Separação e Recuperação de Metais por troca Iônica

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Freire, A.C.S. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS) ; Ricardo, P.C. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS) ; Lins, R.R.M. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS) ; Serudo, R.L. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS)

Resumo

O uso de telefones móveis nunca se expandiu tanto como atualmente. O consumo exacerbado desse tipo de tecnologia tem gerado consequências desastrosas para o meio ambiente, seja na poluição de terras, seja na poluição de águas. Com isso, há a necessidade de extrair os metais das baterias de celular na forma líquida para uma forma em que possam ser reutilizados. Nesse sentido, este trabalho apresenta estudos referentes à separação e recuperação de metais de baterias de celular por meio da troca iônica. Para isso, utilizou-se a resina DOWEX UPCORE Mono C-600 em uma coluna, o que resultou na retenção do metal, pois a quantidade de H+ liberado correspondia à quantidade de metal contido na resina. Finalmente, a retirada e a recuperação do metal da coluna foram feitas com ácido clorídrico e recuperados na forma de sais de cloreto.

Palavras chaves

Resina; Baterias; Troca iônica

Introdução

As pilhas e baterias usadas são motivos de preocupações ambientais, uma vez que o perigo desses produtos está associado à presença de elementos altamente tóxicos (cádmio, mercúrio e níquel) aos seres vivos. O descarte desse tipo de produto sem critérios significa um elevado risco de perigo pelo contato de seus componentes com o meio ambiente (BARANDAS et al, 2007). Cerca de 29% dos efluentes tóxicos provêm de indústrias de acabamento de metais. Assim, os efluentes de galvanoplastia devem ser apropriadamente tratados, pois contêm metais pesados como crômio, cobre, zinco, níquel, cádmio, chumbo e também ácidos e cianetos (SAPARI et al, 1996). Os processos de concentração e separação, tais como a troca iônica, extração líquido-líquido, eletrólise e osmose reversa dão melhores resultados no tratamento de efluentes industriais(CHMIELEWSKI et al, 1997). Este método é usado nas indústrias de galvanoplastia, pois os cátions metálicos, ácidos e bases usados são compostos inorgânicos ionizados na água e podem ser removidos por este processo. As resinas trocam íons (H+) por íons de carga positiva(resina catiônica). Como a quantidade de (H+) e (OH-) é balanceada, o resultado do tratamento de soluções diluídas e águas impuras por troca iônica leva a água relativamente pura (água desmineralizada no caso de águas municipais, por exemplo) e é economicamente viável quando o processo é empregado para recuperação e reuso dos metais contaminantes e da água circulante na indústria (CHEPCANOFF, 2001). Portanto, neste trabalho propõe-se, para o tratamento das baterias, um processo que envolve a separação dos metais constituintes por cromatografia de troca iônica e, também, faz-se uso de métodos da técnica de voltametria de pulso diferencial e voltametria cíclica.

Material e métodos

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO DA COLUNA DE TROCA IÔNICA A resina catiônica DOWEX UPCORE MONO C600 foi lavada com água deionizada para ser colocada na coluna, mediu-se o pH da água que saía da coluna para saber se a resina estava limpa. Após isso, iniciou-se os testes com os metais em coluna. Neste método, a mistura de metais foi passada pela resina, controlando-se o tempo de retenção de 10 gotas por minuto. O eluído foi titulado com hidróxido de sódio 0,1M com indicador de fenolftaleína para posteriores cálculos de quantificação. MÉTODO PARA SEPARAÇÃO DE METAIS Os metais que estavam retidos na coluna foram retirados com ácido clorídrico 2M, pois os íons dos metais permaneciam fortemente retidos na resina. Porém, ao passar uma solução concentrada de HCl na resina, o cátion do metal é substituído pelo cátion H+, pois trata-se de uma reação de equilíbrio que pode ser modificada através da variação da concentração de íons. As amostras retiradas saíram em forma de cloreto e foram devidamente armazenadas para posteriormente serem feitas análises de determinação. MÉTODO DE REGENERAÇÃO DA RESINA Lavou-se a resina com água deionizada, para a recuperação da resina, até que esta não desse mais teste positivo de cloro, Cl-, com nitrato de prata, AgNO3. MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE METAIS As técnicas utilizadas foram de voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial, em uma célula eletroquímica de 15 mL. Montou-se um sistema de três eletrodos: um eletrodo de trabalho (eletrodo de platina); um de referência (eletrodo de prata cloreto de prata- Ag/AgCl); e um contraeletrodo (eletrodo de platina). Por fim, as medidas eletroquímicas foram executadas com um potenciostato/galvanostato microAutolab III gerenciado pelo software NOVA.

Resultado e discussão

Os metais que foram extraídos das baterias e retidos na resina foram quantificados de acordo com o que foi citado no MÉTODO PARA SEPARAÇÃO DE METAIS. A Figura 1 demonstra a quantidade de cobre recuperada ao passar pela resina. Observa-se que o cobre recuperou sua massa em mg e não houve perda de massa. Após a regeneração da resina, a mesma não perdeu sua eficiência. Os metais que saíram da coluna tinham coloração diferente, pois consistiam numa mistura de metais de: alumínio, cobalto e cobre. As colorações correspondiam à cor do cloreto de cada metal (cobre-verde, cobalto- vermelho e alumínio-amarelo), ou seja, a resina reteve todos os metais. Nesse sentido, estudos feitos por CHEPCANOFF (2001) demonstraram que o processo de troca iônica é econômico quando é empregado para recuperação e reuso dos metais contaminantes. Também é considerado mais viável, pois a resina pode ser reutilizada sem perder sua eficácia. A Figura 2 demonstra, respectivamente: o cloreto de cobre, cloreto de alumínio e o cloreto de cobalto. Os cloretos em baixa concentração ficam com a coloração mais clara, como, por exemplo, o de cobalto, que apresentou coloração marrom. A determinação dos metais foi feita em uma célula eletrolítica, utilizando-se um sistema de três eletrodos, nos quais se aplicou uma faixa de varredura de acordo com o potencial de oxidação e redução de cada metal. Antes de iniciar as análises foram feitos testes com eletrodo de trabalho para não haver interferências. A voltametria cíclica e de pulso diferencial foram controladas em cada análise pelo software NOVA. Portanto, foi possível observar que, à medida que se aumentou a concentração do metal, o i de pico também aumentou e o potencial de oxirredução demonstrou estar de acordo com a literatura.

Massa Recuperada de Cobre


Eluídos Retirados da Coluna Catiônica

Conclusões

Os metais foram separados por cromatografia de troca catiônica e recuperados em forma de cloreto. Além disso, recuperou-se em massa (mg): 86% de cobre, 88,6% de cobalto e 88,7% de alumínio . Foi possível fazer a determinação de metais observando a cor do cloreto, pois em cada metal havia uma cor diferenciada. Entretanto, a determinação também foi feita por meio de voltametria cíclica e diferencial, demonstrando-se ser correto o potencial de oxidação e redução dos metais de cobre, cobalto e alumínio. Portanto, foi possível também quantificar os metais de cobalto e alumínio de forma proveitosa.

Agradecimentos

A FAPEAM pela ajuda financeira, a UEA pelo apoio técnico-estrutural.

Referências

BARANDAS, A. P. M. G. et al.; Recuperação de Cobalto de baterias de Níquel Metal-Hidreto (Ni-MH) via extração seletiva com Cyanex 272. Revista Matéria, 2007, p215-225, 12.
CHEPCANOFF, V.; Separação e Recuperação de Crômio e outros elementos de valor em soluções de trabalho e resíduos industriais de galvanoplastia por troca iônica. 2001.
CHMIELEWSKI, A.G. et. al.; Separation technologies for metals recovery from industrial wastes. Hydrometallurgy, 1997, p333-344, 45.
JANEGITZ, B. C., Junior, L. H. & Fatibello-Filho, O. (2007). DETERMINAÇÃO VOLTAMÉTRICA POR REDISSOLUÇÃO ANÓDICA DE Cu(II) EM ÁGUAS RESIDUÁRIAS. Quimica Nova , 1673-1676.
RYDH, C. J., SVARD, B., “Impact on Global Metal Flows Arising from the use of Portable Rechargeable Batteries”, Science of the Total Environment, v. 302, n.1-2, p. 167-184, Jan. 2003.
SAPARI, N. et. al.; Total removal of heavy metal from mixed plating rinse wastewater. Desalination. Desalination, 1996, p. 419-422, 106.