ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: FORMAÇÃO DE ZINCO, MANGANÊS E LIGAS Zn-Mn A PARTIR DA RECICLAGEM DE PILHAS DE Zn-MnO2 EXAURIDAS
AUTORES: SOUSA, V.M. (UFES) ; GARCIA, E. G. (UFES) ; FREITAS, M. B. J. G. (UFES)
RESUMO: Nessa pesquisa, a reciclagem de zinco e manganês de pilhas exauridas de Zn-MnO2 foi investigada através das técnicas galvanostática e potenciodinâmicas para estudar a formação de eletrodepósitos de zinco, manganês e ligas Zn-Mn, caracterizando-os por MEV com EDX. Dissolveu-se o cátodo e o ânodo separadamente em H2SO4 0,5 mol/L e o cátodo e ânodo juntos em HCl 1,0 mo/L. Obteve-se preferencialmente depósitos de zinco, independente da densidade de corrente e pH das soluções. Na caracterização morfológica dos eletrodepósitos de zinco, observou-se que, mantendo-se a densidade de corrente constante, em pH 0,5, o depósito é dentrítico e em pH 2,0 o depósito é homogêneo com formação de grãos bem definidos. A reciclagem deve diminuir a quantidade de pilhas nos lixões, preservando o meio ambiente.
PALAVRAS CHAVES: reciclagem, baterias zn-mno2, eletrodeposição
INTRODUÇÃO: Apesar da aparência inocente e do seu tamanho, as pilhas e baterias são hoje um grave problema ambiental. No Brasil são produzidas anualmente, segundo a Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica (ABINEE), cerca de 800 milhões de pilhas, entre as chamadas secas (zinco-carbono) e alcalinas. Só em São Paulo, são descartadas 152 milhões de pilhas primárias de zinco-carvão e 40 milhões de alcalinas por ano[1]. As pilhas constituem-se num veneno lançado no meio ambiente diariamente por milhões de pessoas. O tempo de degradação das pilhas é de cerca de 100 a 500 anos e dos metais pesados é infinito. A reciclagem apresenta-se, então, como uma solução para esta questão ambiental. No início, a reciclagem e a recuperação de materiais foi a possibilidade para que cada indústria mantivesse o fornecimento de matéria-prima a um custo razoável, inclusive nos períodos de escassez. Hoje em dia, a principal razão para a reciclagem, ou o tratamento final, é a proteção do meio ambiente. Os aterros sanitários e a incineração estão sujeitos a diversas restrições de várias resoluções do CONAMA [2]. A reciclagem é a maneira de reduzir os custos, necessariamente, dos resíduos de materiais descartados[3,4]. O objetivo desse trabalho é a aplicação de métodos eletroquímicos para a reciclagem de zinco e manganês de pilhas de Zn-MnO2. O zinco e o manganês serão reciclados por eletrodeposição sobre eletrodo de aço 1020. As condições eletroquímicas na formação de eletrodepósitos de zinco e manganês e ligas Zn-Mn serão estudadas em condições galvanostáticas e potenciodinâmicas. Os eletrodepósitos serão caracterizados por microscopia eletrônica de varredura com EDX.
MATERIAL E MÉTODOS: Escolheu-se em média de dez pilhas de diferentes marcas para medir seus respectivos potenciais e correntes. Após pesar as pilhas, foi feito o desmantelamento e em seguida, separou-se os seus constituintes em quatro partes: o ânodo de zinco em forma de lâmina, o cátodo de MnO2, a haste de carbono e a os separadores e invólucros. Na dissolução do eletrodo negativo utilizou-se H2SO4 0,5 mol/L numa relação aproximada de 1,0000 g do ânodo para 100,00 mL de ácido. A dissolução deu-se sob agitação magnética que processou-se por aproximadamente uma semana. Após a dissolução, a concentração de íons Zn2+ na solução é 8,10.10-5 mol/L e de íons Mn2+ não foi detectada por espectroscopia de absorção atômica.
Na dissolução do cátodo também adicionava-se H2SO4 0,5 mol/L e mais 1,0 mL H2O2 30%. Montou-se um sistema de agitação magnética e a reação se processou durante três dias. A concentração final dos íons Mn2+ na solução é de 0,027 mol/L e de Zn2+ é 2,9.10-5 mol/L. Dissolveu-se o ânodo e o cátodo em uma solução de HCl 1,0 mol/L. Também foi usada a relação de 1,0000 g do cátodo e do ânodo, 100,00 mL de ácido e mais 1,0 mL de H2O2 30%. Após a dissolução, a concentração de íons Mn2+ na solução é de 0,02 mol/L e de Zn2+ é 5,2.10-5 mol/L. Para a realização das medidas eletroquímicas foram utilizadas células de plásticos com capacidade aproximada de 60,00 mL. Essas células continham três orifícios na tampa da célula para a introdução do eletrodo de referência, auxiliar e de trabalho. Os eletrodos utilizados foram o eletrodo de trabalho de aço 1020, o eletrodo de referência (Ag/AgCl/NaCl saturado) e o contra-eletrodo de platina. Foi utilizado o Potenciostado da Microquímica Modelo MQPG-01. Os materiais foram caracterizados com o auxílio das técnicas de MEV e EDX.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Solução A e B referem-se a solução de dissolução do ânodo e do cátodo, respectivamente. A solução C, refere-se a solução de dissolução do cátodo e o ânodo juntos.
Eletrodeposição de zinco: Em pH 0,5, solução A, a menor eficiência de carga (a) foi de 37,13 % para a densidade de corrente 30 mA.cm-2. A baixa eficiência de carga pode ser explicada pelo fato da maior parte da corrente aplicada ser utilizada para reduzir a água e os íons H+. A maior eficiência foi de 77,17% para a densidade de corrente igual a 20,0 mA.cm-2. Em pH 2,0 e solução A: Nesse valor de pH, observa-se que para as densidade de corrente iguais a 5,0 e 10,0 mA.cm-2, há oscilações no potencial atribuídas à formação de um depósito não homogêneo. Em pH 3,5 e solução A: Nessas condições observava-se a formação de um filme sobre o eletrodo de trabalho que dificulta a passagem de corrente provocando pequena queda no potencial. O filme apresentava pouca aderência sendo eliminado após lavar o eletrodo.
Eletrodepósitos de Zinco a partir da solução B: Devido a grande diferença de potencial de redução entre o zinco e manganês obteve-se preferencialmente depósitos de zinco, independente da densidade de corrente e pH das soluções. O manganês sofria oxidação no contra-eletrodo e esse depósito se desprendia.
Caracterização dos eletrodepósitos de Zinco: Mantendo-se a densidade de corrente constante, em pH 0,5, o depósito é dentrítico e em pH 2,0 o depósito é homogêneo com formação de grãos bem definidos. Comparando a Figura 1 com a Figura 2, em que as medidas foram feitas nas mesmas condições, observa-se que o depósito é formado preferencialmente por zinco, assim como os resultados da análise feita com o EDX para os eletrodepósitos de zinco a partir da solução C.
CONCLUSÕES: Obteve-se preferencialmente depósitos de zinco, independente da densidade de corrente e pH e concentração das soluções, sendo que em pH igual a 0,5, o depósito é dentrítico e que em pH para 2,0, o depósito é mais homogêneo com formação de grãos bem definidos. Em pH igual a 3,53, o depósito não revestiu todo o substrato. A reciclagem deve diminuir a quantidade de baterias de Zn-MnO2 nos lixões, preservar o meio ambiente e evitar desperdícios. No presente trabalho desenvolvemos uma metodologia para a reciclagem de zinco de pilhas de Zn-MnO2 exauridas.
AGRADECIMENTOS: A FAPES, processo número 36303542/07, ao CNPq e à PRPPG.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] ABINEE (Associação Brasileira da Indústria Eletro-Eletrônica), abinee.org.br
[2] CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (CONAMA), Resolução n. 257, 30 de Junho 1999, Publicado no Diário Oficial da União (DOU) 22 de Julho 1999.
[3] FREITAS,M. B. J. G., PIETRE, M. K. de. Deposit morphology of the zinc recovery by electrodeposition from the spent Zn-MnO2 batteries. J. of Power Sources, 128 (2004) 343.
[4] ESPINOSA, D. C. R., BERNARDES, D.C. & TENÓRIO, J.A.S. Recycling of batteries: a review of current processes and technologies. J.Power Sources, 130 (2004) 291.
