Abertura e tesa ão. Menet, negativo. dição de solução doida. gitação em solução dai. Desprendimento do grafite e aglutinante do cobre

Transcrição

1 I (11) (21) PI A (22) Data de Depósito: 21/08/2006 (43) Data de Publicação: 08/04/2008 República Federativa do Brasil (RPI 1944) Ministério do Desenvolvimento, Indústria e do Comércio Exterior Instituto Nacional da Propriedade Industrial (51) Int. CL: HO1M 10/54 ( ) (54) Título: PROCESSO PARA EXTRAÇÃO DA (57) Resumo: PROCESSO PARA EXTRAÇÃO DA GRAFITE E AGLUTINANTE DO COLETOR DE COBRE, para proceder com a GRAFITE E AGLUTINANTE DO COLETOR DE COBRE separação dos eletrodos negativos, dito processo compreende as etapas de:1) após extração dos compostos de Rio, os eletrodos negativos são (71) Depositante(s): LG Eletronics de São Paulo Ltda (BR/SP) colocados em um recipiente com orifícios de tamanho adequado permitindo a passagem do material pulverizado composto de grafite e aglutinante; dito (72) Inventor(es): Maria do Rosário Fabeni Hurtado, Marcelo recipiente deve ser preferencialmente de material polimérico, plástico ou Bozzo, Maria Angela Brotto Baldini Lance (74) Procurador: metálico que não apresente alterações físicas em presença da solução ácida, e dever ser colocado num béquer; ii) em seguida é adicionado sobre Marcaviva-Marcas, Patentes e Tecnologia os eletrodos, solução de ácido clorídrico (com concentração compreendida no intervalo de 2 a 10%) para a retirada da grafite e do aglutinante; iii) após preferencialmente 10 minutos de agitação mecânica a grafite e o aglutinante são desprendidos passando pelos orifícios e o cobre permanece no recipiente perfurado; iv) dita solução ácida é filtrada, a grafite e o aglutinante ficam retidos no papel de filtro enquanto que a solução ácida permanece no filtrado podendo ser reutilizada no processo algumas outras vezes; e v) em seguida o grafite e o aglutinante são secos e pesados e podem ser usados na preparação de novas baterias. Abertura e tesa ão Pol Menet, negativo dição de solução doida gitação em solução dai. Desprendimento do grafite e aglutinante do cobre eparação mecânica Filtração cobre

2 1/5.),2. ao DO _,.., 0... Br 3 4 '.) 3., J "_. '.. ),..),,Q, e) c G J J,JO.) ).) A,.),j.4).., J.:,-,,J.) O -, -,._. 3,7., e e i, "PROCESSO PARA EXTRAÇÃO DA GRAFITE E AGLUTINANTE DO COLETOR DE COBRE". Refere-se a presente invenção a um processo destinado a separar os materiais do eletrodo negativo das baterias de lítio-íon no final da sua 5 vida útil. Em função da alta densidade energética e alta tensão do lítio, as baterias a base deste elemento tem sido amplamente investigadas e utilizadas em aparelhos celulares, pois com esta tecnologia é possível fabricar baterias de capacidades maiores e com peso menor quando comparadas com 10 as baterias de níquel-cádmio e níquel hidreto metálico. Conseqüentemente, o número de baterias de lítio-íon tem crescido exponencialmente e, portanto, aumentado também o número de baterias que estão sendo descartadas a cada ano. No caso das baterias de lítio-íon, além da preocupação 15 ambiental, seus componentes possuem um valor econômico significativo, assim, seu reaproveitamento e reuso é de grande importância. O processo consiste dos seguintes passos: i) Abertura das baterias; ii) Separação prévia de alguns componentes (caneca 20 metálica, carcaça polimérica, fitas metálicas, etc); iii) O eletrodo negativo é processado, separando grafite e aglutinante, do coletor de cobre, obtendo, concomitantemente cobre metálico e uma mistura de grafite e aglutinante. No processo de obtenção de cobre metálico ora descrito, não é necessário etapas de dissolução do cobre, precipitação e purificação dos compostos obtidos. Elimina-se também a possível contaminação, pelo cobre, de outros produtos que poderão ser obtidos durante o processo total de reciclagem.

3 2/5 Como é de conhecimento dos técnicos versados nesta ciência a aplicação por excelência do cobre é como material condutor (fios e cabos), destinação de aproximadamente 45% do consumo anual de cobre. Outros usos são: i) tubos de condensadores e encanamentos; ii) eletroímãs; iii) motores 5 elétricos; iv) interruptores e relés, tubos de vácuo e magnétons de fornos microondas; v) se tende ao uso do cobre em circuitos integrados em substituição ao alumínio, de menor condutividade; vi) cunhagem de moedas (com o níquel), esculturas, estátuas, construção de sinos, e usos ornamentais em ligas com zinco (latão), estanho (bronzes) e prata (jóias); e vii) lentes de cristal de cobre o empregadas em radiologia para a detecção de pequenos tumores. O crescimento na demanda mundial por metais de alta pureza, legislações ambientais mais restritivas, a necessidade de unidades industriais trabalharem com baixos custos operacionais para se tornarem viáveis economicamente e a contínua redução na disponibilidade de minérios contendo is elevados teores do metal de interesse tem como conseqüência o desenvolvimento de processos para purificação de metais cada vez mais complexos. O reaproveitamento de cobre metálico, proposto neste processo, vem auxiliar a essas necessidades. As baterias que não tem um destino adequado podem ter 20 seus componentes transportados pelos rios, chuva, vento, entre outros. O cobre, em contato com determinados meios (cloretos, ácidos, etc) formam óxidos de cobre que podem ser lixiviados e assim transportados. O cobre torna-se extremamente tóxico quando sua concentração ultrapassa certos teores, que dependendo da espécie estudada, torna-se cada vez mais crítico à medida que 25 se caminha para a base da cadeia alimentar. A toxidez efetiva do cobre está diretamente inter-relacionada com a distribuição de suas formas físico-químicas individuais que, juntas, contribuem para a concentração total. Com relação aos sedimentos, a taxa de incorporação de cobre é rápida e dependente do tipo de

4 3/5 argila/sedimento, ph, cátions competitivos e presença de ligantes e de óxidos de ferro e manganês. Quando o eletrodo negativo é triturado e o cobre é dissolvido, os métodos de precipitação química tradicionais podem ser empregados, 5 contudo apresentam a desvantagem de serem poucos seletivos. A recuperação de cobre a partir de óxido de cobre é, na maioria dos casos de alto custo, uma vez que se necessita de grande consumo de energia. Portanto há uma necessidade de um processo que viabilize a o recuperação de cobre do eletrodo negativo sem seguir os passos de trituração e dissolução do eletrodo negativo. Outro ponto a ser considerado é que no processo a ser descrito utiliza-se somente solvente aquoso, de custo baixo, de fácil manuseio e obtenção. A literatura descreve um processo onde os materiais do 15 eletrodo negativo são extraídos do coletor utilizando acetato de etila como solvente. O material esmerilhado produzido durante a remoção, consistem de carbono e aglutinante que foram removidos mecanicamente (por moagem, por exemplo). Em vista do exposto, a presente invenção tem por objetivo 20 descrever um método para separação da grafite e do aglutinante do coletor negativo e assim recuperar o cobre na forma metálica. É também objetivo da presente invenção prover um sistema para separar o cobre da grafite é aglutinante. Os objetivos acima mencionados são alcançados através do 25 processo para extração da grafite e aglutinante do coletor de cobre, constituído por um método e um sistema para separar o grafite e aglutinante do coletor de cobre.

5 4/5 Após abertura das baterias os eletrodos positivo e negativo e separadores foram deixados em solução aquosa para a solubilização dos compostos - de lítio. A solubilização foi completada e o material do eletrodo positivo foi dissolvido em outro solvente aquoso para obtenção de compostos de 5 alumínio, de cobalto e de um material pulverizado contendo grafite e o aglutinante. Para proceder com a separação dos eletrodos negativos, estes são colocados em um recipiente com orifícios. Este recipiente é colocado num béquer e em seguida adicionado solução de ácido clorídrico 5% sobre os o eletrodos para a retirada da grafite e do aglutinante. Após 10 minutos de agitação mecânica a grafite e o aglutinante são depreendidos passando pelos orifícios e o cobre permanece no recipiente perfurado. A solução ácida é filtrada, a grafite e o aglutinante ficam retidos no papel de filtro e a solução ácida permanece no filtrado podendo ser reutilizada no processo algumas outras is vezes. A descrição da invenção é detalhada a partir da descrição das figuras que a ela se referem: A Figura 1 representa o fluxograma de todo o processo. A Figura 2 representa o desenho do sistema para separação 20 da grafite e aglutinante do coletor de cobre. De acordo com essas figuras, os eletrodos negativos, após extração dos compostos de lítio, são colocados em um recipiente com orifícios, do tamanho adequado permitindo a passagem do material pulverizado composto de grafite e aglutinante (o aglutinante pode ser PVDF, PAN, PMMA, etc que 25 está sobre os eletrodos negativos). Este recipiente deve ser preferencialmente de material polimérico, plástico ou metálico que não apresente alterações físicas em presença da solução. ácida. O recipiente com orifícios é colocado dentro de outro recipiente e em seguida adicionado solução de ácido clorídrico, em

6 5/5 concentração no intervalo de 2 a 10%, sobre os eletrodos. A solução de ácido clorídrico deve ser agitada mecanicamente ou utilizando outro sistema que movimente a solução e permita a expansão da grafite e do aglutinante para posterior desprendimento da lâmina de cobre. Após 10 minutos de agitação 5 mecânica a grafite e o aglutinante estão desprendidos passando pelos orifícios e o cobre permanece no recipiente perfurado. A solução ácida é filtrada, a grafite e o aglutinante ficam retidos no papel de filtro e a solução ácida permanece no filtrado, podendo ser reutilizada no processo por pelo menos quatro vezes. A grafite e o aglutinante são secos e podem ser usados na preparação de novas io baterias. Após pesagem obtém-se uma massa de 12 g / 10 baterias para o cobre e 31 g / 10 baterias para a grafite. Além dos aspectos econômicos para recuperação e reutilização dos materiais citados anteriormente, a presente invenção também contribui com a conservação e preservação do meio ambiente. 15 Apesar de ter sido descrito e ilustrado um conceito preferido dessa solução cabe salientar que outras soluções são passíveis de realização sem que se fuja do escopo da presente invenção.

7 1/ 0, Ge)* O ) 4 J J ' 1 J J J ) J,3 J O 5).) ) ) ).) O J J 0 J J 7 J ) o ) c) 3 r, o Reivindicação 1- "PROCESSO PARA EXTRAÇÃO DA GRAFITE E AGLUTINANTE DO COLETOR DE COBRE", caracterizado pelo fato de que para proceder com a separação dos eletrodos negativos, dito processo compreende 5 as etapas de: i) após extração dos compostos de lítio, os eletrodos negativos são colocados em um recipiente com orifícios de tamanho adequado permitindo a passagem do material pulverizado composto de grafite e aglutinante; dito recipiente deve ser preferencialmente de material polimérico, plástico ou metálico que não apresente alterações físicas em presença da solução ácida, e to dever ser colocado num béquer; ii) em seguida é adicionado sobre os eletrodos, solução de ácido clorídrico (com concentração compreendida no intervalo de 2 a 10%) para a retirada da grafite e do aglutinante; iii) após preferencialmente 10 minutos de agitação mecânica a grafite e o aglutinante são desprendidos passando pelos orifícios e o cobre permanece no recipiente perfurado; iv) dita 15 solução ácida é filtrada, a grafite e o aglutinante ficam retidos no papel de filtro enquanto que a solução ácida permanece no filtrado podendo ser reutilizada no processo algumas outras vezes; e v) em seguida o grafite e o aglutinante são secos e pesados e podem ser usados na preparação de novas baterias.

8 1/2 IGU A 1 Bateria Abertura e separação inicial Poliméricos Eletrodo negativo Metálicos e Eletrodo positivo Adição de solução ácida Agitação em solução ácida Desprendimento do grafite e aglutinante do cobre Separação mecânica Filtração Grafite Cobre

9 2/2 FIGURA 2

10 1/1 Resumo "PROCESSO PARA EXTRAÇÃO DA GRAFITE E AGLUTINANTE DO COLETOR DE COBRE", para proceder com a separação dos eletrodos negativos, dito processo compreende as etapas de: i) após 5 extração dos compostos de lítio, os eletrodos negativos são colocados em um recipiente com orifícios de tamanho adequado permitindo a passagem do material pulverizado composto de grafite e aglutinante; dito recipiente deve ser preferencialmente de material polimérico, plástico ou metálico que não apresente alterações físicas em presença da solução ácida, e dever ser io colocado num béquer; ii) em seguida é adicionado sobre os eletrodos, solução de ácido clorídrico (com concentração compreendida no intervalo de 2 a 10%) para a retirada da grafite e do aglutinante; iii) após preferencialmente 10 minutos de agitação mecânica a grafite e o aglutinante são desprendidos passando pelos orifícios e o cobre permanece no recipiente perfurado; iv). dita solução ácida é is filtrada, a grafite e o aglutinante ficam retidos no papel de filtro enquanto que a solução ácida permanece no filtrado podendo ser reutilizada no processo algumas outras vezes; e. v) em seguida o grafite e o aglutinante são secos e pesados e podem ser usados na preparação de novas baterias.