Tratamiendo de Metales Pesado de Bateria

7/23/2019 Tratamiendo de Metales Pesado de Bateria

1/25

Tratamiento de Residuos Txicos II

INTRODUCCIN

En la actualidad existen muy pocos lugares en donde las tecnologas para

reciclar los componentes de las bateras de nquel - cadmio se hayan puesto en

prctica. os tipos de bateras que pueden ser tratadas y recicladas son las

bateras de nquel!hidruro" nquel-cadmio y otros tipos de bateras lquidas. as

bateras que utili#an los celulares contienen en su interior de $ a % pilas

indi&iduales.

as pilas comunes son descargadas en las bolsas de residuos domiciliarios. a

mayora de las alcalinas y recargables lamentablemente siguen el mismo

camino. as bateras de los tel'(onos m&iles" por e)emplo" tienen una &ida *til

de uno a tres a+os y mientras" estn lixi&iando sus componentes al suelo. os

metales que contienen las pilas ,como el nquel y el cadmio" entre otros son

reciclados en (orma de lingotes y es as como las industrias" por e)emplo laautomotri#" las reutili#an. lgunas de las acciones que se pueden poner en

prctica para disminuir el riesgo de las bateras son/

Reducir la cantidad de los elementos txicos" eliminar por completo estos

elementos" sustituir los elementos indispensables por otros menos txicos" o en

su de(ecto" incrementar el tiempo de &ida *til de las bateras para que se

tarden ms en ser desechadas.

0omo )usticacin de este in(orme" podemos decir que el problema del

desecho de estas bateras con el resto de los desechos municipales est

creciendo cada da ms y por lo tanto debemos destinar una tecnologa para elrecicla)e de estas. os componentes de las bateras de nquel ! cadmio son

componentes que a*n siendo txicos" estn sustituyendo otros a*n ms

txicos" como el mercurio" usados en otras bateras. El cadmio" el componente

ms txico" no puede eliminarse de la batera ya que sin 'ste" la batera no

cumpliera su (uncin. 2or esta ra#n" estos componentes deben de ser

extrados y reciclados industrialmente para que estas bateras de nquel !

cadmio tengan un me)or destino.


2/25


ESTUDIO DE UNA TECNOLOGIA PARA EL

RECICLAJE DE LOS COMPONENTES DE LASBATERIAS DE Ni- Cd

Objetivo General

El objetivo de ste trabajo es investigar sobre un proceso de reciclaje debateras Ni-Cd.

Objetivos Especficos

Caracterizar los componentes de las bateras.

Proponer de acuerdo a la caracterizacin de las pilas, un proceso deextraccin en medio cido de sus componentes a di!erentes condicionesde operacin.

"ealizar pruebas de laboratorio, para veri!icar la e!iciencia de cada uno

de los procesos propuestos.


3/25


Marco Terico

Bateras

#na batera es esencialmente un acumulador de electricidad $ue producenelectrones% este !enmeno es llamado reaccin electro$umica. &i se examinauna batera, esta tiene dos terminales. #na terminal est marcada '() positivomientras la otra est marcada '-) negativo. *os electrones se agrupan en laterminal negativa de la batera. +entro de la batera misma, una reaccin$umica, $ue trans!orma energa $umica a energa elctrica, produceelectrones, la velocidad de la produccin de electrones eca por estareaccin 'la resistencia interna de la batera) controla cuntos electrones

pueden pasar por las terminales Para $ue la reaccin $umica se lleve a cabo,los electrones deben viajar de la terminal negativa a la positiva. Es por eso $ueuna batera puede guardarse por un ao todava conserva su energaplenamente, a menos $ue los electrones corran acia la terminal positiva, lareaccin $umica no se

e!ectuar. *a primera batera !ue creada por /lessandro 0olta en 1233. Paracrear su batera utiliz una pila alternando capas de zinc plata, empleandopapel secante empapado en agua salada como aislante. Este arte!acto !ueconocido como 4pila voltaica4.


4/25


#na celda es un conjunto de materiales $ue generan voltaje corriente 'comoel zinc el carbn) $ue estn agrupados cubiertos por un material aislante./ctualmente, casi ning5n dispositivo utiliza una celda por vez, sino varias

juntas. &i se abre una batera se encontraran las celdas dentro. Normalmentelas bateras se agrupan en serie para obtener altos voltajes o en paralelo paraaltas corrientes. El siguiente diagrama muestra esos arreglos6

El arreglo de arriba de la 7ig. 8.9 es llamado en paralelo. &i asume $ue cadacelda produce 1.: voltios, entonces 8 pilas en paralelo tambin producirn 1.:voltios pero la corriente ser cuatro veces maor. El arreglo de debajo de la!igura 8.; es llamado en serie. *os cuatro voltajes se suman para producir ierra contiene apenas I: partes por milln de n$uel, eso es3.33I:= de n$uel. >omando la tierra entera en consideracin 'incluendo lacapa base junto con la corteza), el n$uel es el $uinto elemento ms com5n,

solamente el ierro, el oxgeno, el silicio el magnesio son ms abundantes.El n$uel, en su estado de oxidacin 3, es un metal duro, blanco plateado $uese encuentra principalmente combinado con oxgeno 'xidos) o azu!re'sul!uros). No tienen ni olor ni sabor caractersticos. En su !orma metlica esun agente reductor !uerte es mu resistente a la corrosin alcalina. &ein!lama en trozos grandes se disuelve con lentitud en cidos diluidosliberando idrgeno.

El n$uel tiene cinco istopos naturales con masas atmicas de :2,


12/25


con el n$uel, el cido actico, aun$ue es un cido no tan !uerte, extrae eln$uel a grandes cantidades.To.ici%a%

#na determinacin de los e!ectos en la salud del n$uel metlico se basa envarios estudios epidemiolgicos estudios animales. En la evaluacin de laexposicin ocupacional de n$uel metlico, la evidencia combinada de estudiosumanos animales no sugiere $ue a una relacin entre la exposicin aln$uel metlico un riesgo creciente del cncer respiratorio.

*a sensibilizacin de la piel al n$uel metlico puede ocurrir donde$uiera $ueaa lixiviacin de los iones de n$uel sobre piel expuesta. &in embargo, laalergia cutnea 'dermatitis de contacto alrgico) al n$uel ocurreprincipalmente como resultado de exposiciones no ocupacionales.

Con respecto a estudios en asma, la in!ormacin umana es menos con!iable.@ientras $ue la exposicin al polvo !ino $ue contiene el n$uel se a observado

en in!ormes de casos como causa posible del asma ocupacional.

(lternativas %e Uso

El n$uel es un componente clave de diversos materiales utilizados por lasociedad en diversas industrias para !abricar una amplia gama de productos deuso !inal. El n$uel puede ser utilizado en mucas industrias de variasmaneras. Principalmente puede utilizarse en aleaciones duras, tenaces estables a la corrosin $ue soporten el desgaste. >ambin es utilizado envlvulas para el cableado. El n$uel se usa en las tuberas galvanizadas

'ni$ueladas) o para !ormar el acero inoxidable.Htro uso $ue se le puede dar al n$uel es para los acabados artsticos en llavesde lava manos, lava platos, etc., para algunas monedas para el electrodopositivo en las bateras recargables de n$uel cadmio. / continuacin semuestra la distribucin del n$uel en los di!erentes tipos de industrias.


13/25


Ca%)io

Caractersticas-

El cadmio es un elemento $ue se encuentra en la naturaleza asociado amucos minerales. &e le considera como uno de los elementos ms txicos a$ue tiene una vida media larga se acumula en los seres vivospermanentemente 'Lerman, ;331). /dems, es un metal suave, maleable,d5ctil, bivalente, bioacumulable. &e disuelve rpidamente en cido ntricopero slo lo ace con lentitud en cido idroclrico cido sul!5rico.

El cadmio, son smbolo $umico, Cd, tiene un peso molecular de 11;.81 g, unadensidad de 2,


14/25


persistentemente txico a5n en concentraciones mu pe$ueas a $ue seconcentra !uertemente en estas cadenas.

*a ingestin del cadmio puede causar trastornos agudos en el tractogastrointestinal asta mortalidad al ingerirlo al 1: o ;3= '1-9 das despusde la exposicin). *os sntomas incluen nauseas, salivacin, vomito, dolorabdominal tipo clico dolor de cabeza 'Lerman, ;331). *a inalacin delcadmio, despus de sntomas como dolor de cabeza, !iebre, respiracinagitada, etc., presenta la muerte.

*a poblacin abierta se expone a este metal principalmente a travs de lacadena alimenticia, aun$ue tambin por el consumo de tabaco contaminadopor cadmio presente en los !ertilizantes !os!atados. El cadmio se acumula en elorganismo umano, !undamentalmente en los riones, causando ipertensinarterial. *a absorcin pulmonar es maor $ue la intestinal, por lo cual, el riesgoes maor cuando el cadmio es aspirado.

&u vida media biolgica supera los 1: aos causando una acumulacin en lospulmones, el gado, el rin, la glndula tiroides, las glndulas salivales.>ambin puede causar osteoporosis a $ue !rena la absorcin intestinal delcalcio previene su depsito en el tejido seo.

(lternativas %e Uso

&us derivados se utilizan en pigmentos 'especialmente el sul!uro de cadmio) pinturas, bateras recargables de n$uel - cadmio, como estabilizadores delcloruro de polivinilo 'P0C), como recubrimiento de otros metales. >ambin se

utiliza en procesos de galvanoplasta, electrodepositacin, aleaciones,acumuladores, soldaduras, reactores nucleares, joera, etc. El cadmio tambines utilizado para la proteccin a la corrosin para las pelculas !otogr!icas en !ungicidas.

/ctualmente, las bateras de n$uel?cadmio se utilizan en erramientas,cmaras otras aplicaciones industriales. En tele!ona celular a no sonutilizadas, debido a $ue !ueron sustituidas por las bateras de in de *itio, deN$uel?Oidruro de @etal.

E.traccin %e Metales por *a /0)e%a

*a idrometal5rgia consiste en la produccin, puri!icacin o la eliminacin demetales o de componentes de metales a travs de reacciones $umicas . Por va5meda el cadmio se extrae cuando se encuentra en combinacin con zinc, elcadmio se disuelve en su maor parte en cido sul!5rico% esta solucin sepuri!ica para liberarse principalmente del cobre, n$uel cobalto talio $uepueden estar presentes, el cadmio se separa sobre ctodos de capa dealuminio. Para el n$uel se utilizan cidos !uertes.


15/25


Cuando se usan procesos idrometal5rgicos para la extraccin del n$uel seemplean di!erentes solventes para las menas oxidadas de este metal, enprocesos de investigacin se unan cidos 'sul!5rico, muritico, ntrico),debido a $ue estos cidos !uertes disuelven adems del n$uel otroscomponentes, aumenta el consumo de disolvente estos procesos no soneconmicos. Para aplicaciones industriales se pre!iere usar soluciones de cidosul!5rico en procesos de autoclave 'Deregovsi Qistiaovsi 1JI;).

1i.iviacin

*a lixiviacin es el procedimiento de recuperacin de un metal utilizando undisolvente. +espus de sta extraccin se separa el metal de la solucin

resultante. Para llevar acabo este proceso, es necesario poner el metal encontacto con el disolvente, para $ue el material se disuelva se lixivie. &eretira la solucin el metal a est listo para ser tratado.

Reaccin %e Metales en 2ci%os

/lgunos iones compuestos metlicos muestran una elevada solubilidad enciertos disolventes orgnicos. / veces la solubilidad es mu selectiva lo cualace posible una separacin entre los distintos metales, en este casi ablandodel n$uel el cadmio. *a extraccin puede realizarse por pares inicos neutrosabsorbidos por el disolvente !ormando un enlace $umico dbil con lamolcula orgnica o por un catin o un anin enlazndose a la molcula acambio de uno o mas cationes idrgeno o aniones cloruro o nitrato'"osen$uist, 1J2I). Esto es mu parecido al intercambio de iones.

+urante este proceso, el compuesto orgnico se disuelve en un disolventeadecuado para poder obtener la ms alta extraccin, se acen !luir a


16/25


contracorriente las !ases acuosa orgnica. El disolvente orgnico se acepasar entonces al sistema de separacin '$ue es una serie de mezcladores asentadores) en donde el disolvente se trata con una solucin de cidosul!5rico.*a extraccin con disolventes es altamente selectiva para distintos metalespero tiene la ventaja $ue los metales pueden ser trans!eridos desde unasolucin de lixiviacin amoniacal a una solucin de cido sul!5rico, la cual esnecesaria para la electrodeposicin. >ambin puede aplicarse directamente enuna pulpa de lixiviacin de mena.

El cido sul!5rico es un cido $ue como sustancia pura es un l$uido aceitoso,transparente e incoloro. Cuando se calienta a ms de 93 KC desprendevapores. Este cido reacciona con todos los metales, por eso se utiliza en elproceso de lixiviacin. En contacto con la piel puede ocasionar $uemadurasgraves. &e usa en la manu!actura de abonos, explosivos, otros cidos pegamentos, en la puri!icacin del petrleo para remover impurezas de lassuper!icies de metales, en bateras de plomo-cido 'usadas en la maora de

los veculos). *os metales de n$uel de cadmio se liberan por solubilizacincon el cido sul!5rico.El cido actico es el principal responsable del sabor olor agrio del vinagre.En disolucin acuosa, el cido actico puede perder el protn del grupocarboxilo para dar su base conjugada, el acetato. &u pQa es de 8.2 a ;:MC, locual signi!ica, $ue al pO moderadamente cido de 8.2, aproximadamente lamitad de sus molculas se abrn desprendido del protn. Esto ace $ue seaun cido dbil $ue, en concentraciones adecuadas, pueda !ormar disolucionestampn con su base conjugada.

Te)perat#ras %e E.traccin/l igual $ue los otros e$uilibrios, los e$uilibrios existentes entre los iones ensolucin las !ases slidas estn a!ectados por los cambios de temperatura. *aoxidacin siempre es exotrmica, por lo tanto, al aumentar la temperaturalos distintos e$uilibrios se desplazaran acia maores presiones '"osen$uist,1J2I). *a solubilidad de los idrxidos en solucin cida disminue alaumentar la temperatura, por lo $ue esta tcnica se puede utilizar paraeliminar ciertos metales contenidos en la solucin cida de lixiviacin delproceso idrometalurgico.

T3cnicas %e Rec#peracin

Evaporacin 4 Calcinacin

Como se sabe, la evaporacin es el cambio de la !ase l$uida a gaseosa $ueocurre constantemente en la super!icie de un l$uido. *a evaporacin se poneen prctica a $ue es un mtodo relativamente barato da buenos resultados.


17/25


*a calcinacin es la accin de someter al calor una materia para $ue desprendatoda sustancia voltil o se reduzca. Aste mtodo es mu e!ectivo a $ue eltiempo de calcinacin es mu corto es una manera precisa de calcular lacantidad de slidos obtenidos !inalmente de las muestras de extraccin.

!recipitacin por ca)bio %e p/*a maora de los metales tienden a estar ms disponibles a pO cido, excepto/s, @o, &e Cr, los cuales tienden a estar ms disponibles a pO alcalino. El pO,es un parmetro importante para de!inir la movilidad del catin, debido a $ueen medios de pO moderadamente alto se produce la precipitacin comoidrxidos. En medios mu alcalinos, pueden nuevamente pasar a la solucincomo idroxicomplejos . Por lo tanto, la adsorcin de los metales pesados est!uertemente condicionada por el pO. El cambio de pO se puede realizar consoluciones de NaHO, Ca'HO);, o alguna parecida.

El cadmio se remueve ms e!icientemente por precipitacin del idrxido a pOentre J l;. *a precipitacin es tambin posible como carbonato de cadmio apO l3. *a cal dar un precipitado de maor capacidad de sedimentacin $ue elcustico.

Interca)bio Inico

Estos intercambiadores son slidos en los cuales existen diversos iones

dbilmente enlazados. *os primeros intercambiadores conocidos !ueron laszeolitas ms tarde estas se complementaron con resinas orgnicas las cualesse utilizan muco ms aora '"osen$uist, 1J2I). Estas resinas se sumergen enlas soluciones acuosas es a$u cuando existe el intercambio de iones entre laresina la solucin. Para esto, existen resinas catinicas aninicas.


18/25


Dajo condiciones oxidantes, el metal se disuelve en cido sul!5rico diluido!ormando el ion del metal. &i el anin se pone en contacto con unintercambiador de aniones, se tendr una reaccin de intercambio.

#na desventaja de las resinas de intercambio inico es $ue son susceptibles alenvenenamiento de ciertos iones los cuales !orman enlaces !uertes casipermanentes con las resinas acabando as con sus propiedades de intercambioinico. *os ms perjudiciales son los cianuros, tiosul!atos politionatos,aun$ue tambin la slice en solucin puede precipitar disminuir la e!icacia delintercambio.

#n sistema tpico de intercambio inico tiene un leco !ijo de resinaintercambiadora, donde esta tiene la posibilidad de intercambiar ionescargados positivamente 'intercambio catinico), o iones cargadosnegativamente 'intercambio aninico). +ependiendo de la carga de la resina, loaniones cationes se unirn por !uerzas electrostticas a los sitios cargados.

El proceso de intercambio inico se aplica a soluciones acuosas con contenidoorgnico a las aguas residuales $ue contienen cromo, cadmio, n$uel,complejos metal-cianuro otros metales diluidos. El !lujo de regeneranteconcentrado resultante del proceso de intercambio inico debe ser tratado.

!1(N DE IN*E5TIG(CIN

: Caracterizar los componentes de las bateras. *as bateras son clasi!icadasentre alcalinas recargables de acuerdo con sus especi!icaciones. +e las

bateras recargables, las de inters son a$uellas $ue contengan n$uel cadmio. Estas bateras se abren con la auda de pinzas tenazas en suinterior se encuentra de 9 a < pilas. Cada pila se abre de igual manera,retirando la !unda metlica extraendo las placas de n$uel cadmiorespectivamente.>odos los materiales son pesados en una balanza analtica para poderdeterminar un promedio de los residuos obtenidos de muestra de los metalesde inters.

: Proponer de acuerdo a la caracterizacin de las pilas, un proceso deextraccin en medio cido de sus componentes a di!erentes condiciones deoperacin. *a extraccin de los metales se ace a travs de la idrometal5rgia

con un proceso de extraccin cida, con cido actico cido clordrico. *osmetales por separado se colocan en matraces, se agrega una cantidad de!inidade cido, se realiza la extraccin. &e realizar este procedimiento a trescondiciones de operacin6 a temperatura ambiente ';3KC), a 83KC a


19/25


5e reali'aran )3to%os %e concentracin

!recipitacin por ca)bio %e p/-

&e utilizan las soluciones bsicas cal o Ca'HO); para aumentar el pO de lasolucin cida del metal as poder observar la precipitacin del metal.

Evaporacin Calcinacin6

&e toma una muestra de la solucin cida del metal se coloca en un crisolpreviamente llevado a peso constante. Este crisol se introduce a una estu!a a23KC para eliminar el l$uido, obteniendo la sal del metal. Con estos valores secalcula el = de umedad $ue exista en la muestra.

Posteriormente el crisol es introducido a una mu!la a ::3KC, asta $ue lamuestra es calcinada. &e determinan los slidos voltiles existentes, slidos!ijos, slidos totales.

M(TERI(1E5

1. Dalanza /naltica;. Cocina elctrica9. >ermmetro8. Papel !iltro

:. E$uipo de !iltracin al vaco


20/25

METODO

Clasificacin + Despie'a%o

*as bateras $ue eran de nuestro inters 'Ni-Cd) !ueron seleccionadas comocandidatas para el procedimiento. Estas bateras se clasi!icaron caracterizaron de acuerdo a tamao, contenido de pilas, peso, etc. Estasbateras se abrieron utilizando erramientas tales como tenazas, cucillospe$ueos. *as pilas encontradas dentro de las bateras, se abrieron de igualmanera para poder identi!icar la placa de n$uel, la placa de cadmio, elseparador. *os metales !ueron desmontados de sus placas $ue los soportabancon la auda de una lija, se pesaron, se convirtieron en nuestra muestra paraanalizar.

M3to%o /i%ro)etal0r6ico %e E.traccin

&e pueden utilizar di!erentes solventes para este procedimiento, en este casose usaron los cidos sul!5rico actico para la extraccin de los metales n$uel cadmio. Estos cidos se utilizan para disolver varios metales varioscomponentes. *as extracciones se realizaron colocando una cantidad espec!icade metal retirado de las placas de la pila en un matraz. / este metal se leagreg un volumen espec!ico de cido se realiz la extraccin a di!erentescondiciones con los dos di!erentes cidos. / continuacin se muestra unamatriz de experimentacin6

*as reacciones $ue se llevaron acabo son las siguientes6Para el n$uel6

;CO9CHHO ( Ni STNi'CO9CHH); ( O

;OCl( Ni STNiCl;( ;O

El cadmio6

;CO9CHHO ( Cd =>Cd'CO9CHH); ( O

;OCl( Cd ST CdCl; ( ;O

Como tcnica de puri!icacin se realizaron pruebas para observar laprecipitacin de cadmio cambiando el pO de las soluciones. / medida $ue seaumenta el pO de las soluciones, el cadmio precipita en !orma de Cd-HO. &ecomenz con una muestra de :3 ml de metal en cido. &e icieron las pruebascon una solucin bsica, con NaHO, ;N. +icas soluciones se !ueron agregandoa las muestras de metal extrado de las bateras en los matraces poco a pocoasta observar la !ormacin de un precipitado.


21/25

RE5U1T(DO5-

Cadmio6 para un tiempo de ;3 min de reaccin

(ci%o Concentracin 7 )etal

obteni%o

T8

(c9 ac3tico 3.3


22/25

+esamblaje de la batera.

Practica de laboratorio6 ac disolviendo metales.


23/25

+isolucin de los metales de batera Ni-Cd

Producto !inal Oidroxido de los metales pesados

BIB1IOGR(;


24/25

Diau, maor Lustavo. ';339). Dateras de ni$uel-cadmio

/sociacion @exicana de pilas '/@EVPW*/&)

/lbert *ilia /. '1JJ2) curso bsico de toxicologa ambiental @exico +.7,@exico6 editorial limusa &./ de C.0

Tratamient

o deResiduos


25/25

;. ?imbela eon @uan

I=TE>R=TEA/

guila 0uisano @hon ai#a Escobedo @acB e#ama Cargas @orge Delly Esthe(any

Documents

Tratamiendo de Metales Pesado de Bateria