ÁREA: Química Ambiental
TÍTULO: RECICLAGEM DE CÁDMIO DE BATERIAS NI-CD EXAURIDAS POR PRECIPITAÇÃO QUÍMICA E ELETRODEPOSIÇÃO
AUTORES: PENHA, T. R. - UFES (TAIES@CLICK21.COM.BR)
FREITAS, M. B. J. G. - UFES
RESUMO: Neste trabalho cádmio de baterias Ni-Cd exauridas foi reciclado por precipitação química e eletrodeposição, usando a técnica galvanostática. De acordo com as medidas de difração de raios-X, análise termogravimétrica e infravermelho, a composição química do hidróxido de cádmio é: [b-Cd(OH)2(H2O)0,30(SO4)2-Y(CO3)2-Z]. A estrutura não é afetada pela variação da temperatura. A maior eficiência de carga ocorreu em torno de 95,0% com uma densidade de corrente entre 10,0mAcm-2 e 30,0mAcm-2. A densidade de corrente influenciou na morfologia do depósito. No espectro de energia dispersiva de raio-X os depósitos formados em diferentes densidade de corrente mostraram a presença de ferro, enxofre e oxigênio, além do cádmio.
PALAVRAS CHAVES: cádmio, baterias de ni-cd, reciclagem
INTRODUÇÃO: As baterias Ni-Cd apresentam problemas ambientais devido à presença de cádmio. Por isso, outros tipos de baterias tem sido desenvolvidos. As baterias de níquel hidreto metálico (NiMH) e íon lítio são aceitas em termos ambientais, e tecnicamente podem substituir as de Ni-Cd em muitas aplicações, porém são mais caras (BERNARDES, 2004). Quando exauridas, as baterias Ni-Cd tornam-se perigosos resíduos. O material precursor no eletrodo negativo é o hidróxido de cádmio que existe em três estruturas: a-Cd(OH)2, b-Cd(OH)2 e g-Cd(OH)2, mas a fase principal no eletrodo negativo é a b-Cd(OH)2 (SIMIC, 2001). O caminho para reduzir o impacto ambiental do cádmio é o desenvolvimento de processos de reciclagem. Foi estudada a influência da temperatura na estrutura do material precursor segundo o método tradicional. O cádmio foi recuperado por precipitação química e por eletrodeposição galvanostática sobre eletrodo de aço 1020. A relação entre a densidade de corrente, eficiência de carga e morfologia do depósito foi analisada. O material foi caracterizado por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), energia dispersiva de raio-X (EDX), infravermelho (IR) e medidas de pH.
MATERIAL E MÉTODOS: As baterias Ni-Cd marca GP (3,6 V, 600 mAh) foram usadas nesta pesquisa. No desmantelamento, as baterias exauridas foram separadas fisicamente em diferentes partes: anodo, catodo, invólucro de aço, separadores e coletores de corrente. Na média, o peso total das baterias Ni-Cd corresponde a: anodo 25%, catodo 35%, e invólucro de aço, separadores e coletores de corrente, 41%. A dissolução do anodo foi realizada com uma solução de H2SO4 0,5 mol/L na proporção de 1,00 g do eletrodo para 100 mL de solução. O material precursor foi obtido por precipitação química a 281 e 295K. A síntese de hidróxido de cádmio foi monitorada por medidas de pH. A solução de NaOH 0,5 mo/L foi usada como solução de precipitação. O precipitado foi filtrado e lavado com água destilada. para remover excesso de reagente. O eletrodo de trabalho foi feito de aço 1020 com área de 0,2 cm2, o auxiliar de platina com área de 3,75 cm2 e o de referência foi de Ag/AgCl saturado com NaCl. Os eletrodos de trabalho e de referência foram conectados a um microcomputador por uma interface RS232. A densidade de carga usada foi de 90,0 Ccm2 e a densidade de corrente entre 5,0 mAcm-2 e 50,0 mAcm-2.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O material sintetizado a 281 e 295K é o Cd(OH)2 com estrutura hexagonal, JCPDS número 31-0228 (Fig.3). No espectro IR observam-se bandas características de SO42-, CO32- e H2O adsorvida. As bandas de absorção são: 3605cm-1 grupo hidroxila no Cd(OH)2; 3437cm-1 grupo hidroxila da água adsorvida; 1633cm-1 deformação angular da H2O; 1384cm-1 e 1020cm-1 ânion carbonato; 1119cm-1 e 854cm-1 ânion sulfato; 620cm-1 deformação angular no plano da água; 472cm-1 Cd-O. Nos termogramas há dois intervalos de temperatura onde ocorre perda de massa (Fig. 2). Nos intervalos entre 40 e 200°C ocorre a eliminação da água de adsorção, entre 200 e 450°C a reação de deshidroxilação e a desorção de ânions sulfato e carbonato. A composição do Cd(OH)2 pode ser expressa por [b-Cd(OH)2(H2O)0,30(SO4)2-Y(CO3)2-Z]. O Cd também foi recuperado por eletrodeposição. A eficiência de carga é maior para uma densidade de corrente de 10,0mAcm-2, aproximadamente 95,0%, e diminui com o aumento da densidade de corrente (Fig.1). A densidade de corrente aplicada também afeta a morfologia do depósito, de acordo com as medidas de MEV. Nos espectros de EDX, além de Cd também foi observada a presença de ferro, enxofre e oxigênio.
CONCLUSÕES: Foi observado por difração de raios-X e análise termogravimétrica que, no intervalo de temperatura estudada, estabiliza-se a fase b-hidróxido de cádmio. A sua composição pode ser expressa como: [b-Cd(OH)2(H2O)0,30(SO4)2-Y(CO3)2-Z]. Nos eletrodepósitos, a maior eficiência de carga, aproximadamente 95,0% e microporosidade foi alcançada para uma densidade de corrente igual a 10,0mAcm-2. A microporosidade dos depósitos diminuem com o aumento da densidade de corrente. Nos espectros de EDX, foi possível observar a presença de ferro do substrato, sulfato e oxigênio derivados da solução de depósito.
AGRADECIMENTOS:PRPPG e DQUI-UFES
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:BERNARDES, A.M.; ESPINOSA, D.C.R.; TENORIO, J.A.S. 2004. Recycling of batteries: a review of current processes and technologies, J.Power Sources, 130: 291-298.
SIMIC, N., SJÖVALL, R., PALMQVIST, U., AHLBERG, E. 2001. The origin of capacity loss in te pocket plate cadmium electrode. Journal of Power Sources, 94: 1-8.