Aprenda sobre la eliminación y cómo el material tóxico puede seguir utilizándose en las baterías si se recicla.

Las baterías a base de plomo y cadmio plantean las mayores preocupaciones medioambientales, hasta el punto de que el níquel-cadmio se prohibió en Europa en 2009. También se está intentando prohibir la batería a base de plomo, pero no se dispone de un reemplazo adecuado, como era el caso, sustituyendo níquel-cadmio por níquel-metal-hidruro. Por primera vez, el ion litio se ha añadido a la lista de contaminantes. Esta química fue clasificada como ligeramente tóxica, pero su gran volumen requiere un escrutinio más estricto.

El ácido de plomo allanó el camino al éxito del reciclaje, y hoy en día más del 97 por ciento de estas baterías se reciclan en los Estados Unidos. La industria automotriz debe recibir crédito por haber organizado el reciclaje temprano; sin embargo, las razones comerciales más que las preocupaciones ambientales pueden haber sido la fuerza impulsora. El proceso de reciclaje es simple y el 70 por ciento del peso de la batería es plomo reutilizable.

Más del 50 por ciento del suministro de plomo proviene de baterías recicladas. Otros tipos de baterías no son tan económicos de reciclar y no se devuelven tan fácilmente como el plomo ácido. Varias organizaciones están trabajando en programas para que la recolección de todas las baterías sea conveniente. Actualmente, solo se reciclan entre el 20 y el 40 por ciento de las baterías de los teléfonos móviles y otros productos de consumo. El objetivo del reciclaje es evitar que los materiales peligrosos entren en los vertederos y utilizar los materiales recuperados en la fabricación de nuevos productos.

Las pilas usadas deben retirarse del hogar. Se sabe que las células primarias antiguas tienen fugas y causan daños en el área circundante. No almacene baterías de plomo-ácido viejas donde juegan los niños. Simplemente tocar los postes de plomo puede ser dañino. Además, mantenga las pilas de botón ocultas a los niños pequeños, ya que pueden tragar estas pilas. (Ver BU-703: Problemas de salud con las baterías)

A pesar de que no son amigables con el medio ambiente, las baterías de plomo ácido siguen teniendo un fuerte nicho de mercado, especialmente como batería de arranque. Los sistemas de movilidad con ruedas y UPS no podrían funcionar tan económicamente si no fuera por esta batería confiable. El NiCd también continúa ocupando una posición crítica entre las baterías recargables, ya que los grandes NiCd inundados arrancan aviones a reacción y propulsan barcos turísticos en ríos de ciudades más grandes. Aunque están libres de contaminación, estas baterías están en declive.

Las baterías con sustancias tóxicas continuarán con nosotros y no hay nada de malo en usarlas siempre y cuando se eliminen correctamente. Cada química de baterías tiene su propio procedimiento de reciclaje y el proceso comienza clasificando las baterías en las categorías correctas.

Ácido de plomo: El reciclaje de plomo ácido comenzó con la introducción de la batería de arranque en 1912. El proceso es simple y rentable, ya que el plomo es fácil de extraer y se puede reutilizar varias veces. Esto llevó a muchos negocios rentables y al reciclaje de otras baterías.

 El plomo ácido son las baterías más recicladas. El reciclaje es rentable
Figura 1: El plomo ácido son las baterías más recicladas. El reciclaje es rentable

A finales de 2013, las fundiciones comenzaron a informar de un mayor número de baterías de iones de litio mezcladas con ácido de plomo, especialmente en baterías de arranque. Esto puede causar incendios, lo que lleva a explosiones y lesiones personales. El aspecto físico de los paquetes de plomo ácido y iones de litio es similar y la clasificación a gran volumen plantea un desafío. Para los consumidores, una batería es una batería y la gente está tentada a reciclar todas las baterías, sin importar la química. A medida que se reemplacen más ácido de plomo por iones de litio, el problema solo se intensificará. Desde el período 2010-2013, ha habido un aumento de 10 veces en los incidentes reportados de infiltración de Li-ion con ácido de plomo.

Tenga en cuenta que el Li-ion es más volátil cuando se elimina que el ácido de plomo. La pre-separación se realiza por razones de seguridad y no para separar materiales peligrosos. El plomo ácido es benigno pero tóxico, el Li-ion no es maligno pero explosivo.

La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) inician acciones a través de una mayor conciencia, capacitación de empleados, identificación y etiquetado de baterías. Se están explorando tecnologías de rayos X para separar las baterías y » ¿quién tiene la responsabilidad?»se está preguntando. Los fabricantes de baterías responsabilizan a los recicladores, quienes a su vez argumentan que la carga y la sostenibilidad de un producto deben recaer en el fabricante. Los tribunales pueden convertirse en árbitros.

Níquel-cadmio: Cuando las baterías NiCd se desechan descuidadamente, el cilindro de celda metálica finalmente se corroe en el vertedero. El cadmio se disuelve y se filtra en el suministro de agua. Una vez que comienza la contaminación, las autoridades son incapaces de detener la carnicería. Nuestros océanos ya muestran rastros de cadmio (junto con aspirina, penicilina y antidepresivos), pero los científicos no están seguros de su origen.

Níquel-metal-hidruro: El níquel y el electrolito en NiMH son semi-tóxicos. Si no hay servicio de eliminación disponible en un área, las baterías NiMH individuales se pueden desechar con otros desechos domésticos en pequeñas cantidades; sin embargo, con 10 o más baterías, el usuario debe considerar eliminarlas en un vertedero de desechos seguro. La mejor alternativa es llevar las baterías gastadas a un contenedor de entrega del vecindario para reciclarlas.

Litio primario: Estas baterías contienen litio metálico que reacciona violentamente cuando entra en contacto con la humedad y deben desecharse adecuadamente. Si se arroja a un vertedero en un estado cargado, el equipo pesado que funciona en la parte superior podría aplastar las cajas y el litio expuesto podría provocar un incendio. Los incendios de vertederos son difíciles de extinguir y pueden arder durante años bajo tierra. Antes de reciclar, aplique una descarga completa para consumir el contenido de litio. Las baterías de litio primarias (de metal de litio) se utilizan en combate militar, así como en relojes, sensores, audífonos y respaldo de memoria. Una variedad de metal de litio también sirve como reemplazo alcalino en formatos AAA, AA y 9V. Los iones de litio para teléfonos móviles y portátiles no contienen litio metálico. (Véase también BU-106: Ventajas de las baterías primarias)

Iones de litio: El ion de litio es razonablemente inofensivo, pero los paquetes gastados deben desecharse adecuadamente. Esto se hace menos para recuperar metales valiosos, como es el caso del plomo ácido, que por razones ambientales, especialmente con el creciente volumen utilizado en productos de consumo. El Li-ion contiene elementos nocivos que se encuentran en el nivel de toxicidad de los dispositivos electrónicos.

Con el creciente uso de iones de litio, el informe de la Comisión Europea denominado «Hacia la batería del futuro» emite advertencias debido al gran número de baterías que llegarán al final de su vida útil. En Europa, los iones de litio no pueden depositarse en vertederos debido a la toxicidad y el peligro de explosión, ni pueden incinerarse, ya que las cenizas también son tóxicas en los vertederos. Es motivo de preocupación el cobalto y los agentes que unen los materiales de los electrodos.

El informe ya no marca el plomo como la batería más tóxica. El plomo ácido es la única batería que se puede reciclar de forma rentable. Con casi el 100% del ácido de plomo reciclado, el enfoque cambia a Li-ion debido al creciente volumen y valor de los materiales recuperables.

Según un informe de ATZ (2018), la batería de tracción de iones de litio de 33 kWh del vehículo eléctrico BMW i3 contiene 2 kg (4,4 lb) de cobalto, 6 kg (13 lb) de litio, 12 kg (26 lb) de manganeso, 12 kg (26 lb) de níquel y 35 kg (77 lb) de grafito. No todos los materiales recuperados pueden alcanzar la calidad de la batería cuando se reciclan, pero los recursos obtenidos se pueden utilizar para fines menos exigentes. El litio también se utiliza como lubricante.

Se está progresando y Duesenfeld GmbH demuestra un método innovador que utiliza un 70% menos de energía para reciclar baterías de iones de litio que con los hornos de fundición tradicionales. La figura 2 ilustra la planta de reciclaje de baterías de vehículos eléctricos en Alemania.

 Planta de reciclaje de baterías para vehículos eléctricos en Alemania
Figura 2: Planta de reciclaje de baterías de vehículos eléctricos en Alemania

El proceso de reciclaje de baterías de iones de litio normalmente comienza con la desactivación que implica una descarga completa para eliminar la energía almacenada y evitar un evento térmico sorpresa. El electrolito también se puede congelar para evitar reacciones electroquímicas durante el proceso de trituración. Duesenfeld patentó un proceso que evapora y recupera los disolventes orgánicos del electrolito en vacío por condensación. Se dice que este proceso no produce gases de escape tóxicos. En la Figura 3, los técnicos desmontan las baterías de vehículos eléctricos para reciclarlas.

Reciclaje de una batería de iones de litio en un contenedor
Figura 3: Reciclaje de una batería de iones de litio en un contenedor

Los siguientes pasos se dividen en tratamientos mecánicos, pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos. La mecánica implica la trituración de las células de la batería; la pirometalurgia extrae los metales mediante tratamiento térmico; y la hidrometalurgia implica procesos acuosos.

Una vez desmontado, la clasificación separa la lámina de cobre, la lámina de aluminio, el separador y los materiales de revestimiento. El níquel, el cobalto y el cobre se pueden reciclar del molde, pero el litio y el aluminio permanecen en la escoria. Es necesario un proceso hidrometalúrgico para recuperar el litio. Esto incluye lixiviación, extracción, cristalización y precipitación de una solución líquida. El tratamiento hidrometalúrgico se utiliza para recuperar metales puros, por ejemplo, litio, extraídos de materiales de revestimiento separados después de procesos mecánicos o de escoria en procesos pirometalúrgicos.

Umicore en Bélgica utiliza un horno para fundir las baterías directamente y recuperar el 95% de cobalto, níquel y cobre. Después del horno, Umicore utiliza un proceso especial de lavado de gases para limpiar los productos tóxicos de incineración de los gases de escape que contienen flúor.

Para reducir los peligros de incidentes de incendio durante el proceso de reciclaje, los recicladores más pequeños incineran las baterías de iones de litio externamente en instalaciones especiales de tratamiento de residuos antes de realizar la separación mecánica.

Duesenfeld en Alemania descarga las baterías, las tritura en atmósfera inerte, evapora y vuelve a condensar los disolventes orgánicos del electrolito y separa el material de revestimiento del electrodo del resto. A continuación, los metales se lixivian de los antiguos materiales activos. El grafito se filtra y recupera, después de lo cual se producen carbonato de litio, sulfato de níquel, sulfato de cobalto y sulfato de manganeso. Este proceso de reciclaje produce más metales que con el método térmico Umicore. La huella de CO2 también se reduce a la vez que se ahorra energía y se reduce la formación de gases peligrosos.

Grafito reciclado de baterías de iones de litio
Figura 4: Grafito reciclado de baterías de iones de litio
Carbonato de litio reciclado de baterías de iones de litio
Figura 5: Carbonato de litio reciclado de baterías de iones de litio
  • 1-youtube de minutos: Reciclaje ecológico de baterías de iones de litio con Duesenfeld
  • YouTube de 4 minutos: Método ecológico de reciclaje de baterías EV

Alcalinas: Después de reducir el contenido de mercurio en las baterías alcalinas en 1996, muchos territorios ahora permiten desechar estas baterías como basura doméstica habitual; sin embargo, California considera que todas las baterías son residuos peligrosos. En Europa, las baterías que contienen plomo, NiCd, mercurio, colecciones no clasificadas de múltiples tipos de baterías y electrolitos de baterías se consideran desechos peligrosos. Todos los demás pueden pasar como no peligrosos. La mayoría de las tiendas que venden baterías también deben recuperar las baterías usadas. Las pilas alcalinas contienen los materiales reutilizables de zinc y manganeso, pero el proceso de recuperación es una responsabilidad. Se realizan esfuerzos para aumentar el reciclaje de células alcalinas del bajo 4 por ciento en 2015 al 40 por ciento en 2025.

En América del Norte, Retriev Technologies, anteriormente Toxco, y la Corporación de Reciclaje de Baterías Recargables (RBRC) recogen las baterías gastadas y las reciclan. Si bien Retriev tiene sus propias instalaciones de reciclaje, RBRC se encarga de recoger las baterías y enviarlas a las organizaciones de reciclaje. Retriev en Trail, Columbia Británica, afirma ser la única empresa en el mundo que recicla grandes baterías de litio. Reciben baterías usadas de perforaciones petroleras en Nigeria, Indonesia y otros lugares. También reciclan baterías de litio retiradas de los silos de misiles Minuteman y toneladas de iones de litio de los esfuerzos de guerra. Otras divisiones de Retriev reciclan níquel-cadmio, níquel-metal-hidruro, plomo, mercurio, alcalino y más.

Europa y Asia también son activos en el reciclaje de baterías usadas. Entre otras empresas de reciclaje, Sony y Sumitomo Metal en Japón y Umicore en Bélgica han desarrollado tecnología para recuperar cobalto y otros metales preciosos de baterías de iones de litio usadas. (Véase BU-705a: Reciclaje de Baterías como negocio)

Umicore utiliza procesos de temperatura ultra alta (UHT) para reciclar baterías de iones de litio y NiMH. Los paquetes gastados se desmontan y se funden en un horno UHT. Los derbis están separados en aleaciones metálicas que contienen cobre, cobalto y níquel, y escoria, un desecho pedregoso que contiene metales de tierras raras. La escoria se puede procesar para recuperar litio, pero la producción de litio de grado de batería aún no es económica y la escoria se utiliza para la construcción. Se están desarrollando métodos para extraer litio para su reprocesamiento en carbonato de litio para la producción de iones de litio. Con un crecimiento anticipado de 10 veces en el uso de baterías de iones de litio entre 2020 y 2030, la reutilización del litio podría ser económica para que los metales terminen en la producción de baterías de nuevo, al igual que el plomo para las baterías de plomo ácido.

Proceso de reciclaje

El reciclaje comienza clasificando las baterías en productos químicos. Los centros de recolección colocan plomo-ácido, níquel-cadmio, níquel-metal-hidruro e iones de litio en tambores, sacos o cajas designados. Los recicladores de baterías afirman que el reciclaje puede ser rentable si se pone a disposición un flujo constante de baterías, clasificadas por química.

El proceso de reciclaje comienza eliminando el material combustible, como los plásticos y el aislamiento, con un oxidante térmico a gas. Las partículas contaminantes creadas por el proceso de combustión son eliminadas por el depurador de la planta antes de su liberación a la atmósfera. Esto deja las células limpias y desnudas con contenido de metal.

Las celdas se cortan en trozos pequeños y se calientan hasta que el metal se licúa. Las sustancias no metálicas se queman, dejando una escoria negra en la parte superior que un brazo de escoria elimina. Las aleaciones se asientan de acuerdo con el peso y se descreman como la crema de la leche cruda mientras aún están en forma líquida.

El cadmio es relativamente ligero y se vaporiza a altas temperaturas. En un proceso que parece una cacerola de agua hirviendo, un ventilador sopla el vapor de cadmio en un tubo grande que se enfría con niebla de agua. Los vapores se condensan para producir cadmio que es 99,95 por ciento puro.

Algunos recicladores no separan los metales en el sitio, sino que vierten los metales líquidos directamente en lo que la industria denomina «cerdos» (65 libras, 24 kg) o «cerdos» (2,000 libras, 746 kg). Otros recicladores de baterías usan pepitas (7 libras, 3,17 kg). Los cerdos, cerdos y pepitas se envían a plantas de recuperación de metales donde se utilizan para producir níquel, cromo y hierro para acero inoxidable y otros productos de alta gama.

Para reducir la posibilidad de un evento reactivo durante la trituración, algunos recicladores utilizan una solución líquida o congelan baterías a base de litio con nitrógeno líquido; sin embargo, mezclar baterías de arranque de iones de litio con el tipo de plomo ácido común sigue siendo un problema, ya que un ion de litio cargado es mucho más explosivo que el plomo ácido.

El reciclaje de baterías consume mucha energía. Los informes revelan que se necesita de 6 a 10 veces más energía para recuperar metales de algunas baterías recicladas que de la minería. La excepción es la batería de plomo ácido, de la que el plomo se puede extraer fácilmente y reutilizar sin procesos elaborados. En cierta medida, el níquel de NiMH también puede recuperarse económicamente si se dispone de él en grandes cantidades.

Se están desarrollando nuevos métodos de reciclaje que recuperan los metales por electrólisis, también conocidos como reciclaje químico. Se dice que el proceso es más rentable y produce mayores rendimientos con menos contaminantes que la fundición tradicional. Una de estas alternativas para reciclar baterías de plomo ácido ha sido desarrollada por Aqua Metals. Esta tecnología tiene el potencial de revolucionar los métodos de fusión tradicionales. Un proceso electroquímico separa el plomo descomponiendo metales en partículas de tamaños nanoscópicos que se dispersan en agua para crear un metal hidrocolodial. El proceso se llama AquaRefining. Cuestiones técnicas están retrasando la plena aplicación en este momento.

Cada país establece sus propias reglas y agrega tarifas al precio de compra de una batería nueva para que el reciclaje sea factible. En América del Norte, algunas plantas de reciclaje facturan por peso y las tarifas varían según la química. Si bien NiMH produce un rendimiento bastante bueno con el níquel, la batería NiCd gastada tiene menos demanda debido a los precios del cadmio blando. Debido al pobre valor de recuperación de metal, el Li-ion exige una tarifa de reciclaje más alta que la mayoría de los otros tipos de baterías.

El reciclaje de baterías de iones de litio aún no es rentable debe estar subvencionado por el gobierno. Existe un incentivo para recuperar el costoso cobalto. Hoy en día no existe ninguna tecnología de reciclaje capaz de producir litio lo suficientemente puro para un segundo uso en baterías. El litio para baterías se extrae; el litio de segunda mano se utiliza para lubricantes, vidrio, cerámica y otras aplicaciones.

El costo fijo para reciclar una tonelada de baterías es de 1 1,000 a 2 2,000; Europa espera lograr un costo por tonelada de 3 300. Idealmente, esto incluiría el transporte, pero se espera que mover y manipular las mercancías duplique el costo total. Para simplificar el transporte, Europa está estableciendo varias plantas de procesamiento más pequeñas en ubicaciones geográficas estratégicas. Esto se debe, en parte, al Convenio de Basilea, que prohíbe la exportación de baterías de plomo ácido completas pero gastadas. A medida que aumenta el volumen de baterías desechadas, se están probando nuevas tecnologías para que el reciclaje sea rentable sin el apoyo de organismos y gobiernos.

PRECAUCIÓN Bajo ninguna circunstancia se deben incinerar las baterías, ya que el fuego puede causar una explosión. Use guantes aprobados cuando toque el electrolito. Al exponerse a la piel, enjuague con agua inmediatamente. Si se produce exposición ocular, enjuague con agua durante 15 minutos y consulte a un médico de inmediato.

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