
UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO Tecnologia em Gestão Ambiental
RE-PROCESSAMENTO DE BATERIAS ÍONS-LÍTIO.
Autora: Magali Helena de Souza – RA 001200700276
Profª. Dra. Sheila Cristina Canobre Presidente da Banca Examinadora
_________________________________ Profª. Dra. Candida Maria Costa Baptista _________________________________ Prof. Dr. Jean Ferreira _________________________________ Profª Ms. Ângela Sanches Domingues
AGRADECIMENTOS
Agradeço à Profª Dra. Carla Pólo Fonseca e ao professor metodológico Drª Sheila Cristina Canobre pelo auxílio nesta jornada. Aos meus pais, Lourdes Helena Grillo de Souza e Carlos Antonio de Souza pelo incentivo e confiança. Ao Wiliam Mateus pelo carinho e compreensão. Ao professor André Beati e aos meus amigos Angélica, Camila, Vânia, pelo companheirismo. A Deus pelo dom da vida.
V
RESUMO
Com a evolução da TI (Tecnologia da Informação), que pode ser definida como o
conjunto de recursos tecnológicos e computacionais que permitem a geração e o uso da
informação, está referenciado ao uso da informação rápida e seguro, sendo relacionada
em contrapartida com o acúmulo do lixo eletrônico. Diz-se lixo eletrônico os vários tipos
de equipamentos elétricos e eletrônicos, eletrodomésticos de pequeno e grande porte,
eletrônicos de consumo e entretenimento, ferramentas elétricas e eletrônicas, brinquedos
e equipamento recreativo ou esportivo, equipamentos médicos, equipamentos de controle
e automação, equipamentos de informação e comunicação, os equipamentos de telefonia
móvel, pilhas e baterias.
Nos dias atuais somos dependentes da era da informação, que afinal beneficia
todas as áreas do conhecimento humano, porém seu aumento desordenado tem causado
preocupações e danos ambientais, bem como os vários problemas associados ao lixo
eletrônico: acumulação, transferência, manipulação inadequada, contaminação ambiental
e ausência ou desrespeito à legislação específica.
Neste trabalho o lixo eletrônico a ser tratado é a bateria de celular, note books e
no-breaks, especificamente as baterias de íon-lítio. (FILHO ET AL 2008)
Bateria pode ser definida como um dispositivo em que se produz energia elétrica à
custa de reações químicas, de modo que os reagentes não entrem em contato direto,
nesse tipo de bateria secundária os íons-lítio estão presentes no eletrólito na forma de
sais dissolvidos em solventes não aquosos. (ATKINS ET AL 2006)
A pesquisa está direcionada a reciclagem dos componentes da bateria de íons-
lítio, bem como de novos desafios para estabelecer novos processos de recuperação e
no conhecimento do perigo do descarte inadequado.
A disposição deste tipo de resíduo sólido em aterros sanitários constitui prática
inadequada conforme (Resolução CONAMA nº. 257/1999, “Estabelece que pilhas e
baterias que contenham em suas composições chumbo, cádmio, mercúrio e seus
compostos, tenham os procedimentos de reutilização, reciclagem e tratamento ou
disposição final ambientalmente adequado”), devido ao processo de decomposição ser
lento e altamente tóxico ao meio ambiente. (http//:www.mma.gov.br)
Palavras-chave: Reciclagem de Pilhas e Baterias. Lixo Eletrônico
VI
ABSTRACT
With evolution of TI (Technology of Information), that it can be defined as the set of
technological and computational resources that allow to the generation and the use of the
information, is linking to the use of safe the fast information and, being related on the
other hand with the accumulation of the electronic garbage. Electronic garbage is said
some types of electric and electronic, household-electric equipment of small e great
transport, electronic of consumption and entertainment, electric and electronic tools, toys
and sportive equipment, medical equipment, equipment of control and automation,
equipment of information and communication, the equipment of mobile telephony, stacks
and batteries.
In the current days we are dependents of the age of the information, that after all
benefits to all the areas of the human knowledge, however its disordered increase has
caused ambient concerns and damages, as well as some problems associates to the
electronic garbage: accumulation, transference, inadequate manipulation, ambient
contamination and absence or disrespect to the specific legislation.
In this work the electronic garbage to be treated is the battery of cellular, notices
books and in - breaks, specifically the ion-lithium batteries. (FILHO ET AL 2008)
Battery can be defined as a device where if it produces electric energy to the cost
of chemical reactions, in way that the reagents do not enter in direct contact, in this type of
secondary battery the íons-lithium are gifts in the electrolyte in the form of you leave
dissolved in solvent not watery. (ATKINS ET AL 2006)
The research is directed the recycling of the components of the íons-lithium
battery, as well as of new challenges establishing new processes of recovery and in the
knowledge of the danger it inadequate discarding.
The disposal of this type of solid residue in sanitary aterros constitutes practical
inadequate as (Resolution CONAMA nº. 257/1999, “Establish that stacks and batteries
that contain in its compositions lead, cadmium, mercury and its composites, have the
procedures of reusing, recycling and treatment or final disposal ambiently adjusted”),
which had to the process of slow and highly toxic decomposition to be to the environment.
Word-key: Recycling of Stacks and Batteries. Electronic garbage
VII
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Históricos sobre Pilha e Bateria... .................................................................... 2
Tabela 2 - Principais efeitos à saúde ................................................................................ 15
VIII
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Esquema de uma pilha de lítio (Li) – iodo (I) ............................................ 3
Figura 2.2.1 - Bateria de Chumbo ............................................................................... 5
Figura 2.2.2 - Baterias Gel .......................................................................................... 6
Figura 2.2.3 - Baterias de Níquel Cádmio ................................................................... 6
Figura 2.2.4 - Baterias de Níquel Hidreto Metálico ..................................................... 7
Figura 2.2.5 - Baterias de Zinco Ar .............................................................................. 8
Figura 2.2.6- Baterias de Lítio ...................................................................................... 8
Figura 2.3.1 - Carga e descarga de uma bateria de Ni-Cd .......................................... 9
Figura 2.3.2 - Eletrodo parcialmente descarregado (fase �-Ni(OH)2); (b) Efeito
memória devido ao carregamento do eletrodo (a), gerando a fase �-NiOOH ............ 10
Figura 2.3.2 - Abaixo são mostradas as etapas de carga e descarga de uma bateria de
Ni-MH ........................................................................................................................... 11
Figura 2.3.3 - Esquema de uma bateria de íon-lítio. (a) bateria carregada, (b) bateria
descarregando, (c) bateria descarregada e (d) bateria carregando ............................ 12
Figura 2.5.1 - Bateria Descartada ................................................................................ 18
Figura 4.1.1 - Foto tirada em laboratório durante o processo de abertura e raspagem
da bateria ..................................................................................................................... 20
Figura 4.1.2 - Foto tirada em laboratório durante o processo de re-processamento do
material lixiviado .......................................................................................................... 21
Figura 4.1.3 - Método dos Precursores Polimérico – Síntese de Pechini .................... 22
IX
LISTA DE ABREVIATURAS
DTA - Análise Térmica Diferencial
VC - Voltametria Ciclíca
EIE - Espectroscopia de Impedância Eletroquímical
PVDF - Poli Fluoreto de Vinilideno
X
SUMÁRIO
1.0 Diagnóstico da Empresa ........................................................................................ 1
1.1 LCAM – Laboratório de Caracterização e Análise de Materiais ........................... 1
2.0 Introdução ............................................................................................................. 2
2.1 Históricos sobre pilha e bateria .............................................................................. 2
2.2 Tipos de baterias ................................................................................................... 4
2.3 Tipos de baterias recarregáveis modernas: Ni-Cd; Ni-MH e Íon-lítio ..................... 9
2.3.1 Bateria de Ni-Cd ................................................................................................. 9
2.3.2 Bateria de Ni-MH ................................................................................................ 10
2.3.3 Bateria de íon-lítio ............................................................................................... 11
2.4 Composições Químicas e Grau de Toxidade ........................................................ 12
2.5 Impactos Causados ............................................................................................... 14
3.0 Objetivos ................................................................................................................ 19
4.0 Parte Experimental ................................................................................................ 20
4.1 Procedimento do Re-Processamento de Bateria Íon-Lítio ..................................... 20
5.0 Resultados e Discussões ....................................................................................... 24
5.1 Implantação de um Sistema de Coleta Seletiva .................................................... 24
5.2 Desenvolvimento do Re-Processamento da Bateria Íon-Lítio ............................... 25
6.0 Conclusão .............................................................................................................. 26
7.0 Bibliografia ............................................................................................................. 27
8.0 Anexos ................................................................................................................... 28
8.1Comércio será responsável pela coleta de pilhas e baterias usadas ..................... 28
8.2 Re-Processamento da Bateria Íon-Lítio ................................................................. 29
1
1 DIAGNÓSTICO DA EMPRESA 1.1 LCAM – Laboratório de Caracterização e Análise de Materiais
O Laboratório de Caracterização e Análise de Materiais (LCAM), é um laboratório de
pesquisas vinculado ao programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos
Materiais, está localizado no campus de Itatiba e foi implantado na Universidade São
Francisco no ano 2000 através do programa FAPESP pelos Professores Doutores, Carla
Pólo Fonseca, Silmara Neves. É dotado da infra-estrutura necessária para a elaboração de
dispositivos eletroquímicos com alta eficiência de armazenamento e conversão de energia,
através de estudo detalhado dos materiais que os compõem.
Dentro das linhas de pesquisas, contribuir para otimização do desempenho de
dispositivos de armazenamento e conversão de energia (baterias, supercapacitores, células
solares) disponível no mercado e, suscitar soluções inovadoras através da síntese e
caracterização de novos materiais.
Constam no LCAM os seguintes equipamentos, 02 potenciostatos PGSTAT30 -
Autolab/EcoChemie; 01 potenciostato digital PG-39 Ohminimetra com 03 módulos
Potenciostato/Galvanostato mod. P3901; Calorímetro diferencial de varredura (Netzsch -
DSC204); Analisador térmico diferencial (Netzsch - DTA404); Analisador termogravimétrico
(Netzsch - DTA404); Espectrofotômetro UV-Vis (Agilent - HP8453); Banco óptico (Oriel e
NewPort); Câmara seca (Mbraun - LabMaster 130); Microscópio de força atômica com
módulo STM (Molecular Imaging); Spinner (PW32 HEADY WAY); Forno de alta temperatura
(ED&G); Medidor de condutividade 4 - Pontas (Cascade); Capela; Estufa; Balanças analítica
e semi-analítica; Ultra-som. (http//:www.usf.com.br)
2
2 INTRODUÇÃO
2.1 Histórico sobre Pilha e Bateria
A primeira pilha surgiu em (1745-1827), com o físico Alessandro Volta. Sendo assim
seguiremos a trajetória da evolução das pilhas ou baterias (Tabela 1):
Tabela 1: Históricos da pilha e bateria
ANO EVENTO
1800 Pilha de Volta
1836 Pilha de cobre/sulfato de cobre/
Sulfato de zinco/zinco
1859 Bateria de chumbo-ácido sulfúrico
1860 Pilha zinco-carbono (a pilha comum)
1899 Bateria de níquel-cádmio
1905 Bateria de ferro-níquel
1927 Bateria de zinco-prata
1930 Bateria de níquel-zinco
1945 Pilha de mercúrio
1956 Pilha de combustível (hidrogênio-oxigênio)
1959 Pilha alcalina
1983 Bateria de íons-lítio recarregável
1991 Pilha de lítio-dióxido de manganês
Baterias primárias são as pilhas comuns que produzem energia elétrica e que
quando se descarregam são descartáveis, é quando seus reagentes se esgotam. Já as
baterias secundárias são recarregáveis, isto é passam por uma corrente elétrica que reverte
seu processo de reações químicas, regenerando seu sistema.
3
Especificamente na década 1960 houve a necessidade da criação de pilhas
primárias com pequenos sistemas eletroquímicos duráveis e capazes de armazenar grande
quantidade de energia (era da exploração espacial), com as características precisas de
pilhas contendo substâncias simples ou compostas (sódio, flúor, cloro, e oxigênio) e metal
leve (lítio). As pilhas de lítio metálico possuem uma alta reatividade com a água esta por sua
vez empregam eletrólitos que são substâncias capazes de conduzir corrente elétrica em
solução dissolvidos em solventes não aquosos, em recipientes selados, já as pilhas de
lítio/dióxido de manganês tem seu processo de descarga representada pela reação global
simplificada, que são exemplos de pilhas ou baterias primárias:
4 Li + MnO2 2 Li2 O + Mn
Sendo assim o lítio metálico perde elétrons isto é sofre oxidação e o manganês
ganha elétrons, estas pilhas possuem um excelente desempenho em temperaturas elevadas
e tem potencial em torno de três volts.
Em 1967, outra bateria primária de lítio-iodo foi um marco na história muito usada em
marca-passo cardíaco que pode ser representado pelo seguinte esquema (Figura 2):
Figura 2.1: Esquema de uma pilha de lítio (Li) – iodo (I), que funciona com base na
reação 2 Li + I2 2 Li.
Na figura. O símbolo representa um aparelho que está sendo alimentado
pela corrente elétrica gerada pela pilha. (www.br.geocities.com/etermecanica/lítio.pdf)
Esta pilha de lítio-iodo possui longa duração (cinco ou oito anos), sua voltagem é de
2,8 volts e tem peso 20g.
Baterias secundárias de íons-lítio possuem carga elétrica negativa ou positiva
respectivamente, nestas estão presentes no eletrólito na forma de sais dissolvidos em
solventes não aquosos e podem ser reutilizadas várias vezes suportando até 300 ciclos
e-
Polímero
Li LiI I2
V
V
4
completos de carga e descarga com 80% de sua capacidade. Este tipo de baterias possuem
em seu processo de descarga a migração do íons-lítio do interior do material que compõem
o anodo (+) para dentro do material do catodo (-), sendo que os elétrons são movidos
através de um circuito externo.
Este tipo de bateria possui características como: alta densidade de energia, longos
ciclos de vida, baixa taxa de autodescarga e segurança no manuseio, ainda que em suas
composições existam matérias de baixa densidade que permite que sejam projetadas para
terem massa e tamanho reduzido. Outra característica importante é que não suportam
sobrecargas, formando lítio metálico, que se deposita no anodo este depósito entrando em
contato com catodo, dá-se um curto circuito. Estas baterias comparadas a de níquel/metal-
hidreto, podem substituir as baterias de Ni-Cd (níquel-cádmio), que são usadas em câmeras
digitais, telefones celulares, brinquedos e ferramentas eletro portáteis sem fio.
A estrutura de uma bateria de íons-lítio a distância entre dois pólos é muito pequena
mais ou menos 50 macrômetros, que são separados por uma folha de polipropileno que é
isolante.
Estima-se que a produção deste tipo de bateria tenha chegado a 500 milhões de
unidades e gerado um montante de resíduo de baterias usadas de 200 mil a 500 mil de
toneladas, contendo em suas composições substâncias tóxicas como: cobalto e lítio.
(www.br.geocities.com/etermecanica/lítio.pdf)
2.2 Tipos de Baterias
Bateria pode ser definida como um dispositivo em que se produz energia elétrica à
custa de reações químicas, de modo que os reagentes não entrem em contato direto. As
baterias podem apresentar diferentes características e componentes:
• Baterias de Chumbo: bateria usada em carro e caminhões. Componentes básicos:
chumbo ou óxido de chumbo e ácido sulfúrico.
5
Figura 2.2: Bateria de Chumbo (http//:www.fórum.clubedohardware.com.br.tipos.baterias/32374)
• Baterias Gel: bateria que pode substituir as baterias de chumbo tem vida útil
prolongada, não têm evaporação eletrolítica prolongada e suas consequências,
como acontece com as baterias ácidas.
6
Figura 2.3: Baterias Gel (http//:www.fórum.clubedohardware.com.br.tipos.baterias/32374)
• Baterias de Níquel-Cádmio (NiCad): é recarregável tem cerca de 40% da
autonomia de uma bateria de íon-lítio e é do mesmo tamanho.
Figura 2.4: Baterias de Níquel Cádmio)
(http//:www.fórum.clubedohardware.com.br.tipos.baterias/32374)
7
• Baterias de Níquel Hidreto Metálico (NiMH): é resistente à um número maior de
cargas e descargas, sendo que seu tempo de descarga é inferior, resistência a
variações de temperatura, possui um potencial energético semelhante ou superior
(20% em média) comparados à bateria de NiCad.
Figura 2.5: Baterias de Níquel Hidreto Metálico
(http//:www.fórum.clubedohardware.com.br.tipos.baterias/32374)
• Baterias de Zinco Ar: seu funcionamento é comparado ao das pilhas alcalinas, que
extrai o oxigênio do ar para reagir com o zinco e produzir eletricidade, nestas
baterias o oxigênio é dado por um componente interno (dióxido de manganês), sua
estrutura possui várias aberturas para a passagem do oxigênio.
8
Figura 2.6: Baterias de Zinco Ar
(http//:www.fórum.clubedohardware.com.br.tipos.baterias/32374
• Baterias de Lítio: seu tempo de recarga é bem rápido e o de descarga é lento
quando armazenado carregado (cerca de 10% ao mês), são mais leves e oferecem o
dobro da capacidade de uma bateria do tipo NiMH.
Figura 2.7: Baterias de Lítio (http//:www.fórum.clubedohardware.com.br.tipos.baterias/32374)
9
2.3 Tipos de Baterias Recarregáveis Modernas: Ni-Cd; Ni-MH e Íon-Lítio
2.3.1 Bateria de Ni-Cd
As baterias de Ni-Cd são compostas por um eletrodo de óxi-hidróxi de níquel
(NiOOH) e outro de hidróxido de cádmio (CdOH), tendo como eletrólito hidróxido de potássio
dissolvido em água (KOH/H2O).
Nesta bateria tanto o eletrodo de níquel quanto o de cádmio apresentam-se estáveis
durante os processos de carga e descarga, desde que processados adequadamente.
O eletrodo de níquel possui na bateria descarregada, a composição β-Ni(OH)2
enquanto o eletrodo de cádmio encontra-se na forma de hidróxido de cádmio (Cd(OH)2). No
carregamento o eletrodo de níquel perde um íon de hidrogênio (H+) tornando-se β-NiOOH, e
o eletrodo de cádmio perde dois íons hidroxila (2OH-) passando a cádmio metálico (Cd).
Abaixo é mostrado um esquema (Figura 10) do processo de carga e descarga desta
bateria.
Figura 2.8: Carga e descarga de uma bateria de Ni-Cd. (www.física.uel.br./filmat/baterias_príncipios.htmal)
Quando a bateria é colocada para ser carregada, após ter sido apenas parcialmente
descarregada, a fase β-Ni (OH)2 não é completamente restaurada, uma vez que próximo ao
coletor de elétrons que suporta o eletrodo, ocorre uma sobrecarga na fase γ-NiOOH,
transformando-a na fase β-NiOOH. Esta última fase é mais eletronicamente resistiva do que
a fase �-NiOOH, promovendo com isso uma diminuição na voltagem da bateria. Este é o
Efeito Memória. A Figura 11 abaixo mostra um esquema das fases presentes no eletrodo de
Ni, durante os processos de carregamento e a ocorrência do efeito memória.
10
Figura 2.9: (a) Eletrodo parcialmente descarregado (fase �-Ni(OH)2); (b) Efeito memória
devido ao carregamento do eletrodo (b), gerando a fase �-NiOOH.
(www.física.uel.br./filmat/baterias_príncipios.htmal)
2.3.2 Bateria de Ni-MH
A bateria de Ni-MH é composta por um eletrodo de NiOOH (óxi-hidróxi de níquel) e
por outro eletrodo composto por uma liga metálica armazenadora de hidrogênio (M), ambos
embebidos em eletrólito de KOH/H2O (hidróxido de potássio dissolvido em água).
Nesta bateria o eletrodo positivo de níquel encontra-se na fase β-Ni(OH)2 quando a
bateria está descarregada, enquanto o eletrodo negativo da liga metálica apresenta-se sem
a presença de hidrogênio em sua composição (M). No carregamento o eletrodo de níquel
perde íons H+ transformando-se na fase β-NiOOH, e, complementarmente, o eletrodo da liga
metálica recebe íons H+ (MH). Em ambos os eletrodos os processos de perda do íon H+ bem
como o processo de recebimento deste íon se processa via intercalação iônica na estrutura
cristalina dos materiais.
A bateria de Ni-MH, assim como a de Ni-Cd, apresenta o Efeito Memória, mas ainda
é incerta sua origem. Já o eletrodo de MH é sensível a processos de sobrecarga, uma vez
que intercalando íons H+ em excesso, a sua estrutura incha, ocasionando aumento de
volume e trincas no eletrodo.
Este tipo de bateria apresenta um alto grau de auto-descarga, ou seja, a bateria se
descarrega espontaneamente. Isto equivale a dizer que os íons H+ deintercalam do eletrodo
MH e migram para o eletrodo de níquel sem a necessidade de se curto-circuitar seus pólos.
11
Na Figura 2,3 abaixo são mostradas as etapas de carga e descarga de uma bateria
de Ni-MH.
Figura 2.3: Processos eletroquímicos numa bateria tipo Ni-MH. (a) Bateria carregada, (b)
Descarregando (em uso ou armazenada), (c) Descarregada, (d) Recarregando.
(www.física.uel.br./filmat/baterias_príncipios.htmal)
2.3.3 Bateria de íon-lítio
Assim como a bateria de Ni-MH, a bateria de íon-lítio também é um dispositivo de
intercalação iônica, com a diferença que o íon intercalante é o de lítio (Li+). Este tipo de
bateria compõe-se de:
• Catodo (+): Ligas litiadas, exemplos: LiCoO2 e LiMn2O4;
• Anodo (-): Carbono grafite (C);
• Eletrólito: Sais de lítio (LiClO4) dissolvidos em solventes orgânicos.
Esta bateria leva o nome de íon-lítio porque o agente responsável pela oxidação
(doação de elétrons) e redução (recebimento de elétrons) dos eletrodos é o íon de lítio (Li+).
Uma bateria de íon-lítio fornece corrente elétrica para um sistema quando íons de lítio são
intercalados e deintercalados dos eletrodos (Figura 2.10). No esquema abaixo é
apresentado o princípio de funcionamento deste dispositivo.
12
Figura 2.10 : Esquema de uma bateria de íon-lítio. (a) bateria carregada, (b) bateria
descarregando, (c) bateria descarregada e (d) bateria carregando. (fonte:
www.física.uel.br./filmat/baterias_príncipios.htmal)
Quando uma bateria de íon-lítio está carregada significa que 50% dos íons de lítio
foram retirados do eletrodo positivo, tornando-se LiO,5COO2. Se uma sobrecarga for
imposta à bateria mais do que 50% de íons de lítio deixarão o eletrodo, e este sofrerá uma
transformação irreversível que danifica a bateria. Outro problema ocorre quando se aplica
uma sobredescarga, ou seja, procede-se uma descarga profunda. Isto ocasiona uma
corrosão no eletrodo de grafite o qual perde massa, perdendo capacidade de carga.
Esta bateria é sensível quanto à temperatura sob a qual é carregada ou
descarregada. Dependo do valor da temperatura o eletrólito à base de solvente orgânico
pode se deteriorar e perder as características desejáveis para um bom eletrólito. [6]
2.4 Composições Químicas e Grau de Toxidade
As baterias possuem em seus componentes composições químicas tóxicas e quando
não descartadas adequadamente danos ao meio ambiente e à saúde pública.
Como previsto em lei 257/99, as empresas devem estabelecer postos de
recolhimento do material inutilizado, evitando assim a contaminação do meio ambiente.
Porém a contaminação através deste tipo de resíduo sólido e outros tipos de lixo
eletrônico é realidade em nosso país por falta de informação.
Baterias e pilhas são compostas por metais perigosos à saúde do ser humano e ao
meio ambiente, sendo que, as pilhas secas, do tipo zinco-carbono apresentam em sua
composição zinco, grafite e MnO2, podendo evoluir para MnO(OH). Somando-se a esses,
também há elementos responsáveis pela corrosão como: mercúrio, chumbo, cádmio e lítio.
13
Esse tipo de pilha zinco-carbono apresenta até 0,01% de mercúrio em peso, utilizado
para encapar o eletrodo de zinco objetivando evitar a corrosão e maximizar a performance
da pilha. De acordo com a Associação Norte-Americana dos Fabricantes Elétricos avalia
que 3,25 pilhas zinco-carbono per capita são comercializadas por ano nos Estados Unidos.
Já as pilhas alcalinas são constituídas de um ânodo (prego de aço envolvido por
zinco em solução de KOH alcalina – pH~14), uma relação de anéis de MnO2 compactados e
recoberta de revestimento de aço niquelado, um separador de papel e um isolante de nylon.
Até a década de oitenta, as pilhas alcalinas eram compotas de mais de 1% de
mercúrio. A partir da década de noventa a percentagem de mercúrio caiu para 0,025%.
AS baterias recarregáveis têm como maior representante as baterias de níquel-
cádmio, por constituir cerca de 70% da produção. Essas baterias possuem um eletrodo
(cátodo) de cádmio que, posteriormente se modifica em Ni(OH)2, o eletrólito é uma
combinação de KOH e Li(OH)2.
As baterias Ni-Cd são classificadas em: portáteis e para aplicação industrial e
propulsão. Até 1995, mais de 80% desta modalidade de baterias era do tipo portátil.
Em substituição ao uso das baterias de Ni-Cd, foram inseridas no mercado as
baterias de íons de lítio, também utilizadas em telefones celulares e notebooks e podem ser
depositadas em lixo doméstico.
Há um grande interesse no comportamento de metais pesados, principalmente por
seus efeitos biológicos. Contudo, a maioria desses elementos é importante para o bom
funcionamento dos organismos vivos, porém, são potencialmente tóxicos quando altamente
concentrados ou em determinadas combinações.
Os efeitos da absorção de algum elemento potencialmente tóxico, como os metais
pesados, pelo organismo humano, podem causar destruição à sua estrutura, introduzindo-se
nas células, acarretando assim, mudanças em seu funcionamento normal. Porém, em
algumas situações, os efeitos da contaminação só serão percebidos em longo prazo, pois,
os fatores interferentes causados por esses elementos são diversos.
O grau de toxidade de um metal, bom como sua disponibilidade (possibilidade de
reação de um contaminante com um sistema biológico), está relacionado a diversos fatores,
como:
• Forma química em que o metal se encontra no meio ambiente;
14
• Capacidade de biotransformação em subprodutos com maior ou menor grau de
toxidade;
• Vias de penetração do metal no organismo humano, entre outros.
Para a introdução de metais no organismo tem-se: a introdução por inalação, por via
oral (através da água e alimentos) ou via dérmica. O alvo da toxidade dos metais são os
processos bioquímicos específicos (enzimas) e/ou membranas das células e organelas.
(http//:www.cepis.org.pe/bvsare/e/proypilas/pilas-pdf)
2.5 Impactos Causados
A produção mundial de baterias de lítio alcançou a ordem de 500 milhões de
unidades, com isso, projeta-se que a produção de baterias usadas seja de 500 mil
toneladas, com peso de cobalto entre 5 e 15% e de lítio entre 2 a 7%. O componente mais
valioso é o cobalto e o eletrólito, por isso, o processo de reciclagem deve recuperar esse
elemento químico. Contudo, O cobalto e o lítio podem ter valor de mercado, o que
incentivará a coleta e reciclagem.
O perigo da reciclagem de uma bateria de lítio vem da possibilidade de fogo e
explosão pela presença de solvente não aquoso junto ao lítio. Há também o risco de
reações violentas quando essa bateria é aberta e exposta à umidade do ar.
O processo de trituração ou amoagem é uma etapa crítica quando é utilizado o
elemento químico argônio em forma líquida. Os efeitos que os elementos químicos que
compõem as pilhas e baterias podem gerar na saúde do ser humano devido à presença de
metais estão relacionados na Tabela 2.
15
Tabela 2: Principais efeitos à saúde.
Cádmio Câncer, disfunções digestivas, problemas pulmonares e sistema
respiratório.
Paládio Anemia, disfunção renal, dores abdominal, encefalopatia, neurite
periférica, problemas pulmonares e teratogênico.
Cobalto
Lesões pulmonares, lesões no sistema respiratório, distúrbios
hematológicos, possível carcinogênico humano, lesões e
irritações na pele, distúrbios gastrintestinais, efeitos cardíacos.
Crômio Câncer do aparelho respiratório, lesões nasais, distúrbios dos rins
e fígado.
Lítio Disfunções renais e respiratórias, disfunções do sistema
neurológico, cáustico sobre a pele e mucosas e teratogênico.
Manganês Disfunção cerebral, disfunção do sistema neurológico, disfunções
renais, hepáticas e respiratórias e teratogênico.
Mercúrio
Congestão, inapetência, indigestão, dermatite, distúrbios
gastrintestinais, elevação da pressão arterial, inflamações na
boca e lesões do aparelho digestivo, lesões renais, distúrbios
neurológicos e lesões cerebrais e possível carcinogênico.
Níquel Câncer, lesões do sistema respiratório, distúrbios gastrintestinais,
alterações do sistema imunológico, dermatites.
Prata
Argíria (descolação da pele e outros tecidos), dores estomacais,
distúrbios digestivos, problemas no sistema respiratório, necrose
da medula óssea, fígado, rins e lesões oculares.
Zinco Alterações hematológicas, lesões pulmonares e no sistema
respiratório, distúrbios gastrintestinais e lesões no pâncreas.
De acordo com Merck (2002) os principais metais presentes em pilhas e baterias no
mercado oferecem riscos à saúde e devem ter cuidados especiais no manuseio, como:
Cádmio: é incompatível com agentes oxidantes fortes, nitratos e
HNO3 O contato com agentes oxidantes provoca incêndio ou
explosão. Dividido em fragmentos finos, o Cd é moderadamente
inflamável e explosivo. Sob esta forma, reage vivamente com certos
produtos oxidantes. Determinados compostos do Cd, principalmente
16
o clorato e o bromato, podem explodir sob a ação do calor, por
choque ou por contato com produtos redutores.
Chumbo: O chumbo é uma massa sólida, não apresentando riscos,
se armazenado e estocado adequadamente. Entretanto, o dano está
baseado na inalação do pó ou emissões de gases, possíveis durante
a obtenção de chumbo metálico ou de reações químicas. Por outro
lado, certos compostos de chumbo, como o clorato e o bicromato,
podem explodir sob a ação de calor, de choque, ou por contato com
produtos redutores.
Cobalto: é um metal estável; não há riscos, se armazenado
adequadamente.
Cromo: o metal finamente dividido oferece perigo de incêndio.
Apresenta incompatibilidade química com carbonatos, bases fortes e
ácidos minerais. Todos os compostos de cromo devem ser
considerados como altamente tóxicos e poluentes.
Lítio: reage violentamente com a água, liberando gás H2. Altamente
inflamável, causa queimaduras em contato com a pele e os olhos. O
lítio deve ser manuseado em condições especiais, por ser um metal
muito corrosivo. O armazenamento do lítio metálico deve ser feito em
frasco de vidro contendo líquido inerte, em ausência de água e de
oxigênio.
Manganês: No manuseio e armazenamento, devem ser evitadas as
seguintes condições: calor, chama e fontes de centelha. Apresenta
incompatibilidade com água, ácidos fortes, fósforo e agentes
oxidantes fortes.
Mercúrio: Envenenamento por vapores tóxicos, especialmente
quando aquecido.
Incompatível com ácidos fortes.
Níquel: Estável na forma compacta. O metal pulverizado e os fumos
de Ni podem inflamar-se espontaneamente. Incompatível com
alumínio, cloreto de alumínio, p-ioxinas, hidrogênio, metanol, não-
metais, oxidantes e compostos de enxofre. Reage violenta ou
explosivamente com anilina, sulfeto de hidrogênio, solventes
inflamáveis, hidrazina e pósmetálicos (especialmente zinco, alumínio
e magnésio).
Prata: Os sais de prata são incompatíveis com ácidos fortes e bases
fortes.
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Zinco: O zinco puro é atóxico, mas os gases liberados pelo
aquecimento do metal, ou por reações químicas, podem irritar as vias
respiratórias, se inalados.
A presença natural dos metais não deve ser considerada perigosa. Contudo,
atualmente verifica-se grande número de metais em circulação no solo, na água e no ar e,
principalmente, seu acúmulo na cadeia alimentar.
Os metais pesados presentes no ar ou na água pelo descarte incorreto estão sujeitos
a deposição (sedimentação gravitacional, troca química). Se presentes na água, os metais
podem sofrer alterações químicas e bioquímicas. No ciclo biológico, podem se concentrar
em plantas e animais. (http//:www.cepis.org.pe/bvsare/e/proypilas/pilas-pdf)
Figura 2.11: Bateria Descartada
Sem tratamento
DTA VC EIE
Lixiviado H2O2 /HCl
3:1
ppt com LiOH pH=12
Filtração e adição de LiOH
1:1 e recozimento 850°C
Filme 80% oxido+15 carbon black
+ 5%PVDF
DTA VC EIE
Óxido Descartado
Lixiviado H2O2 /HCl
3:1
ppt com LiOH pH=12
Filtração e recozimento
850 °C
Filme 80% oxido+15 carbon black
+ 5%PVDF
DTA VC EIE
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3 - OBJETIVO
Ponderando sobre a crescente do mercado de pilhas e baterias e a falta de
programas de incentivo sobre o descarte adequado desses materiais, tão presentes no dia-
a-dia do ser humano, este trabalho tem por objetivo suscitar uma reflexão sobre a produção,
utilização, descarte e os impactos no meio ambiente, tornando viável a importância da
educação ambiental como mobilizadora para o descarte adequado de pilhas e baterias,
minimizando os impactos ambientais e o retorno nocivo à saúde do ser humano, quanto ao
seu descarte inadequado.
Contribuir com a Educação Ambiental, com a implantação do projeto de coleta
seletiva dentro do Campus da Universidade São Francisco, visando um futuro melhor.
Pesquisar novos métodos de re-processamento do material constituinte do catodo
das baterias de íons-lítio, produzirem novos eletrodos na forma de filmes, utilizando
caminhos de síntese com baixo consumo energético visando novas técnicas de baterias
miniaturizadas.
4 - PARTE EXPERIMENTAL 4.1 Procedimento do Re-Processamento de Bateria Íon-Lítio
O processo de reciclagem foi iniciado com a descarga total da bateria descartada
com o Voltímetro, até o potencial próximo de 0,0V, com o este processo evita explosão da
bateria durante a sua abertura, devido à presença de eletrólito orgânico altamente
inflamável.
Foi feito um pequeno orifício no revestimento para segregação do eletrólito (solvente
orgânico).
Feita a abertura da bateria (Figura 4.1), separou-se o catodo, separador (membrana
de PVDF intumescida com eletrólito) e anodo e acondicionamento em dessecadores
individuais.
19
Figura 4.1: Foto tirada em laboratório durante o processo de abertura e raspagem da
bateria
O material catódico foi raspado do alumínio e coletado, com massa 6,37g, (Balança
Analítica).
A lixiviação do material foi feita utilizando H2O2 (Peróxido de Oxigênio) e HCl (Ácido
Clorídrico), preparação feita na capela, na proporção 3:1.
Após a lixiviação uma primeira filtragem foi realizada visando retirar o carbono
condutor.
O material lixiviado (Figura 4.2) apresentou coloração marrom esverdeado,
provavelmente relacionado ao (CO3O4) óxido de cobalto.
20
Figura 4.2: Foto tirada em laboratório durante o processo de re-processamento do
material lixiviado.
A outra parte do material lixiviado foi precipitada com NH4OH obtendo óxido
hidróxido de cobalto foi sendo posteriormente utilizado na síntese de estado sólido.
O material lixiviado será utilizado posteriormente na síntese de Pechini para
produção de novos cátodos em trabalhos futuros.
O método dos precursores polimérico ou também conhecido como método Pechini é
utilizado na síntese de diversos óxidos policatiônicos. O Método é baseado na formação de
quelatos entre os cátions metálicos (dissolvidos como sais em uma solução aquosa) com
ácido hidrocarboxílico como o ácido cítrico. Observando o esquema da figura 4.3(a), após a
síntese da solução de citrato, é adicionado um polialcool, como etileno glicol para promover
a poliesterificação entre o citrato do íon metálico e o etileno glicol esquema da figura 4.3(b).
21
Figura 4.3: Método dos Precursores Polimérico – Síntese de Pechini
A implantação do projeto de reciclagem de baterias e educação ambiental na
Universidade São Francisco, tem como foco principal a coleta de baterias descartadas e
novas propostas de sensibilização relacionadas à reciclagem e método de limpeza e
preservação do ambiente.
A estratégia é a mudança de comportamento através da educação ambiental como
instrumento de sensibilização e conscientização do papel do cidadão na conservação dos
recursos naturais para questões relacionadas ao consumo excessivo e ao desperdício de
matéria-prima. Assim como pesquisas voltadas para o re-processamento de baterias de
íons-lítio visando o desenvolvimento utilizando rotas de síntese com baixo consumo
energético de baterias miniaturizadas.
O programa de coleta de baterias descartadas ocorrerá com atividades de educação
ambiental que visa informar, sensibilizar, estimular e mobilizar todo o campus da
Universidade a aderir o projeto com consciência ambiental, onde estão sendo formados
recursos humanos para divulgação do programa e sensibilização pública, instalações de
uma rede de coleta nas áreas de grande circulação do Campus com caixas coletoras
padronizadas (verde escuro) e coleta do material específico (baterias de íons-lítio) para
pesquisas.
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5 - RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1 Implantação de um Sistema de Coleta Seletiva
Nos dias atuais tem-se falado muito em reciclagem e a problemática de resíduos
tecnológicos, principalmente quando se trata de resíduos que representam riscos sanitários
e ambientais. A legislação ambiental brasileira descreve corretamente o descarte de pilhas e
baterias, porém não resolve o descarte de resíduos tecnológicos devido à velocidade da
própria tecnologia e o seu consumo excessivo.
A sociedade se apresenta altamente consumidora, onde comprar faz parte do seu
cotidiano e o desenvolvimento das tecnologias no setor de telecomunicações e da indústria
eletroeletrônica contribuem com um aumento no consumo devido ao avanço da tecnologia
em equipamentos mais práticos e econômicos movidos a energia móvel (baterias
recarregáveis ou não-recarregáveis).
A Universidade São Francisco preocupada com o consumo acelerado por tais
equipamentos e a geração de lixo eletrônico, implantou no Campus um Projeto que traz
como tema “Descarte e Reciclagem de Baterias”, com a finalidade de sensibilizar
primeiramente a comunidade universitária. Este projeto é formado por recursos humanos
que vem trabalhando na divulgação do programa e sensibilização pública, que tem como
foco a educação ambiental que estará promovendo palestras, mini-cursos e encontros junto
a comunidade acadêmica sensibilizando e estimulando debates como; o destino das
baterias em aterras e lixões, impacto ambiental com o descarte inadequado relacionados
não só ao meio ambiente, mas também com a saúde publica, o consumismo, o desperdício,
a reciclagem e o direito e dever do cidadão junto a sociedade. Estima-se que passe pela
Universidade São Francisco cerca de 15.000 pessoas diariamente, onde deverão ser
instalados pontos de coleta em várias localidades e com grande circulação, sendo que as
caixas coletoras já estão padronizadas com a cor do descarte coletivo (verde escuro) e
compostas com a identidade visual do projeto e da estratégia de comunicação, que já está
aprovada. Isto deverá ocorrer primeiramente no Campus de Bragança Paulista onde será
determinado em conjunto com a Diretoria do Campus. A partir da coletagem, serão
selecionadas as baterias de íons-lítio para pesquisas, onde será analisada e feita nova
revisão temática baseada nos resultados da analise.
Desde o início da implantação deste projeto já vem sendo realizadas pesquisas
estabelecendo condições experimentais adequadas ao re-processamento dos catodos das
baterias íons-lítio utilizando rotas de extração e síntese com baixo custo energético,
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lembrando que o restante do material coletado será encaminhado para entidades
apropriadas. Em anexo a formulário de percepção de reciclagem de baterias.
5.2 - Desenvolvimento do Re-Processamento da Bateria íon-Lítio
O re-processamento da bateria de íons-lítio desde sua abertura seguindo as etapas de
raspagem, separação do material catódico e preparação da solução para lixiviação
apresentaram bons resultados, permitindo uma boa lixiviação durante o processo de
reciclagem.
6 - CONCLUSÃO
Devem-se respeitar as condições do processamento de baterias usadas de lítio: a)
recuperação maximizada dos componentes de valor do produto usado; b) tratamento de
materiais não recuperados para obter formas seguras de descarte. Estima-se que no futuro
as estruturas das políticas ambientais e o incentivo da educação ambiental garantam que as
baterias sejam recicladas em sua maioria possibilitando a redução à pressão por fontes
naturais.
O processamento da bateria de lítio é relativamente simples devido essencialmente à
química bem diferenciada de seus componentes. Contudo, estima-se que não se esgotaram
as possibilidades de novos processos de recuperação de componentes dessas baterias.
Dois exemplos, extrações em fase sólida – que dispensam a dissolução da bateria em meio
ácidos – e agentes complexantes – que favorecem a solubilização seletiva de metais –
estão sendo estudados para gerar uma geração de menos resíduos.
Conclui-se que com as novas tecnologias sendo desenvolvidas para diminuir o grau
de toxidade das baterias juntamente com a estruturação das políticas de reciclagem pode-se
garantir que tanto o meio ambiente não será afetado por esses materiais poluentes, quanto
o ser humano não estará exposto às ações nocivas dos metais presentes em pilhas e
baterias de uso cotidiano.
Atingido o objetivo do Projeto, que é alertar a comunidade universitária com cuidados
relacionados ao meio ambiente, a saúde e aos direitos e deveres como cidadãos.
Acredita-se que há novas possibilidades para estabelecer novos processos de
recuperação de componentes dessas baterias e que em termos ecológicos impõe-se que no
futuro, as baterias sejam mais recicláveis possível reduzindo a pressão por fontes naturais.
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7 - BIBLIOGRAFIA
Filho P. Rubens, Rosa S. Derbal e Irias M. J. Luiz. Desenvolvimento Sustentável. Berto
Editora Itatiba, 2008
Peter, Atkins; Loretta, Jones. Princípios da Química - Questionando a Vida Moderna e o
Meio Ambiente, 3ª ed., Editora Bookman, 2006.
http//:www.mma.gov.br - Site consultado 18/10/2008 às 15:00h
MERCK. Tabela Periódica. [online]. http://www.merck.com.br/tpie.htm (2002).
http//:www.usf.com.br - Site consultado 06/10/2008 às 00h.
http//:www.física.uel.br./filmat/baterias_príncipios.htmal - Site consultado - 26/10/2008 às
18h30min .
http//:www.cepis.org.pe/bvsare/e/proypilas/pilas-pdf - Site consultado - 15/10/2008 às 14h00
http//:www.fórum.clubedohardware.com.br.tipos.baterias/32374 – Site consultado –
10/10/2008 às 18h00
www.br.geocities.com/etermecanica/lítio.pdf – Site consultado - 21/09/2008 às 14h00
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8 - ANEXOS 8.1 Anexo Comércio será responsável pela coleta de pilhas e baterias usadas
por Dayane Cunha — última modificação 22-09-2008 16:11:00
Todos os pontos de venda de pilhas e baterias do país deverão ter, dentro de dois anos,
postos de coleta para receber os produtos descartados pelos consumidores, segundo
nota divulgada pelo Ministério do Meio Ambiente. A resolução foi aprovada pelo
Conselho Nacional do Meio Ambiente no dia 11 de setembro e será regulamentada pelo
Instituto Brasileiro de Meio Ambiente.
Segundo a nova resolução, os varejistas deverão encaminhar o material recolhido aos
fabricantes e importadores. Estes serão responsáveis pela reciclagem, ou, quando não
for possível, pelo descarte definitivo em aterros sanitários licenciados.
O Conama também reduziu os índices de mercúrio, cádmio e chumbo permitidos tanto
para as pilhas e baterias fabricadas no Brasil quanto para as importadas. Segundo o
MMA, mesmo com a redução acentuada dos índices de produtos tóxicos (os limites
admissíveis caíram em 55% para o mercúrio, 87% para o cádmio e 50% para o
chumbo), a ação não deve ter grande impacto na indústria. A maioria dos fabricantes já
produz dentro desses limites.
Por isto, segundo o diretor do Conama, Nilo Diniz, o desafio é promover o descarte
adequado de pilhas e baterias e, especialmente, convencer e acostumar os
consumidores. Para promover a educação dos consumidores, o Conama incluiu no texto
um capítulo dedicado à informação, que será de responsabilidade partilhada entre o
poder público e o setor privado.
"O consumidor é o propulsor desse sistema. Ele precisa estar informado do prejuízo que
uma pilha ou uma bateria pode fazer ao meio ambiente se forem descartadas de
maneira inadequada. E depois de estar informado e sensibilizado, ele tem que criar o
hábito de levar a pilha velha para deixar na caixa de coleta quando for comprar uma
nova", alertou Diniz em nota.
Fonte: http://www.revistasustentabilidade.com.br
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8.2 Anexo
Quadro 3: Re-processamento da Bateria Ìon-Lítio
![[1859] EMINECTOMIA COMO TRATAMENTO PARA LUXAÇÃO](https://img.document.onl/doc/110x75/61a4e0b490205f5baa48eec6/1859-eminectomia-como-tratamento-para-luxao-.jpg)
![Carta à senhora Cristina de Lorena, Grã-Duquesa Mãe de Toscana [1615]](https://img.document.onl/doc/110x75/55721243497959fc0b905409/carta-a-senhora-cristina-de-lorena-gra-duquesa-mae-de-toscana-1615.jpg)
