Tese
Uso da calibração multi-energia para a quantificação de elementos em lixiviado de baterias níquel metal hidreto e recuperação de lantanídeos com alta pureza utilizando solvente eutético hidrofóbico
Use of multi-energy calibration for quantification of elements in leachate from nickel metal hydride batteries and recovery of high purity lanthanides using hydrophobic eutectic solvent
Registro en:
CRUZ, Kaíque Augusto Moreira Lourenço . Uso da calibração multi-energia para a quantificação de elementos em lixiviado de baterias níquel metal hidreto e recuperação de lantanídeos com alta pureza utilizando solvente eutético hidrofóbico.2023. 95 f. Tese (Doutorado em Agroquímica) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2023.
Autor
Cruz, Kaíque Augusto Moreira Lourenço
Institución
Resumen
As baterias de níquel-hidreto (NiMH) são uma fonte secundária de matérias-primas críticas (CRM) como cobalto e lantanídeos (LN), cuja reciclagem normalmente envolve a lixiviação ácida. O processo de recuperação dos metais requer a determinação confiável dos elementos nos lixiviados, o que é dificultado pela alta complexidade da matriz. Neste trabalho, a calibração multi-energia (MEC) foi pioneiramente avaliada para contornar os efeitos da matriz e simplificar a etapa de calibração na determinação de Ce, Co, La, Mn e Ni em lixiviado sulfúrico de NiMH com o auxílio da espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por micro-ondas. A abordagem foi comparada com a calibração de padrão externo e adição de padrão em relação ao desempenho analítico e à exatidão. A MEC apresentou resultados exatos, com recuperações na faixa de 90 a 110 %, precisão adequada (coeficiente de variação de 1,8 a 5,8 %) e limite de detecção de 400, 60, 20, 1 e 10 μg kg -1 para Ce, Co, La, Mn e Ni, respectivamente. Os resultados demonstraram a capacidade da MEC de contornar os efeitos de matriz, simplificar e agilizar a quantificação dos analitos. Para promover a separação dos lantanídeos (LN), foi investigado o uso de um solvente eutético hidrofóbico (HES) à base de óxido de trioctilfosfina e ácido decanóico. Os parâmetros investigados: i) natureza do ácido empregado na lixiviação (HNO 3 , H 2 SO 4 e CH 3 SO 3 H) e ii) razão mássica da fase aquosa (WP) e fase eutética (EP) de 1 WP : 1 EP indicaram que o sistema formado pelo HES mais o lixiviado obtido em HNO 3 a uma razão de 1:8 (WP:EP), apresentou a melhor condição para separação entre os metais de transição e os LN. Nestas condições, apenas uma etapa de separação resultou em 96 e 98 % de extração de La e Ce, respectivamente, para a EP. Os LN foram separados entre si como precipitados de Ce(OH) 4 e La 2 (C 2 O 4 ) 3 com pureza de 99,7 e 99,8 %, respectivamente. Um processo sustentável para recuperação de CRM (La e Ce) com alta pureza a partir de fonte secundária, utilizando o mínimo de etapas de separação. Palavras-chave: Lixo eletroeletrônico. Mineração urbana. Separação de lantânio e cério. Solvente verde. Química verde. Nickel-metal hydride (NiMH) batteries are a secondary source of critical raw materials (CRM) such as cobalt and lanthanides (LN), for which recycling typically involves acid leaching. The metal recovery process requires the precise deterination of the elements in the leachate, which is hampered by the high complexity of the matrix. In this work, multi-energy calibration (MEC) was ploneeringly used to overcome the effects of the matrix and simplify the calibration step in the determination of Ce, Co, La, Mn and Ni in NiMH sulfuric leachate with the aid of microwave-induced plasma optical emission spectrometry. The method regarding them was compared with external standard calibration and standard additions regarding their analytical performance and accuracy. MEC showed accurate results, with recoveries within 90 to 110%, good precision (coefficient of variation from 1.8 to 5.8%) and detection limits of 400, 60, 20, 1 and 10 μg kg -1 μg kg -1 for Ce, Co, La, Mn and Ni, respectively. The results highlighted the ability of the MEC to minimize matrix effects, simplify and speed up the quantification of analytes. To promote the separation of lanthanides (LN), the use of a eutectic solvent (ES) based on trioctylphosphine oxide and decanoic acid was investigated. The investigated parameters: i) nature of the acid used in the leaching (HNO 3 , H 2 SO 4 and CH 3 SO 3 H) and ii) mass ratio of the aqueous (WP) and eutectic phase (EP) of 1 WP : 1 EP indicated that the system formed by ES plus the leachate in HNO 3 at a ratio of 1 :8 (WP:EP), presented the best condition for separation between transition metals and LN. Under these conditions, only one separation step resulted in 96 and 98% recoveries for La and Ce, respectively, for EP. The LN were separated from each other as Ce(OH) 4 precipitates. and La 2 (C 2 O 4 ) 3 with purity of 99.7 and 99.8%, respectively. Thus, an efficient and clean process for recovery of CRM (La and Ce) with high purity from a secondary source, using the minimum of separation steps and reusing the eutectic solvent was successfully obtained. Keywords: Electro-electronic waste. Urban mining. Lanthanum and cerium separation. Green solvent. Green chemistry.