Recuperación de manganeso a partir de baterías de ion litio recicladas en la Ciudad de La Paz

Abstract

Hasta 2021 en la Ciudad de La Paz no existen industrias que se dediquen a recuperar manganeso a partir de RLIBs porque requiere alto consumo energético y la actividad presenta varios obstáculos económicos y técnicos. Frente a esto el proyecto desarrolla un proceso hidrometalúrgico para separar Manganeso a partir de material catódico; para obtener Óxidos de Manganeso (IV y II) por precipitación aplicando procesos de lixiviación ácida y así mismo obtener precursores para ser usados en diferentes aplicaciones. Para lo cual se acopió, clasificó, caracterizó físicamente, descargó, secó y desmanteló 419 baterías de Aluminio y 59 polímeras de Litio, posteriormente se separó el material catódico y se midió el porcentaje de Manganeso en el mismo, obteniendo en promedio 13,08% de Manganeso en el material catódico. Para lixiviar el Manganeso contenido en el material catódico se desarrolló un proceso donde se evaluaron parámetros termodinámicos (entalpía, entropía y energía libre de gibbs) y zonas de estabilidad de compuestos mediante Diagrama de Pourbaix asistidos por el Software HSC Chemistry 6.0 y se determinaron mediante diseño experimental los niveles de variables más adecuados para el proceso como: concentración de agente lixiviante 1M (H2SO4, HCl, HNO3); concentración de agente reductor (H2O2) 6,73%v/v; temperatura de lixiviación 70°C; Ratio S/L de 199g/L; velocidad de agitación hasta 11rpm y tiempo de lixiviación de 1,06h logrando una recuperación de Manganeso de 99,22% con un modelo cinético basado en el núcleo sin reaccionar obteniendo constantes de velocidad cinética de k(H2SO4)=9x10-4[s-1]; k(HCl)=1,6x10-3[s-1]; k(HNO3)=3,6x10-3[s-1] y energías de activación de Ea(H2SO4)=366,02[Kcal/mol]; Ea(HCl)=205,04[Kcal/mol]; Ea(HNO3)=323,33[Kcal/mol]. Posteriormente, el Manganeso lixiviado se precipitó aplicando agente oxidante (NaClO) y precipitantes ((NH4)2SO4, H2C2O4, Na2CO3) para obtener mediante proceso de secado Óxido de Manganeso (IV) y por descomposición térmica Óxido de Manganeso (II) con purezas de 88,82% y 93,51% respectivamente. El proyecto permite identificar oportunidades de mejora en las tecnologías para el tratamiento de las RLIBs en la Ciudad de La Paz y aporta información sobre la viabilidad técnica del proceso hidrometalúrgico para obtención de materiales en base a Manganeso.