| dc.description.abstract | RESUMEN: En la actualidad la industria del reciclaje se encuentra en pleno crecimiento, dirigida a
minimizar el sobre-explotamiento de los recursos naturales y la reutilización de los
contaminantes producidos. Este trabajo se enfoca en el desarrollo de un proceso
hidrometalúrgico para la separación y recuperación de tierras raras (TR) y metales
base (MB) presentes en el material electródico proveniente de baterías Ni/HM
agotadas. El material electródico contiene alrededor de 50% de Ni, cerca de 15% de
tierras raras (La, Ce, Nd, Pr, Sm) y otros metales valiosos en menor proporción,
como Co, Zn y Mn, entre otros.
El estudio se llevó a cabo en tres etapas, consistentes en la lixiviación del material
electródico, la precipitación y tratamiento químico de las tierras raras, y la síntesis de
ferritas espinel Ni1-XMXFe2O4 mediante despojado hidrolítico. En la lixiviación, se
analizó el efecto de la temperatura (25, 50 y 90 °C) sobre la disolución de los metales
presentes en H2SO4 2M, principalmente sobre La, Ce y Nd. La segunda etapa
consistió en la separación de TR y MB mediante precipitación de sulfatos,
alcalinización de sulfatos precipitados y calcinación de hidróxidos. Se examinó el
efecto del pH (1, 1.5 y 2) y del agente precipitante (KOH, NH4OH y NaOH), pH de
alcalinización (7.5, 8, 8.5 y 9) y temperatura (600 y 900 °C), y atmosfera de
calcinación (argón y aire), respectivamente. Finalmente, se determinó el impactó del
ácido carboxílico (ácidos nafténico y Neodecanoic®) sobre la formación de la fase
espinel magnética. Los sólidos precipitados y calcinados se caracterizaron mediante
espectroscopia de emisión óptica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES) y
de infrarrojo (FTIR), microscopia electrónica de barrido (MEB) acoplado con
espectroscopía de energía dispersiva (EED), magnetometría de muestra vibrante
(VSM), difracción de rayos X (DRX) y análisis termogravimétrico (ATG).
De acuerdo a los resultados obtenidos, lixiviar con H2SO4 2M a 25°C es suficiente
para disolver casi totalmente Ni, Mn, Co, Zn en el material electródico, además de
La, Ce y Nd cerca del 50%.Los resultados indican que los polvos precipitados con
NaOH a pH 2 presentan a los sulfatos de tierras raras como única fase, que al ser
alcalinizados a pH 9 alcanzan una conversión a hidróxidos casi total. Mediante
calcinación a 900°C en atmosfera inerte se evita la adsorción de agua y la formación
de compuestos carbonatados por interacción con el aire. Sin embargo, a las
condiciones estudiadas se obtiene baja cristalinidad y posible presencia de otros
metales como contaminantes en el producto final.
Las ferritas obtenidas de carboxilatos derivados de ácido Nafténico muestran
tamaños de cristalita (43.67nm) mayores y morfología menos homogénea a las
producidas con ácido Neodecanoic®. Sin embargo, este material presenta mejores
propiedades magnéticas (Ms =.53 emu/g y Hc = 111 Oe).
ABSTRACT: Currently, the recycling industry has been increasing, aimed at minimizing the
overexploitation of natural resources and reuse of contaminants produced. This work
is focused on the development of a hydrometallurgical process for the separation and
recovery of rare earth (RE) and base metals (BM) presents in the electrode material
from spent Ni / HM batteries. The electrode material of Ni/MH batteries contains
about 50% Ni, about 15% rare earth (La, Ce, Nd, Pr, Sm) and other valuable
materials to a lesser extent, such as Co, Zn y Mn, among others.
The study was carried out in three stages, namely the leaching of electrode material,
precipitation and chemical treatment of rare earths and the synthesis of Ni1-XMXFe2O4
spinel ferrite by hydrolytic stripping. In the leaching step, the temperature effect (25,
50 and 90 ° C) on the dissolution of base metals in 2M H2SO4 was analysed, mainly
La, Ce and Nd. The second stage involved the RE and BM separation by precipitation
of sulphates, alkalinisation of precipitated sulphates and annealing hydroxides. The
pH effect (1, 1.5 and 2) and the precipitating agent (KOH, NH4OH and NaOH),
alkalizing pH (7.5, 8, 8.5 and 9) and temperature (600 to 900 ° C), and calcination
atmosphere (argon and air) was examined, respectively. Finally, the carboxylic acid
impact (naphthenic and Neodecanoic® acid) on the formation of magnetic spinel
phase was determined. Inductively coupled plasma optical emission (ICP-OES) and
infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) coupled with
energy dispersive spectroscopy (SEM), vibrating sample magnetometry (VSM), X ray
powder diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA) were used for the
characterisation of precipitates and annealed solids.
According to the results, leaching with 2M H2SO4 at 25°C is enough to dissolve
almost completely Ni, Mn, Co, Zn in the electrode material, as well as La, Ce y Nd
around 50%. The results indicate that the precipitates at pH 2 with NaOH submitted to
rare earth sulphates as single phase, it being alkalinized at pH 9 achieve a
conversion to hydroxides almost total. By calcination at 900 ° C under inert
atmosphere, the water adsorption and formation of carbonated compounds by
interaction with air is avoided. However, with the conditions studied are obtained low
crystallinity and maybe other metals present as contaminants in the final product.
The spinel ferrites obtained using naphthenic acid carboxylate derivatives had
crystallite sizes (43.67nm) larger and less homogeneous morphology than those
produced with Neodecanoic® acid. However, this material has better magnetic
properties (Ms = 53 emu / g Hc = 111 Oe). | |
