Estudio preliminar de la disolución de LiCoO2 en diferentes medios lixiviantes

ARAUJE, DEBORA; ROSALES GUSTAVO DANIEL; DRAJLIN, SEBASTIAN; RODRIGUEZ MARIO H.

Rosario

Congreso; Congreso Binacional SAM/CONAMET; 2011

Instituto de Física Rosario IFIR- CONICET-UNR, la Facultad de Cs Exactas, Ingeniería y Agrimensura de Rosario FCEIA-UNR y la Universidad Tecnológica Nacional Regional San Nicolás FRSN-UTN

Una de las aplicaciones del litio con mayor crecimiento en la actualidad, es en la fabricación de baterías eléctricas. Las baterías de ion-litio son relativamente pequeñas, livianas y proporcionan muchamás energía por unidad de volumen que las de níquel-cadmio (Ni-Cd) o níquel e hidruro metálico (NiMH). Debido a estas ventajas, las baterías de ion-litio se utilizan principalmente como fuente de energía para los teléfonos móviles, los ordenadores portátiles y los dispositivos electrónicos. En la actualidad, se están llevando a cabo numerosos estudios con el interés de recuperar el contenido metálico de las baterías ion-Li agotadas; los mismos abarcan metodologías que van desde la vía pirometalúrgica a la vía hidrometalúrgica, o bien, una combinación de ellas.El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto de las variables operativas que influyen sobre la lixiviación de Li presente en los contenidos metálicos de las baterías ion-litio, por la vía hidrometalúrgica, en un sistema cerrado, utilizando diferentes medios lixiviantes (ácido y alcalino). El material de partida son baterías de ion-litio agotadas de celulares de distintas marcas que, una vez clasificadas, se abrieron cortando su cobertura plástica. Luego se identificaron y separaron el ánodo y el cátodo, se tomó una pequeña masa muestra de cada uno de ellos y se caracterizó por DRX. Los resultados obtenidos indicarion que el ánodo, de cobre, se encuentra recubierto con una película de carbono grafito y el cátodo, de aluminio, está recubierto por una película de LiCoO2. A partir de los resultados por DRX se seleccionó el cátodo para realizar los ensayos experimentales, debido a que contiene el compuesto de interés.Las muestras sólidas usadas en los ensayos experimentales fueron preparadas por dos vías: a) cortando la lámina del cátodo en pequeños cuadrados, para probar la reactividad de la muestra frente a los distintos agentes lixiviantes y evaluar que agentes utilizar y b) extrayendo el polvo mediante el raspado manual de la misma, para ser tratado por los agentes lixiviantes seleccionados. Se utilizaron como agentes lixiviantes: ácido fluorhídrico, acido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico e hidróxido de sodio.En la vía a) los resultados obtenidos, trabajando a 75ºC; 300 rpm; 275 ml de solución lixiviante; mostraron que los ácidos HF, HCl y H2SO4 tienen marcada influencia en la disolución de las muestras, por lo que, para el desarrollo experimental de la vía b), se utilizaron estos ácidos como componentes del medio lixiviante.Para la vía b), las variables operativas ensayadas fueron: temperatura (25°C a 75°C), tiempo de reacción (30 a 120 min) y concentración de agente lixiviante (5 a 15%).En todos los ensayos se trabajó de la siguiente manera: cada solución lixiviante fue calentada en una plancha calefactora a la temperatura de trabajo, en un recipiente cerrado, con agitación. Luego se agregó una masa conocida de la muestra y se dejó reaccionar durante un intervalo de tiempo manteniendo la temperatura constante. Después, el recipiente de reacción fue enfriado y el contenido, filtrado. El sólido obtenido en el papel de filtro fue secado en una estufa a 70°C y pesado.Las caracterizaciones por DRX, de los residuos de la muestra tratada con HCl, mostraron la presencia de CoCl2.4H2O y LiCl, lo que estaría indicando la probable disolución casi completa del LiCoO2. En la muestra lixiviada con HF se observa la aparición de LiCoO2 sin reaccionar, acompañado de óxidos de cobalto y, en las muestras tratadas con H2SO4, se observa la presencia de LiCoO2 sin reaccionar con sulfato de litio hidratado.Los resultados obtenidos hasta el momento muestran que: el HF, HCl y H2SO4 usados como agentes lixiviantes, tienen una marcada influencia sobre la disolución de la muestra, mientras que el NaOH y el HNO3 afectan levemente dicha reacción. La concentración del agente lixiviante, la temperatura y el tiempo de reacción influyen notablemente en la reacción de disolución del LiCoO2.Se logró una disolución mayor al 90% usando HCl como agente lixiviante, a una concentración del 15% v/v, una temperatura de 75°C, una velocidad de agitación de 330 rpm y un tiempo de reacción de 120 min, en un recipiente cerrado.