Reciclaje De Níquel A Partir De Baterías

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el avance tecnológico ha favorecido el desarrollo de dispositivos que proporcionan comodidad y seguridad al hombre. Muchos de los equipos electrónicos que caracterizan nuestro tiempo representan la conveniencia de ser portátiles y cada vez de menor tamaño, éstos equipos necesitan energía para funcionar, y la fuente de energía debe ser también portátil. Es por esto que a la par del desarrollo tecnológico se desarrollan dispositivos que hacen posible la disposición de energía en el instante en que se requiera; se tiene energía almacenada lista para ser usada en cualquier momento.

Los dispositivos que proporcionan la energía son los conocidos como pilas o baterías, estos tienen energía química almacenada que se transforma a energía eléctrica al momento de usarse. Las pilas funcionan gracias a las reacciones de óxido reducción, que provocan la transferencia de electrones de un electrodo al otro. El paso de electrones se conduce en un cable que une a los electrodos, esto hace que la energía pueda transformarse para ser usada en forma de energía eléctrica.

Además del acomodo de pilas conectadas de una u otra manera con el fin de mejorar su desempeño, también se han desarrollado pilas con componentes diversos que puedan proporcionar mayor energía, tal es el caso de las pilas alcalinas. Sin embargo los dispositivos que demandan grandes cantidades de energía agotan muy rápido incluso baterías de materiales de larga duración. Por lo tanto se ha optado por el desarrollo de pilas que puedan realizar las reacciones de óxido reducción en ambos sentidos es decir que se puedan cargar y descargar en múltiples ocasiones, con lo que se prolonga la vida útil de las mismas; las pilas desarrolladas bajo estos principios se denominan secundarias o recargables.

Entre las baterías recargables se encuentran las de Níquel – Cadmio (Ni-Cd), con éstas se ha logrado proporcionar energía a dispositivos portátiles que demandan gran cantidad de energía como los teléfonos celulares, y la proliferación de los mismos ha provocado una demanda masiva de este tipo de baterías.

Al satisfacer esta demanda, se ha encontrado otro problema: Los componentes de las baterías son metales pesados, tóxicos; de tal manera que cuando las baterías se desechan estos metales eventualmente se liberan al medio ambiente: agua, suelo y aire, provocando contaminación. El cadmio es un metal especialmente tóxico, que ha provocado grandes estragos en Japón, a comunidades cercanas a plantas emisoras de cadmio (partículas) a la atmósfera.

Por otro lado los metales que contienen estas baterías son altamente usados en diversos sectores industriales, no sólo en la industria de producción de baterías. Por lo que el reciclar los componentes de las baterías no sólo conviene porque se evita un daño ambiental y de salud, sino que también se obtienen beneficios financieros. Por ejemplo al utilizar materiales de reciclaje en la producción de nuevas baterías de Ni-Cd se emplea la mitad de energía que se necesita cuando se utilizan únicamente material primario.

En la actualidad la industria de producción de baterías presionada por legislación medioambiental severa y por consumidores consientes, ha desarrollado baterías con componentes favorables al medio ambiente. Además las mismas compañías productoras de baterías, llevan a cabo procesos de reciclaje, estos procesos se realizan en los mismos países en que se producen las baterías como Suecia, Japón y Estados Unidos. Todos estos procesos consisten en técnicas pirometalúrgicas, que aprovechan la diferencia de puntos de ebullición de los metales para separarlos por destilación.

En países en vías de desarrollo existe el mercado consumidor de baterías y por lo tanto, el desecho de grandes cantidades de las mismas, pero no existe la industria que se encargue de reciclarlas. Los métodos pirometalúrgicos usados comúnmente por las industrias del reciclaje de baterías, son muy caros ya que requieren grandes cantidades de energía y no son costeables en países como México. Como se trata de un material peligroso, tampoco es económicamente factible transportar las baterías de desecho a países donde existe la tecnología del reciclaje, ya que las normas internacionales para el transporte de estos materiales son muy estrictas y elevan mucho los costos de traslado.

A través de diversos estudios se ha probado la factibilidad técnica del reciclaje de baterías por un método alternativo: la hidrometalurgia, que consiste en aprovechar las reacciones de los ácidos con metales para generar las sales correspondientes, estos métodos resultarían más baratos porque sus requerimientos energéticos son menores y podría ser industrializado en países en desarrollo.

Para industrializar el proceso una vez demostrada la factibilidad técnica en el laboratorio, lo cual se realizó en un trabajo precedente, se requiere el desarrollo de una lógica de operación que pueda trasladarse a la industria. Además de la extracción de los métales, se requiere su separación, y una técnica de automatización para el procesado de las baterías en una línea de manufactura cuyo producto son los metales que las componen.

El presente trabajo de investigación examina la factibilidad de la industrialización de un proceso de reciclaje de los componentes de las baterías recargables de níquel-cadmio, usando procesos como la lixiviación ácida de los metales, mediante el diseño de la planta piloto para realizar el proceso.

OBJETIVOS

• Animar a la industria metalúrgica a planificar la recuperación y reciclado de materiales de manera que reduzcan los impactos ambientales.

• Dirigirse a todas las partes interesadas en la cadena de los metales, incluidos los responsables de las políticas públicas, para fomentar productos para el reciclado de materiales y mediante ellos la mejora de la comprensión de reciclaje de metales.

• Fomentar y contribuir al desarrollo sostenible mediante el reciclaje de metales de interés económico, en nuestro caso las pilas de Ni-Cd.

• Desarrollo de ingeniería básica para la construcción de la planta piloto para el reciclaje de los componentes de las baterías de Ni-Cd.

a. Definición de la forma de operación de la planta piloto

b. Esclarecimiento de secuencia de línea de operación

JUSTIFICACIÓN

Las baterías son los dispositivos de almacenaje portátil de energía más usados. Existen diferentes tipos, desde las primeras y más simples llamadas pilas voltaicas inventadas por Alessandro Volta en 1800, hasta las más complicadas, que desde entonces hasta la fecha han evolucionado, gracias a nuevas tecnologías y nuevos materiales, buscando siempre proporcionar la mayor densidad energética a un costo razonable.

En primer lugar se desarrollaron las baterías, que consisten en un conjunto de pilas conectadas ya sea en serie o en paralelo, lo que aumenta la cantidad de energía que pueden proporcionar.

Además de diferentes materiales en las baterías, se han desarrollado distintas formas de operación; se tienen las baterías primarias que se ocupan comúnmente en aparatos electrónicos con demanda moderada de energía, y las secundarias que proporcionan mayor cantidad de energía, gracias al aumento de su vida útil por sus ciclos múltiples de operación, pudiéndose cargar y descargar en diversas ocasiones.

Aunque la vida de las baterías recargables es más larga, al igual que todas las baterías cuando ésta llega a su fin deben desecharse. Con la creciente demanda de energía portátil, a causa del avance tecnológico y desarrollo de aparatos portátiles, las baterías de desecho han aumentado en gran medida. En la actualidad se tienen problemas por la contaminación que generan, ya que entre sus componentes pueden estar metales pesados altamente tóxicos.

Ejemplo de lo anterior son las baterías de níquel – cadmio (Ni-Cd), ambos metales son dañinos para la salud, principalmente el cadmio (Cd). Las empresas productoras de baterías se han visto obligadas a introducir técnicas de reciclaje de los componentes de las baterías, debido a presión legislativa y de los consumidores. Además han aparecido empresas que se dedican sólo al reciclaje de las baterías. Sin embargo los procesos industrializados no son económicamente convenientes para países en desarrollo como Colombia debido a los altos requerimientos de energía.

Las tecnologías de reciclaje sólo existen en los mismos países productores de baterías como: Estados Unidos, Suecia, Japón etc. Por lo que se han buscado métodos alternativos a los ya establecidos para el reciclaje, que demanden menor cantidad de energía y por lo tanto resulten económicamente viables en países en desarrollo.

En el presente trabajo trataremos de ahondar en el mundo del reciclaje de baterías para extraer de ellas un mineral en específico que en nuestro caso es el Níquel buscando de esta forma mitigar los impactos que este genera en el medio ambiente, a la salud de las comunidades y de igual manera buscar un ahorro económico de los procesos al reutilizar este mineral en la fabricación de diversos elementos.

1. NÍQUEL

Níquel, de símbolo Ni, es un elemento metálico magnético, de aspecto blanco plateado, utilizado principalmente en aleaciones. Es uno de los elementos de transición del sistema periódico y su número atómico es 28.

Durante

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