PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DE PILHAS E BATERIAS USADAS

 

Eliane Ferreira dos Santos

Acadêmica de Engenharia Ambiental na Universidade Federal do Tocantins – UFT

engenheirasantos@gmail.com – (63) 84411413/92097183

Juan Carlos Valdés S.

Professor Doutor do Curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Tocantins

juancs@uft.edu.br

 

RESUMO

 

O presente trabalho apresenta a problemática das pilhas e baterias usadas e dispostas ao meio ambiente sem nenhum processo de transformação. E descreve alguns destes processos, para a escolha do melhor a usar em cada situação que necessitar.

 

 PALAVRAS-CHAVE: pilhas, baterias, reciclagem.

 

INTRODUÇÃO

 

A solução dos problemas ambientais tem sido considerada cada vez mais urgente para garantir o futuro da humanidade, e depende da relação que se estabelece entre sociedade e natureza, tanto na dimensão coletiva quanto na individual.

A demanda global dos recursos naturais deriva de uma formação econômica cuja base é a produção e o consumo em larga escala. Com rápidos avanços tecnológicos viabilizando formas de produção de bens com conseqüências indesejáveis que se agravam com rapidez (PCN, 2010).

As pilhas e baterias domésticas, que têm como princípio básico converter energia química em energia elétrica utilizando um metal como combustível (MONTEIRO, 2001), são utilizadas em aparelhos como rádios, brinquedos, câmeras, relógios, calculadoras etc. Esses dispositivos de armazenamento contêm elementos potencialmente poluentes, tais como zinco, manganês, níquel, cádmio, chumbo, mercúrio, os quais podem causar problemas à saúde humana devido aos seus reconhecidos efeitos tóxicos. E mesmo assim uma grande quantidade de pilhas é descartada diariamente em aterros sanitários (MACÊDO; TRINDADE; SOARES, 2002). Isso se deve ao grande consumo, diversidade de usos, associada às pequenas dimensões das pilhas e baterias e a falta de instrução das pessoas sobre sua periculosidade. Por causa de suas características tóxicas e da dificuldade em se impedir seu descarte junto com o lixo domiciliar, em 1999 foi publicada a Resolução CONAMA nº 257, que estabelece à responsabilidade do acondicionamento, coleta, transporte e disposição final de pilhas e baterias aos comerciantes, fabricantes, importadores e à rede autorizada de assistência técnica (MONTEIRO, 2001). Mas essa medida legal, embora necessária e em vigor, mostra-se insuficiente para solucionar, na prática, o problema do descarte inadequado desses resíduos. (REIDLER; GÜNTHER)

A reciclagem apresenta-se, como uma solução para esta questão ambiental. O processamento de pilhas e de baterias usadas existe, pelo menos, desde o início do século XX. Entretanto, os incentivos mudam com o passar dos anos. Pois, inicialmente, a reciclagem e a recuperação de materiais foram 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 (AFONSO, 2003).

Contudo, um grande problema, quando se pensa na reciclagem de baterias, é a coleta, pois sua eficiência depende não apenas da cooperação da população, mas, principalmente, das indústrias, distribuidores e governo. A questão da coleta é bastante complexa uma vez que, apesar de a responsabilidade ser do setor público, os custos associados inviabilizam esta operação (ESPINOSA; TENÓRIO, 2004).

Os principais tipos de baterias recarregáveis de uso doméstico são chumbo-ácido, NiCd, NiMH e íons de lítio. Destas, as baterias de chumbo-ácido foram as primeiras a serem desenvolvidas e sua utilização extensiva pela população também é mais antiga. O processo para sua reciclagem é consagrado e elas são recicladas em diversos países do mundo. Já as baterias de NiMH e de íons de lítio não apresentam metais pesados restringidos pela lei, mas a tendência internacional é para a reciclagem das mesmas. Sua utilização pela população tem aumentado, em substituição das baterias de NiCd. Mas, a distinção dos diversos tipos de pilhas e baterias, externamente, nem sempre é fácil, fazendo com que elas sejam coletadas juntas. Um fator importante a ser enfatizado é o efeito da contaminação da carga para ser reciclada com outros tipos de pilhas ou baterias. Processos para a separação de baterias e pilhas, em função de sua composição química, já estão sendo desenvolvidos (ESPINOSA; TENÓRIO, 2004).

No presente trabalho, optou-se por um estudo de caráter exploratório, visando à realização de um levantamento bibliográfico dos tipos de tratamento para pilhas e baterias exauridas, usadas pelos consumidores.

 

RESULTADOS

 

Os processos de reciclagem de pilhas e baterias podem seguir três linhas distintas: a baseada em operações de tratamento de minérios, a hidrometalúrgica ou a pirometalúrgica. Algumas vezes estes processos são específicos para reciclagem de pilhas e baterias, outras vezes as pilhas e baterias são recicladas juntamente com outros tipos de materiais (ESPINOSA; TENÓRIO, 2003).

Abaixo segue a descrição de alguns desses processos, mencionados com maior freqüência na literatura utilizada.

 

BATREC

É um processo pirometalúrgico, desenvolvido pela empresa SUMITOMO LTDA e em operação na suíça. Possui a capacidade de reciclar cerca de 3000 t/ano de pilhas, porém requer um custo elevado.  O processo é basicamente composto pelas etapas de pirólise, redução de compostos metálicos e condensação dos gases de zinco. É gerado um resíduo sólido que não é comercializado. E cada tonelada processada gera 360 kg de liga ferro-manganês, 200 kg de zinco, 1,5kg de mercúrio e 20 kg de resíduo com um custo energético de 3500 kWh/Ton.

            Para o tratamento das baterias de íons de lítio o processo consiste em realizar uma classificação das mesmas e, em seguida, moídas em atmosfera controlada. O lítio liberado é neutralizado e assim dando prosseguimento ao processo sem poluição atmosférica e os outros componentes como cobalto, metais não-ferrosos e plástico, são separados e retornam como matérias primas (TAKAHASHI, 2008).

 

RECYTEC

Processo utilizado na Suíça nos Países Baixos desde 1994 que combina pirometalurgia, hidrometalurgia e mineralurgia. . É utilizado na reciclagem de todos os tipos de pilhas e também lâmpadas fluorescentes e tubos diversos que contenham mercúrio. Esse processo não é utilizado para a reciclagem de baterias de Ni-Cd, que são separadas e enviadas para uma empresa que faça esse tipo de reciclagem. O investimento deste processo é menor que o SUMITOMO, entretanto os custos de operação são maiores. Similar ao processo BATREC, é um processamento térmico que tem o objetivo de eliminar o mercúrio e os sais de cloreto. A diferença no processo RECYTEC quando comparado ao processo BATREC é que neste último requer um investimento de implantação menor e o sólido resultante da evaporação é moído alcançado uma granulométria máxima de 10 mm (ESPINOSA; TENÓRIO, 2000; TAKAHASHI, 2008).

 

SUMITOMO

Processo Japonês totalmente pirometalúrgico de custo bastante elevado é utilizado na reciclagem de todos os tipos de pilhas, menos as do tipo Ni-Cd (ESPINOSA; TENÓRIO, 2000).

 

SNAM – SAVAM

Processo Francês, totalmente pirometalúrgico e aplicado na recuperação de pilhas e baterias tipo Ni-Cd e íons de lítio (ESPINOSA; TENÓRIO, 2000; TAKAHASHI, 2008).

 

SAB – NIFE

Processo Sueco, totalmente pirometalúrgico para recuperação de pilhas do tipo Ni-Cd. Inicialmente foi desenvolvido para recuperação de baterias automotivas em meados dos anos 80 e se assemelha com o processo SNAM-SAVAM.

Primeiramente ocorre a remoção dos eletrólitos limpando e secando os eletrodos. Após e levado a um reator que opera em três etapas. A primeira é para eliminar as substancias orgânicas, utilizam-se temperaturas entre 400 e 500ºC por um período de 24 horas. Evita-se a evaporação do cádmio com uma mistura de nitrogênio e oxigênio com concentração entre 3 a 12%. Após essa etapa de pirólise, aquece-se o forno a uma temperatura de 900ºC durante 20 horas para destilação do cádmio. O vapor de cádmio é transferido para um condensador a uma temperatura de 450ºC e recuperado. E por última etapa é elevada a temperatura do reator para 1300ºC onde obtem-se a liga de ferro-nÍquel (ESPINOSA; TENÓRIO, 2000; TAKAHASHI, 2008).

 

INMETCO (International Metals Reclamation Company)

Processo Norte Americano da INCO (Pennsylvania, EUA), foi desenvolvido inicialmente, com o objetivo de se recuperar poeiras metálicas provenientes de fornos elétricos. Entretanto, o processo pode ser utilizado para recuperar também resíduos metálicos proveniente de outros processos. Por isso é um processo adaptado para tratamento de baterias Ni-Cd, NiMH, NiFe, Li-íon e Zn-Mn. Para o tratamento das baterias de Ni-Cd seguem-se as etapas:

(1º) as baterias são abertas manualmente para separação dos eletrodos e drenagem do eletrólito que posteriormente é utilizado para controle de pH na estação de tratamento de efluente;

(2º) Operação de moagem dos eletrodos positivos e a carcaça de aço e após essa etapa tudo é encaminhado ao forno;

(3º) Os eletrodos negativos passam por uma lavagem para remoção dos eletrólitos residuais e juntamente com o agente redutor são enviados ao forno em uma temperatura de 950ºC por um período de 12 a 14 horas com uma atmosfera com baixa concentração de oxigênio;

(4º) Por fim o vapor de cádmio é condensado e obtido com pureza acima de 99,95%, pode ser empregado para produção de novas baterias de ni-Cd, como também na fabricação de revestimentos resistentes a corrosão e também para realçar a pigmentação (ESPINOSA; TENÓRIO, 2000; TAKAHASHI, 2008).

 

WAELZ

            Esse processo é pirometalúrgico, e se aplica para o tratamento de pilhas alcalinas. É um processo pirometalúrgico que utiliza fornos rotativos.

Nesse processo misturam-se sílica e carvão ao resido a ser tratado, prepara-se o forno rotativo a uma temperatura em torno de 1200ºC e o tempo de residência é de 4 horas. Os óxidos produzidos são reduzidos e oxidados, produzindo um pó que é recuperado no tratamento de gases. É gerado ainda, oxido de ferro, que não é toxico e geralmente é utilizado na pavimentação de ruas e estradas e também na formação de escórias das industrias siderúrgicas. O produto gerado no forno rotativo é transferido para um segundo forno a uma temperatura entre 700 e 1000ºC, não se utiliza nenhum redutor e obtém – se oxido de zinco de alta qualidade que pode retornar como matéria – prima na produção de zinco (ESPINOSA; TENÓRIO, 2000; TAKAHASHI, 2008).

 

ACCUREC

É um processo alemão desenvolvido primeiramente para reciclagem de baterias de Ni-Cd e, atualmente, a empresa recicla outros tipos de baterias.

O processo consiste em remover o eletrólito, as carcaças e metálicas, que são enviadas para reciclagem e o material que contém cádmio é destilado a vácuo. É realizado um aquecimento no forno de 500ºC para queima do material plástico que ainda restou e evaporação da água, após é elevada a temperatura para 850ºC para efetuar a destilação do cádmio (TAKAHASHI, 2008).

 

TNO

Esse processo opera em uma rota hidrometalúrgica e foi desenvolvido para reciclagem de baterias de Ni-Cd. Esse processo consiste nas seguintes etapas:

(1º) Ensaio granulométrico para redução das partículas com diâmetro final menor que 15 mm, utiliza-se moinho de facas;

(2º) Classificação do material com diâmetro de corte em 3 mm;

(3º) Separação magnética – separação do material que contem aço com baixa concentração de níquel e cádmio;

(4º) Etapa de lavagem com solução de 6N de HCl em temperatura de 30 a 61ºC, para remoção do cádmio;

(5º) Lixiviação com solução ácida HCl utilizando uma temperatura de 90ºC, razão sólido/líquido  de 1/10;

(6º) Extração líquido-líquido com solução orgânica de 75 % de trifosfato de butila (TBP) e 25% do diluente Shellsol R;

(7º) Reextração líquido-líquido com solução clorídrica;

(8º) Eletrólise para remoção do cádmio e o ferro é eliminado da solução precipitando-o em pH 4;

(9º) Eletrólise para precipitação do níquel da solução;

Para o tratamento de pilhas alcalinas, esse processo sofre uma alteração após a lixiviação, onde a solução é oxidada com NaOCl e, sem seguida, filtrada para a remoção do MnO2, carbono e plásticos. O Zn(OH)2 é obtido por precipitação e o mercúrio é extraído da solução por eletrólise (TAKAHASHI, 2008).

 

BATENUS

O processo opera nas seguintes fases:

(1º) Separação mecânica do papel, plástico e carcaça metálica;

(2º) Lixiviação com solução sulfúrica;

(3º) Filtração do liquor lixiviado e o resíduo contendo óxido de manganês e carbono, retornam para a indústria de produção de ligas ferro-manganês;

(4º) Extração líquido-líquido para recuperação do zinco;

(5º) Eletrólise para deposição do zinco obtido com alta pureza;

(6º) Separação de troca iônica dos elementos cobre, níquel e cádmio;

(7º) Precipitação do manganês com carbonato de sódio;

Esse processo atende as exigências legislativas de emissões de água da Suíça (TAKAHASHI, 2008).

 

ZINCEX

É um processo hidrometalúrgico que opera com baixo consumo energético. As etapas do processo são as seguintes:

(1º) Tratamento prévio, onde as pilhas são cominuídas e separa-se a carcaça metálica, papel e plásticos;

(2º) Lixiviação em solução sulfúrica;

(3º) Filtração e separação do resíduo que contém óxido de manganês e grafita;

(4º) Cementação com pó de zinco para precipitação de impurezas como níquel, cobalto, cádmio e mercúrio;

(5º) Extração líquido-líquido utilizando o extratante D2EHPA (ácido di-2-etilhexil fosfórico) com Escaid para separação do zinco. O manganês fica retido no refinado, que pode retomar para a etapa de lixiviação (TAKAHASHI, 2008).

 

RECUPYL

Um processo hidrometalúrgico utilizado para todos os tipos de pilhas. Primeiramente é realizado um ataque químico nas pilhas utilizando ácido em uma temperatura de 100ºC, os metais em menor quantidade em peso são transformados em sais e os metais em maior quantidade em peso são transferidos para um processo de eletrólise, recuperando-os e podendo reaproveitá-los. Os resíduos gerados nesse processo são os plásticos e papéis (TAKAHASHI, 2008).

ATECH

Basicamente mineralúrgico e, portanto com custo inferior aos processos anteriores, utilizado na reciclagem de todas as pilhas (ESPINOSA; TENÓRIO, 2000).

 

 CONCLUSÃO/CONSIDERAÇÕES FINAIS

 

O estudo permite concluir que uma das alternativas para se avançar na direção de um desenvolvimento sustentável nesse setor seria a elaboração de metas específicas de reciclagem, associada a uma estrutura de gerenciamento e promoção da coleta e reciclagem de todos os tipos de baterias, ficando os custos desse sistema embutidos nos produtos.

Tais ações propiciariam não apenas a implementação de sistemas de educação, coleta e reciclagem, mas também o desenvolvimento de novas baterias mais facilmente recicláveis e contendo menores quantidades de metais tóxicos.

Também se faz necessário mais incentivo e investimentos neste setor, para surgir novas pesquisas, aprimorando os processos existentes, bem como a criação de novos, com o objetivo de recuperar ou reutilizar todos os componentes das pilhas e baterias.

A legislação estabelece normas a cumprir, entretanto é suma importância, além da legislação, possuir também uma fiscalização atuante, assegurando o cumprimento do dever, com isso possibilitando mais qualidade de vida para população.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 

AFONSO, Júlio Carlos. Processamento da pasta eletrolítica de pilhas usadas. Quim. Nova, Rio de Janeiro, Vol. 26, No. 4, p. 573-577, 2003. (1.2)

 

ESPINOSA, Denise Crocce; TENÓRIO, Jorge Alberto. Reciclagem de Baterias: Análise da Situação Atual no Brasil. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, São Paulo, v. 1, n. 2, p.14, 2004.  (4)

 

_____. Reciclagem de pilhas e baterias. In: Seminário Nacional Sobre Reciclagem de Resíduos Sólidos Domiciliares, 2000, São Paulo. Seminário Nacional Sobre Reciclagem de Resíduos Sólidos Domiciliares - Governo do Estado de São Paulo Secretária do Meio Ambiente Cetesb, 2000. (1.1)

 

_____. O estado-da-arte em reciclagem de pilhas e baterias. 4º Encontro técnico anual ASEC – associação dos engenheiros da CSTES, São Paulo, 21 de agosto de 2003. (22)

 

MONTEIRO, José Henrique et al. Manual de Gerenciamento Integrado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro: IBAM, 2001.

 

MACÊDO, Maria Iaponeide; TRINDADE, Roberto; SOARES, Paulo Sérgio. Alternativas de processo hidrometalúrgico para reciclagem de pilhas domésticas usadas. Contribuição Técnica preparada para o XIX Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa, Rio de Janeiro, 26-29 de novembro de 2002. (1.3)

 

PCN, Parâmetros Curriculares Nacionais - Meio ambiente – 1ª parte, 2010.

 

REIDLER, Nívea Maria; GÜNTHER, Wanda Maria. Impactos ambientais e sanitários causados por descarte inadequado de pilhas e baterias usadas. Rev. Limpeza pública, São Paulo, p. 20 - 26. (01)

 

TAKAHASHI, Vivian Cristina Inacio. Reciclagem de baterias de íon de Li: condicionamento físico e extração do Co. – ed.rev. - São Paulo, 2008, 90p. Dissertação (mestrado) – Escola Politécnica da universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia metalúrgica e de materiais. (6)