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Abril 9, 2014
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Reciclagem de Pilhas e Baterias

De composição extremamente variada e largamente utilizadas no dia a dia, nas residências, comércios e indústrias, as pilhas e baterias se tornaram um resíduo abundante na sociedade atual.

Uma pilha é um dispositivo que gera eletricidade a partir da transformação da energia química. Existem dois tipos básicos de pilhas: primárias (não recarregáveis) e secundárias (recarregáveis).

Aprenda a ter um negócio de sucesso com resíduos no Portal Resíduos SólidosUma bateria é uma associação de pilhas agrupadas em um único contêiner. Quando a tensão fornecida por uma pilha é insuficiente para o funcionamento de um equipamento, duas ou mais pilhas são associadas formando uma bateria, com a finalidade de gerar a tensão necessária. Assim, por exemplo, uma lanterna de 3 V utiliza duas pilhas de 1,5 V.

Tipos de Pilhas e Baterias:

a) Primárias

Dentre as inúmeras pilhas e baterias primárias comercializadas, as que se destacam no mercado nacional são as secas do tipo zinco-carbono. São produzidas em dimensões padronizadas internacionalmente nas formas cilíndricas, tipo botão e tipo moeda. A preferência pela forma cilíndrica ocorre pela maior facilidade de produção quando comparada com as demais formas.

São amplamente utilizadas em lanternas, rádios e relógios. O termo ‘seca’ é utilizado neste caso, pois o eletrólito está em estado pastoso, e não líquido. As pilhas secas cilíndricas contêm em sua composição zinco (Zn), grafite (carbono) e dióxido de manganês (MnO2); além destas substâncias, contêm, também, mercúrio (Hg), chumbo (Pb) e cádmio (Cd), usados para revestir o eletrodo de zinco e, assim, reduzir a corrosão, aumentando o desempenho. Exemplos de algumas pilhas primárias são: zinco / dióxido de manganês (Leclanché), zinco / cloreto (Heavy Duty), zinco / dióxido de manganês (alcalina) e zinco / óxido de prata, dentre outras. As pilhas e baterias primárias não podem ser recarregadas, pois a reação química acaba por destruir um dos eletrodos, normalmente o negativo (anodo).

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Para entender melhor o princípio de funcionamento de uma pilha, veja o vídeo aula abaixo que fala sobre pilha eletroquímica e ensina a montar uma pilha de Daniell.

As pilhas e baterias podem ser diferenciadas umas das outras quanto às reações químicas que geram energia, ou seja, quanto aos seus componentes químicos. Assim, embora algumas sejam denominadas de forma especial, todas elas podem ser classificadas nos tipos descritos a seguir.

 

Zinco / Dióxido de Manganês (Leclanché)

Inventada pelo químico francês George Leclanché em 1860, a pilha de zinco / dióxido de manganês é a mais comum das baterias primárias, tem formato cilíndrico, de diversos tamanhos. O eletrólito é pastoso, formado pela mistura de cloreto de amônio e cloreto de zinco. O anodo é de zinco metálico, usado na forma de chapa para confecção da caixa externa da pilha. O catodo é um bastão de grafite, geralmente cilíndrico, rodeado por uma mistura em pó de dióxido de manganês e grafite.

Tipos de pilhas e baterias primárias: Laclanche e Alcalina

Tipos de pilhas e baterias primárias: Laclanche e Alcalina

Contém, em média, 0,01% de Hg, sob a forma de HgCl2, que reage com a superfície interna do invólucro de Zn e, também, 0,01% de Cd (em massa), além de MnO2, NH4Cl e ZnCl2, que têm propriedades ácidas.

Zinco / Cloreto (Heavy Duty, ou de Alto Desempenho)

Produzidas geralmente em formato cilíndrico e em diversos tamanhos, são similares às de zinco / dióxido de manganês na construção, mas sua durabilidade é 40% superior – são mais resistentes a vazamentos e suportam maiores variações de temperatura. Contêm, em média, 0,01% de Hg e 0,01% de Cd em massa.

Zinco / Dióxido de Manganês (Alcalina)

É uma concepção modificada da pilha Leclanché, sendo geralmente produzida nos mesmos formatos. Possui alto desempenho (uma única pilha alcalina chega a durar 3,5 vezes mais tempo que as pilhas comuns) e maior resistência a altas temperaturas; contudo, seu custo é mais elevado.

Estruturalmente os eletrodos são os mesmos que aqueles da pilha Leclanché, porém o eletrólito é uma solução aquosa de hidróxido de potássio concentrado e óxido de zinco em menor quantidade, o pH desta solução é próximo a 14, daí a denominação alcalina para esta pilha. O recipiente externo é confeccionado em chapa de aço niquelado, para oferecer maior segurança contra vazamentos do eletrólito e garantir melhor vedação.

Dependendo dos padrões estabelecidos por cada país, as pilhas alcalinas podem conter de 0,5 a 1% em massa de Hg amalgamado com o Zn em pó. Contudo, há países em que as pilhas alcalinas contêm apenas 0,025% de Hg metálico.

Zinco / Óxido de Prata

As pilhas de óxido de prata são, na maioria dos casos, utilizadas em equipamentos de emergência. São produzidas, principalmente, na forma de botão, portanto são leves, pequenas e possuem alto desempenho. Sua produção em tamanhos maiores só ocorre por encomenda, em situações em que seu alto desempenho é mais importante que o custo elevado, já que o custo da prata torna proibitiva sua comercialização em larga escala. O catodo é de óxido de prata, o anodo é de zinco, e o eletrólito é uma solução de hidróxido de sódio ou potássio. Possui cerca de 1% (em massa) de Hg.

No vídeo abaixo você pode ver mais sobre a fabricação de pilhas e baterias.

b) Secundárias

Uma pilha ou bateria é considerada secundária (recarregável) quando é capaz de suportar 300 ciclos completos de carga e descarga, com 80% da sua capacidade.

Diferentemente das baterias primárias, as baterias secundárias são usadas, principalmente, em aplicações que requerem alta potência (maiores correntes elétricas num menor tempo) como, por exemplo, aparelhos sem fio, notebooks, telefones celulares e outros produtos eletrônicos.

As pilhas/baterias secundárias que dominam o mercado nacional são: chumbo-ácido (Pb-ácido), niquel-cádmio (Ni-Cd), níquel-hidreto metálico (Ni-MH) e íons lítio (Li-íon). Um cuidado que devemos ter ao descrever as pilhas secundárias é quanto à denominação dos terminais positivo (catodo) e negativo (anodo), já estes se invertem durante a recarga. Neste texto, os termos anodo e catodo se referem sempre ao processo de descarga, ou seja, quando a pilha gera energia útil. A seguir, estão descritos os princípios de funcionamento de algumas pilhas/baterias secundárias comumente encontradas no mercado nacional.

QUADRO COMPARATIVO ENTRE BATERIAS RECARREGÁVEIS PORTÁTEIS Fonte: Adaptado de Tenório e Espinosa (2009) - por CPLA/SMA, 2010

QUADRO COMPARATIVO ENTRE BATERIAS RECARREGÁVEIS PORTÁTEIS
Fonte: Adaptado de Tenório e Espinosa (2009) – por CPLA/SMA, 2010

Chumbo-ácido (Pb-ácido)

As pilhas / baterias chumbo-ácido são muito utilizadas, tendo como principal vantagem em relação às demais o baixo custo. Os principais tipos de pilhas e baterias chumbo-ácido são:

  • automotivas – usadas em veículos em geral, para alimentar os sistemas de partida, iluminação e ignição;
  • industriais – usadas para tracionar motores de veículos elétricos e em serviços que não podem ter o fornecimento de energia elétrica interrompido (companhias telefônicas, hospitais, etc…);
  • seladas – de menor tamanho, usadas para alimentar no-breaks, computadores, luzes de emergência, etc.

Uma pilha / bateria chumbo-ácido é composta por anodo e catodo de chumbo esponjoso; o eletrólito é composto por 35 % de ácido sulfúrico e 65 % de água destilada, o contêiner geralmente é de plástico (polipropileno e/ou polietileno), tendo formato cilíndrico ou tetragonal.

BATERIA CHUMBO-ÁCIDO (PB-ÁCIDO)

BATERIA CHUMBO-ÁCIDO (PB-ÁCIDO)

Níquel-cádmio (Ni-Cd)

As baterias de níquel-cádmio apresentam uma tecnologia muito difundida de baterias recarregáveis portáteis. São econômicas, têm excelentes características técnicas e longa vida útil, funcionando mesmo em condições extremas de temperatura. Fabricadas nos formatos de botão e cilíndrico, são amplamente utilizadas em equipamentos médicos de emergência, notebooks, telefones celulares, produtos eletrônicos sem fi o e outros. Representam cerca de 70% do mercado das baterias recarregáveis.

As baterias de níquel-cádmio têm um eletrodo de cádmio (anodo) e outro de óxido-hidróxido de níquel NiO(OH) (catodo); o eletrólito é de hidróxido de potássio e o recipiente externo, geralmente, é de aço inoxidável.

Níquel-hidreto metálico (Ni-MH)

As baterias de níquel-hidreto metálico possuem características operacionais muito semelhantes às de níquel-cádmio. São baterias recarregáveis portáteis, geralmente produzidas nos formatos cilíndrico e prismático. O hidreto metálico é composto por uma liga metálica que tem grande capacidade de absorção de hidrogênio e atua como anodo. Esta liga metálica pode ser composta por: vanádio, titânio, nióbio, cromo, estanho, antimônio, alumínio, cobalto, zircônio, germânio, lantânio e seus compostos, entre outros. O catodo é de hidróxido de níquel (Ni(OH)2) e o eletrólito de hidróxido de potássio (KOH). O anodo e catodo estão na forma de filmes flexíveis enrolados e separados por filmes de material fibroso (tecido de fibras fundidas de poliamida ou polipropileno) que retêm o eletrólito.

Íons Lítio (Li-íon)

Por terem alto potencial eletroquímico e serem constituídas do mais leve dos metais (o lítio é 30 vezes mais leve que o chumbo), as baterias de íon lítio são baterias recarregáveis portáteis, que têm melhor desempenho que as baterias de níquel-cádmio – maior densidade de energia, menor tamanho e maior leveza.

São produzidas nos formatos cilíndrico e prismático; e são largamente utilizadas em notebooks, telefones celulares, equipamentos eletrônicos portáteis, câmeras de vídeo, etc. Estas baterias utilizam íons lítio, na forma de sais do metal, dissolvidos em solventes (carbonato de dimetila e/ou carbonato de etileno) no eletrólito.

No anodo, o grafite é o material usado com maior frequência, por ser capaz de intercalar reversivelmente os íons lítio entre as camadas de carbono, sem alterar, significativamente, a estrutura. O catodo contém, geralmente, óxido de cobalto e lítio – LiCoO2. Entre o anodo e o catodo há um separador polimérico, normalmente de polietileno ou polipropileno. O contêiner é, em geral, de alumínio ou aço inoxidável. Uma nota importante sobre as baterias de íon lítio é que este tipo de bateria é uma das principais apostas da indústria automobilística para uma nova geração de carros, os carros elétricos ou híbridos.

EXEMPLO DE BATERIA DE LÍTIO ÍON

EXEMPLO DE BATERIA DE LÍTIO ÍON

Reciclagem de Pilhas e Baterias

O descarte das pilhas e baterias nos resíduos sólidos domiciliares vem sendo restringido em diversos países. No Brasil, este descarte é regulamentado pela Resolução CONAMA 401, de 2008, que estabelece os limites máximos de chumbo, cádmio e mercúrio para pilhas e baterias comercializadas no território nacional e os critérios e padrões para o seu gerenciamento ambientalmente adequado.

Veja mais sobre o descarte de pilhas e baterias no vídeo abaixo:

Como alternativa ao descarte, há os processos de reciclagem dos metais e outros materiais presentes nas pilhas e baterias. As tecnologias para a reciclagem de pilhas e baterias começaram a ser pesquisadas e desenvolvidas na década de 80; atualmente, são três as tecnologias aplicadas na reciclagem de pilhas e baterias:

  • a mineralúrgica, baseada em operações de tratamento de minérios;
  • a hidrometalúrgica; e
  • a pirometalúrgica.

Estes processos podem ser específicos para reciclagem de pilhas e baterias, ou estas podem ser recicladas juntamente com outros produtos, em processos mistos.

a) Mineralúrgica

A reciclagem mineralúrgica envolve somente processos físicos de separação ou concentração dos materiais que compõem as baterias. Esta tecnologia é aplicada, principalmente para baterias industriais de grande porte, sendo os materiais posteriormente recuperados por outros processos.

A reciclagem mineralúrgica se inicia pela remoção do eletrólito da bateria, quando este é líquido. Em seguida, é realizada a desmontagem do invólucro da bateria para a remoção de plásticos e isolantes, e, quando possível, de eletrodos e placas. Assim, mesmo sendo limitada quanto aos resultados, esta tecnologia pode baratear, substancialmente, o custo dos processos subsequentes.

b) Hidrometalúrgica

A reciclagem de metais de pilhas e baterias esgotadas pela tecnologia hidrometalúrgica consiste na dissolução ácida ou básica dos metais existentes nas pilhas e baterias, previamente moídas. Uma vez em solução, os metais podem ser recuperados por:

  • precipitação – variando-se o pH da solução;
  • extração por solventes – aplicando-se diferentes solventes, que se ligam com íons metálicos específicos, separando-os da solução. Posteriormente, recuperam-se os metais por eletrólise ou por precipitação.

Em muitos casos, o mercúrio é removido previamente por aquecimento. A maior vantagem do processo hidrometalúrgico está no fato deste utilizar menor quantidade de energia quando comparado ao processo pirometalúrgico. Contudo, ele gera resíduos que precisam ser tratados posteriormente.

c) Pirometalúrgica

Esta tecnologia consiste na aplicação de altas temperaturas para a recuperação dos metais das pilhas e baterias. Após passar por operações de tratamento de minérios, onde são separados os componentes metálicos e não metálicos das pilhas e baterias, os componentes metálicos são aquecidos a temperaturas específicas (superiores a 1000ºC) para que ocorra a destilação de mercúrio, zinco, cádmio e outros – posteriormente, estes são condensados, resultando em materiais com alto grau de pureza. Os metais restantes, dependentes do tipo de pilha / bateria que está sendo processada, são separados de acordo com os diferentes pontos de fusão, sendo o metal fundido continuamente drenado.

A vantagem desta tecnologia em relação à hidrometalúrgica está no fato de não gerar resíduos sólidos perigosos, que necessitem de tratamento para serem dispostos. A desvantagem é o alto consumo de energia, uma vez que as temperaturas do processo variam entre 800 e 1500ºC.

No vídeo abaixo você pode ver mais sobre a reciclagem de pilhas e baterias.

Alguns processos operados comercialmente para reciclagem de pilhas e baterias são comparados na Tabela abaixo:

PROCESSOS OPERADOS COMERCIALMENTE PARA RECICLAGEM DE PILHAS E BATERIAS Fonte: Adaptado de Tenório e Espinosa (2009) - por CPLA/SMA, 2010

PROCESSOS OPERADOS COMERCIALMENTE PARA RECICLAGEM DE PILHAS E BATERIAS
Fonte: Adaptado de Tenório e Espinosa (2009) – por CPLA/SMA, 2010

Fonte: Cadernos de Educação Ambiental – Resíduos Sólidos – Governo do Estado de São Paulo

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About gleysson

gleysson

Sou especialista em transformar problemas ambientais em negócios sustentáveis. Formado em Dip. Ing. Verfahrenstechnik (Eng. Química) pela Universidade de Ciências Aplicadas de Frankfurt/M na Alemanha com especialização e experiência em Tecnologias para geração de Energia e Engenharia Ambiental. Larga experiência em Resíduos Sólidos com foco em Biodigestores Anaeróbios

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