1 Tratamien T ratamiento to de Residuos Residuos Tóxico óxicos s II
INTRODUCCIÓN En la actualidad existen muy pocos lugares en donde las tecnologías para reciclar los componentes de las baterías de níquel - cadmio se hayan puesto en práctica. os tipos de baterías que pueden ser tratadas y recicladas son las baterías de níquel!hidruro" níquel-cadmio y otros tipos de baterías líquidas. as baterí baterías as que utili#an utili#an los celula celulare res s contie contienen nen en su interi interior or de $ a % pilas pilas indi&iduales. as pilas comunes son descargadas en las bolsas de residuos domiciliarios. a mayorí mayoría a de las alcali alcalinas nas y recar recargab gables les lament lamentab ablem lement ente e siguen siguen el mismo mismo camino. as baterías de los tel'(onos mó&iles" por e)emplo" tienen una &ida *til de uno a tres a+os y mientras" están lixi&iando sus componentes al suelo. os metales que contienen las pilas ,como el níquel y el cadmio" entre otros son reciclados en (orma de lingotes y es así como las industrias" por e)emplo la automotri#" las reutili#an. lgunas de las acciones que se pueden poner en práctica para disminuir el riesgo de las baterías son/ Reduc Reducir ir la cantid cantidad ad de los elemen elementos tos tóxic tóxicos" os" elimin eliminar ar por compl completo eto estos estos elementos" sustituir los elementos indispensables por otros menos tóxicos" o en su de(ecto" incrementar el tiempo de &ida *til de las baterías para que se tarden más en ser desechadas. 0omo 0omo )ust )usti ica caci ción ón de este este in(o in(orm rme" e" pode podemo mos s deci decirr que que el prob proble lema ma del del desech desecho o de estas estas baterí baterías as con el resto resto de los desechos desechos munici municipal pales es está está creciendo cada día más y por lo tanto debemos destinar una tecnología para el recicla)e de estas. os componentes de las baterías de níquel ! cadmio son compon component entes es que a*n siendo siendo tóxic tóxicos" os" están están sustit sustituye uyendo ndo otros otros a*n más tóxicos" como el mercurio" usados en otras baterías. El cadmio" el componente más tóxico" no puede eliminarse de la batería ya que sin 'ste" la batería no cump cumpli lier era a su (unc (unció ión. n. 2or esta esta ra#ó ra#ón" n" esto estos s comp compon onen ente tes s debe deben n de ser ser extraí extraídos dos y recic reciclad lados os indust industria rialme lmente nte para para que estas estas baterí baterías as de níquel níquel ! cadmio tengan un me)or destino.
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ESTUDIO DE UNA TECNOLOGIA PARA EL RECICLAJE DE LOS COMPONENTES DE LAS BATERIAS BATERIAS DE Ni- Cd
Objetivo General El objetivo de éste trabajo es investigar sobre un proceso de reciclaje de baterías Ni-Cd. Objetivos Específicos
Caracterizar los componentes de las baterías.
Proponer Proponer de acuerdo a la caracter caracterizació ización n de las pilas, un proceso proceso de extracción en medio cido de sus componentes a di!erentes condiciones de operación.
"ealizar pruebas pruebas de laboratorio, laboratorio, para veri!icar la e!iciencia de cada uno de los procesos propuestos.
$ Tratamiento de Residuos Tóxicos II
Marco Teórico Baterías #na batería es esencialmente un acumulador de electricidad $ue producen electrones% este !enómeno es llamado reacción electro$uímica. &i se examina una batería, esta tiene dos terminales. #na terminal est marcada '() positivo mientras la otra est marcada '-) negativo. *os electrones se agrupan en la terminal negativa de la batería. +entro de la batería misma, una reacción $uímica, $ue trans!orma energía $uímica a energía eléctrica, produce electrones, la velocidad de la producción de electrones eca por esta reacción 'la resistencia interna de la batería) controla cuntos electrones pueden pasar por las terminales Para $ue la reacción $uímica se lleve a cabo, los electrones deben viajar de la terminal negativa a la positiva. Es por eso $ue una batería puede guardarse por un ao todavía conserva su energía plenamente, a menos $ue los electrones corran acia la terminal positiva, la reacción $uímica no se
e!ectuar. *a primera batería !ue creada por /lessandro 0olta en 1233. Para crear su batería utilizó una pila alternando capas de zinc plata, empleando papel secante empapado en agua salada como aislante. Este arte!acto !ue conocido como 4pila voltaica4.
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#na celda es un conjunto de materiales $ue generan voltaje corriente 'como el zinc el carbón) $ue estn agrupados cubiertos por un material aislante. /ctualmente, casi ning5n dispositivo utiliza una celda por vez, sino varias juntas. &i se abre una batería se encontraran las celdas dentro. Normalmente las baterías se agrupan en serie para obtener altos voltajes o en paralelo para altas corrientes. El siguiente diagrama muestra esos arreglos6
El arreglo de arriba de la 7ig. 8.9 es llamado en paralelo. &i asume $ue cada celda produce 1.: voltios, entonces 8 pilas en paralelo también producirn 1.: voltios pero la corriente ser cuatro veces maor. El arreglo de debajo de la !igura 8.; es llamado en serie. *os cuatro voltajes se suman para producir < voltios.
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!or"#e reciclar las baterías$
Es de gran importancia reciclar las baterías gastadas a $ue algunos componentes tóxicos de éstas presentan un riesgo para el medio ambiente la salud umana. Entre las ventajas del reciclaje se incluen6
Protección de recursos naturales6 /l !abricar productos con materiales reciclados, no con materiales vírgenes, se puede conservar la tierra disminuir las explotaciones mineras.
Economía de energía6 *a !abricación de una batería reciclada exige menos energía. +e eco, la producción del metal de plomo secundario, por ejemplo, exige una cantidad cuatro veces menor de energía $ue la del plomo primario.
Conservación del agua aire limpios6 En la maoría de los casos, la !abricación de productos con materiales reciclados produce menos contaminación del aire agua $ue la !abricación a partir de materiales vírgenes.
Conservación de la capacidad de rellenos sanitarios6 Cuando los materiales reciclados se destinan a productos nuevos, en lugar de eliminarse en vertederos o incineradores, se conserva la capacidad de los rellenos sanitarios.
/orro de dinero creación de trabajos6 *a industria de reciclaje los procesos a!ines crean mucas ms oportunidades laborales $ue los vertederos sanitarios o los incineradores de residuos. /dems, el reciclaje suele ser la opción de manejo de residuos menos costosa para las ciudades poblados.
Tipos %e !ilas
Pilas tipo leclanché, o de zinc/carbono (Zn/C), o “pilas secas” 6 basadas
en la oxidación del zinc en medio ligeramente cido, estn compuestas por zinc metlico, cloruro de amonio dióxido de manganeso. &on las llamadas pilas comunes. &irven para aparatos sencillos de poco consumo.
Pilas alcalinas o de cinc/dióxido de manganeso (Zn/Mn!)" la di!erencia
con la pila seca es el electrolito utilizado, en este caso, idróxido de potasio, en vez de cloruro de amonio, el cinc est en polvo. &on las de larga duración. Casi todas vienen blindadas, lo $ue di!iculta el derramamiento de los constituentes. &in embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada
% Tratamiento de Residuos Tóxicos II
Pilas de n#$%el/cadmio (&i'Cd)" estn basadas en un sistema !ormado
por idróxido de ní$uel, idróxido de potasio cadmio metlico. Poseen ciclos de vida m5ltiples, presentando la desventaja de su relativamente baja tensión. Pueden ser recargadas asta 1333 veces alcanzan a durar decenas de aos. No contienen mercurio, pero el cadmio es un metal con características tóxicas.
Pilas botón6 son llamadas así, las pilas de tamao reducido, de !orma
cata redonda. El mercado de artículos electrónicos re$uiere cada vez ms de ellas. &on imprescindibles para audí!onos, marcapasos, relojes, calculadoras aparatos médicos de precisión. &u composición es variada.
Pilas de óxido mercrico6 son las ms tóxicas, contienen un 93 = aprox.
de mercurio. +eben manipularse con precaución en los ogares, dado $ue su ingestión accidental, lo $ue es !actible por su !orma tamao, puede resultar letal.
Pilas de cinc'aire" se las distingue por tener gran cantidad de agujeros
diminutos en su super!icie. >ienen muca capacidad una vez en !uncionamiento su producción de electricidad es continua. Contienen ms del 1 = de mercurio, por lo $ue presentan graves problemas residuales.
ater#as plomo/*cido" normalmente utilizadas en automóviles, sus
elementos constitutivos son pilas individualmente !ormadas por un nodo de plomo, un ctodo de óxido de plomo cido sul!5rico como medio electrolítico.
Pilas de n#$%el/hidr%ro met*lico (&i/Mh)" son pilas secundarias como las
de ní$uel?cadmio, pero donde el cadmio a sido reemplazado por una aleación metlica capaz de almacenar idrógeno, $ue cumple el papel de nodo. El ctodo es óxido de ní$uel el electrolito idróxido de potasio. *a densidad de energía producida por las pilas Ni?@ es el doble de la producida por las Ni?Cd, a voltajes operativos similares, por lo $ue representan la nueva generación de pilas recargables $ue reemplazar a estas 5ltimas.
Pilas de óxido de plata6 son de tamao pe$ueo, usualmente de tipo botón. Contienen 1 = de mercurio aproximadamente por lo $ue tienen e!ectos tóxicos sobre el ambiente.
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Pilas de litio6 producen tres veces ms energía $ue las pilas alcalinas,
considerando tamaos e$uivalentes, poseen también maor voltaje inicial $ue estas '9 voltios). &e utilizan en relojes, calculadoras, !lases de cmaras !otogr!icas memorias de computadoras.
Baterías %e Ni & C% *as baterías de ní$uel-cadmio, aprovecan las propiedades de estos metales proporcionando un almacenamiento posterior suministro de la energía eléctrica. &e consideran como secundarias, a $ue son recargables. En el caso de las baterías recargables o secundarias las reacciones $uímicas son reversibles, por lo tanto nace a$uí el concepto de recargable. Astas son capaces de producirse durante un cierto periodo de tiempo 'los llamados ciclos de vida de la batería, carga-descarga) bajo unas condiciones determinadas de temperatura, presión atmos!érica de la propia demanda de energía.
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*a siguiente es la reacción $ue tiene lugar en las baterías Ni-Cd.
*a conclusión es $ue las baterías son elementos Bvivos $ue pueden variar de manera sustancial su rendimiento dependiendo del entorno. 0ariando la composición en cada tecnología, cantidad, modo de !abricación !ormato de los elementos $ue !orman la batería, se potencian di!erentes adecuadas características para aplicaciones en concreto 'para ciclado, para !uertes descargas, para carga permanente, alta temperatura, etc.). Caracteri'ación #na batería ní$uel - cadmio est constituida por una placa positiva '1) de idróxido de ní$uel una placa negativa ';) de idróxido de cadmio. /mbas placas estn separadas por un electrolito, compuesto por una solución acuosa de potasio custico '9 8), la cual est contenida dentro de un tejido poroso 'Diau, ;339). No contienen mercurio, los elementos activos 'metales ní$uel cadmio) se encuentran en !orma de cristales. Poseen ciclos de vida m5ltiples, pueden ser recargadas asta 1333 veces alcanzan a durar decenas de aos.
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#na batería de Ni Cd est considerada como un componente eléctrico $ue trans!orma energía $uímica en energía eléctrica, viceversa, por lo tanto lleva acabo un proceso electro$uímico.
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!erspectiva ()biental #na vez utilizadas, las pilas se convierten en un residuo tóxico. En la maor parte de los casos siguen los cauces abituales de las basuras, es decir, son tiradas en enormes basurales, incineradas o en el peor de los casos, son tiradas directamente a las aguas. Cuando una pila pierde su cubierta protectora de metal, libera di!erentes tipos de metales $ue producen e!ectos notoriamente nocivos para el ecosistema la salud de los seres umano. /mbientalmente, este proecto dar una solución al problema del deseco de las baterías a los rellenos sanitarios. /ctualmente las baterías, a sean de celular o las baterías de uso com5n, son desecadas con el resto de la basura en bolsas por sus componentes, tardan aos en degradarse. En el ciclo de vida de las sustancias $uímicas, los metales después de ser producidos o extraídos, son transportados para ser almacenados. Estos materiales salen a la venta% cuando se termina su vida 5til, $ue para las baterías es de aproximadamente : aos, se desecan. El objetivo de este proecto es evitar esta disposición !inal, re-introducir los metales al ciclo en donde se puedan volver a extraer para su re-comercialización.
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*entajas + Desventajas %e las Baterías %e Ni,C% *as ventajas de utilizar baterías de ní$uel cadmio es $ue presentan una larga vida, el mantenimiento $ue se les debe dar es mu bajo, pueden descargarse pro!undamente sin daos. #na batería descargada pro!undamente es a$uella $ue a no lleva acabo la reacción $uímica por lo tanto no trasmite energía. >ambién dan un mejor rendimiento a temperaturas bajas $ue las de plomo cido su retención de carga es mu buena. *as desventajas $ue presentan son $ue el costo por /mpere-ora es alto $ue algunos tipos 'sinterizados) muestran una FmemoriaG del istorial de descarga de la batería. &i una batería de Ni-Cd es repetidamente cargada sin $ue se aa descargado totalmente entre carga carga, puede ocurrir $ue al momento de $uerer obtener de ella toda su capacidad ésta solamente entregue la cantidad de carga $ue le !ue re$uerida durante las descargas anteriores. Htra desventaja de las baterías de ní$uel cadmio es $ue desprende gas idrógeno durante la carga. Ní"#elCaracterísticas /un$ue el ní$uel es com5n, esta distribuido extensamente. En promedio, la corteza de la >ierra contiene apenas I: partes por millón de ní$uel, eso es 3.33I:= de ní$uel. >omando la tierra entera en consideración 'incluendo la capa base junto con la corteza), el ní$uel es el $uinto elemento ms com5n, solamente el ierro, el oxígeno, el silicio el magnesio son ms abundantes. El ní$uel, en su estado de oxidación 3, es un metal duro, blanco plateado $ue se encuentra principalmente combinado con oxígeno 'óxidos) o azu!re 'sul!uros). No tienen ni olor ni sabor característicos. En su !orma metlica es un agente reductor !uerte es mu resistente a la corrosión alcalina. &e in!lama en trozos grandes se disuelve con lentitud en cidos diluidos liberando idrógeno. El ní$uel tiene cinco isótopos naturales con masas atómicas de :2, <3, <1, <;, <8. Con un símbolo $uímico, Ni, el ní$uel tiene un peso molecular de :2.I1, una densidad de 2,J g?ml a ;3KC, un punto de ebullición a ;I93 KC, un punto de !usión a 18:9KC una presión de vapor de .319 Pa a 123K. Con respecto a las reacciones $ue el ní$uel puede tener con ciertas soluciones, podemos ver $ue reacciona !cilmente con los cidos. Con cido clorídrico !orma una reacción suave liberando idrógeno, !ormando NiCl ;, en cuanto al cido nítrico, se obtiene una extracción del metal. El cido sul!5rico es el ms !uerte, por lo tanto se espera $ue éste sea 5til al momento de reaccionar
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con el ní$uel, el cido acético, aun$ue es un cido no tan !uerte, extrae el ní$uel a grandes cantidades. To.ici%a% #na determinación de los e!ectos en la salud del ní$uel metlico se basa en varios estudios epidemiológicos estudios animales. En la evaluación de la exposición ocupacional de ní$uel metlico, la evidencia combinada de estudios umanos animales no sugiere $ue a una relación entre la exposición al ní$uel metlico un riesgo creciente del cncer respiratorio. *a sensibilización de la piel al ní$uel metlico puede ocurrir donde$uiera $ue aa lixiviación de los iones de ní$uel sobre piel expuesta. &in embargo, la alergia cutnea 'dermatitis de contacto alérgico) al ní$uel ocurre principalmente como resultado de exposiciones no ocupacionales. Con respecto a estudios en asma, la in!ormación umana es menos con!iable. @ientras $ue la exposición al polvo !ino $ue contiene el ní$uel se a observado en in!ormes de casos como causa posible del asma ocupacional. (lternativas %e Uso El ní$uel es un componente clave de diversos materiales utilizados por la sociedad en diversas industrias para !abricar una amplia gama de productos de uso !inal. El ní$uel puede ser utilizado en mucas industrias de varias maneras. Principalmente puede utilizarse en aleaciones duras, tenaces estables a la corrosión $ue soporten el desgaste. >ambién es utilizado en vlvulas para el cableado. El ní$uel se usa en las tuberías galvanizadas 'ni$ueladas) o para !ormar el acero inoxidable. Htro uso $ue se le puede dar al ní$uel es para los acabados artísticos en llaves de lava manos, lava platos, etc., para algunas monedas para el electrodo positivo en las baterías recargables de ní$uel cadmio. / continuación se muestra la distribución del ní$uel en los di!erentes tipos de industrias.
1$ Tratamiento de Residuos Tóxicos II
Ca%)io CaracterísticasEl cadmio es un elemento $ue se encuentra en la naturaleza asociado a mucos minerales. &e le considera como uno de los elementos ms tóxicos a $ue tiene una vida media larga se acumula en los seres vivos permanentemente 'Lerman, ;331). /dems, es un metal suave, maleable, d5ctil, bivalente, bioacumulable. &e disuelve rpidamente en cido nítrico pero sólo lo ace con lentitud en cido idroclórico cido sul!5rico. El cadmio, son símbolo $uímico, Cd, tiene un peso molecular de 11;.81 g, una densidad de 2,<8; g?cm 9 a ;3KC, punto de ebullición a Iambién existen métodos electrolíticos. To.ici%a% *os !allos en la apreciación de las propiedades tóxicas del cadmio pueden producir $ue los trabajadores estén expuestos sin saberlo a vapores peligrosos 'iménez, ;339). *a maor parte del cadmio $ue se emite a la atmós!era se deposita en la tierra. / partir de esta, el cadmio es ingerido por los organismos transportado a todos los eslabones de las cadenas alimenticias. El cadmio es
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persistentemente tóxico a5n en concentraciones mu pe$ueas a $ue se concentra !uertemente en estas cadenas. *a ingestión del cadmio puede causar trastornos agudos en el tracto gastrointestinal asta mortalidad al ingerirlo al 1: o ;3= '1-9 días después de la exposición). *os síntomas incluen nauseas, salivación, vomito, dolor abdominal tipo cólico dolor de cabeza 'Lerman, ;331). *a inalación del cadmio, después de síntomas como dolor de cabeza, !iebre, respiración agitada, etc., presenta la muerte. *a población abierta se expone a este metal principalmente a través de la cadena alimenticia, aun$ue también por el consumo de tabaco contaminado por cadmio presente en los !ertilizantes !os!atados. El cadmio se acumula en el organismo umano, !undamentalmente en los riones, causando ipertensión arterial. *a absorción pulmonar es maor $ue la intestinal, por lo cual, el riesgo es maor cuando el cadmio es aspirado. &u vida media biológica supera los 1: aos causando una acumulación en los pulmones, el ígado, el rión, la glndula tiroides, las glndulas salivales. >ambién puede causar osteoporosis a $ue !rena la absorción intestinal del calcio previene su depósito en el tejido óseo. (lternativas %e Uso &us derivados se utilizan en pigmentos 'especialmente el sul!uro de cadmio) pinturas, baterías recargables de ní$uel - cadmio, como estabilizadores del cloruro de polivinilo 'P0C), como recubrimiento de otros metales. >ambién se utiliza en procesos de galvanoplastía, electrodepositación, aleaciones, acumuladores, soldaduras, reactores nucleares, joería, etc. El cadmio también es utilizado para la protección a la corrosión para las películas !otogr!icas en !ungicidas. /ctualmente, las baterías de ní$uel?cadmio se utilizan en erramientas, cmaras otras aplicaciones industriales. En tele!onía celular a no son utilizadas, debido a $ue !ueron sustituidas por las baterías de ión de *itio, de Ní$uel?Oidruro de @etal. E.tracción %e Metales por *ía /0)e%a *a idrometal5rgia consiste en la producción, puri!icación o la eliminación de metales o de componentes de metales a través de reacciones $uímicas . Por vía 5meda el cadmio se extrae cuando se encuentra en combinación con zinc, el cadmio se disuelve en su maor parte en cido sul!5rico% esta solución se puri!ica para liberarse principalmente del cobre, ní$uel cobalto talio $ue pueden estar presentes, el cadmio se separa sobre ctodos de capa de aluminio. Para el ní$uel se utilizan cidos !uertes.
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Cuando se usan procesos idrometal5rgicos para la extracción del ní$uel se emplean di!erentes solventes para las menas oxidadas de este metal, en procesos de investigación se unan cidos 'sul!5rico, muritico, nítrico), debido a $ue estos cidos !uertes disuelven adems del ní$uel otros componentes, aumenta el consumo de disolvente estos procesos no son económicos. Para aplicaciones industriales se pre!iere usar soluciones de cido sul!5rico en procesos de autoclave 'Deregovsi Qistiaovsi 1JI;).
1i.iviación *a lixiviación es el procedimiento de recuperación de un metal utilizando un disolvente. +espués de ésta extracción se separa el metal de la solución resultante. Para llevar acabo este proceso, es necesario poner el metal en contacto con el disolvente, para $ue el material se disuelva se lixivie. &e retira la solución el metal a est listo para ser tratado.
Reacción %e Metales en 2ci%os /lgunos iones compuestos metlicos muestran una elevada solubilidad en ciertos disolventes orgnicos. / veces la solubilidad es mu selectiva lo cual ace posible una separación entre los distintos metales, en este casi ablando del ní$uel el cadmio. *a extracción puede realizarse por pares iónicos neutros absorbidos por el disolvente !ormando un enlace $uímico débil con la molécula orgnica o por un catión o un anión enlazndose a la molécula a cambio de uno o mas cationes idrógeno o aniones cloruro o nitrato '"osen$uist, 1J2I). Esto es mu parecido al intercambio de iones. +urante este proceso, el compuesto orgnico se disuelve en un disolvente adecuado para poder obtener la ms alta extracción, se acen !luir a
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contracorriente las !ases acuosa orgnica. El disolvente orgnico se ace pasar entonces al sistema de separación '$ue es una serie de mezcladores asentadores) en donde el disolvente se trata con una solución de cido sul!5rico. *a extracción con disolventes es altamente selectiva para distintos metales pero tiene la ventaja $ue los metales pueden ser trans!eridos desde una solución de lixiviación amoniacal a una solución de cido sul!5rico, la cual es necesaria para la electrodeposición. >ambién puede aplicarse directamente en una pulpa de lixiviación de mena. El cido sul!5rico es un cido $ue como sustancia pura es un lí$uido aceitoso, transparente e incoloro. Cuando se calienta a ms de 93 KC desprende vapores. Este cido reacciona con todos los metales, por eso se utiliza en el proceso de lixiviación. En contacto con la piel puede ocasionar $uemaduras graves. &e usa en la manu!actura de abonos, explosivos, otros cidos pegamentos, en la puri!icación del petróleo para remover impurezas de las super!icies de metales, en baterías de plomo-cido 'usadas en la maoría de los veículos). *os metales de ní$uel de cadmio se liberan por solubilización con el cido sul!5rico. El cido acético es el principal responsable del sabor olor agrio del vinagre. En disolución acuosa, el cido acético puede perder el protón del grupo carboxilo para dar su base conjugada, el acetato. &u pQa es de 8.2 a ;:MC, lo cual signi!ica, $ue al pO moderadamente cido de 8.2, aproximadamente la mitad de sus moléculas se abrn desprendido del protón. Esto ace $ue sea un cido débil $ue, en concentraciones adecuadas, pueda !ormar disoluciones tampón con su base conjugada. Te)perat#ras %e E.tracción /l igual $ue los otros e$uilibrios, los e$uilibrios existentes entre los iones en solución las !ases sólidas estn a!ectados por los cambios de temperatura. *a oxidación siempre es exotérmica, por lo tanto, al aumentar la temperatura los distintos e$uilibrios se desplazaran acia maores presiones '"osen$uist, 1J2I). *a solubilidad de los idróxidos en solución cida disminue al aumentar la temperatura, por lo $ue esta técnica se puede utilizar para eliminar ciertos metales contenidos en la solución cida de lixiviación del proceso idrometalurgico. T3cnicas %e Rec#peración Evaporación 4 Calcinación Como se sabe, la evaporación es el cambio de la !ase lí$uida a gaseosa $ue ocurre constantemente en la super!icie de un lí$uido. *a evaporación se pone en prctica a $ue es un método relativamente barato da buenos resultados.
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*a calcinación es la acción de someter al calor una materia para $ue desprenda toda sustancia voltil o se reduzca. Aste método es mu e!ectivo a $ue el tiempo de calcinación es mu corto es una manera precisa de calcular la cantidad de sólidos obtenidos !inalmente de las muestras de extracción. !recipitación por ca)bio %e p/ *a maoría de los metales tienden a estar ms disponibles a pO cido, excepto /s, @o, &e Cr, los cuales tienden a estar ms disponibles a pO alcalino. El pO, es un parmetro importante para de!inir la movilidad del catión, debido a $ue en medios de pO moderadamente alto se produce la precipitación como idróxidos. En medios mu alcalinos, pueden nuevamente pasar a la solución como idroxicomplejos . Por lo tanto, la adsorción de los metales pesados est !uertemente condicionada por el pO. El cambio de pO se puede realizar con soluciones de NaHO, Ca'HO) ;, o alguna parecida.
El cadmio se remueve ms e!icientemente por precipitación del idróxido a pO entre J l;. *a precipitación es también posible como carbonato de cadmio a pO l3. *a cal dar un precipitado de maor capacidad de sedimentación $ue el custico. Interca)bio Iónico Estos intercambiadores son sólidos en los cuales existen diversos iones débilmente enlazados. *os primeros intercambiadores conocidos !ueron las zeolitas ms tarde estas se complementaron con resinas orgnicas las cuales se utilizan muco ms aora '"osen$uist, 1J2I). Estas resinas se sumergen en las soluciones acuosas es a$uí cuando existe el intercambio de iones entre la resina la solución. Para esto, existen resinas catiónicas aniónicas.
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Dajo condiciones oxidantes, el metal se disuelve en cido sul!5rico diluido !ormando el ion del metal. &i el anión se pone en contacto con un intercambiador de aniones, se tendr una reacción de intercambio. #na desventaja de las resinas de intercambio iónico es $ue son susceptibles al envenenamiento de ciertos iones los cuales !orman enlaces !uertes casi permanentes con las resinas acabando así con sus propiedades de intercambio iónico. *os ms perjudiciales son los cianuros, tiosul!atos politionatos, aun$ue también la sílice en solución puede precipitar disminuir la e!icacia del intercambio. #n sistema típico de intercambio iónico tiene un leco !ijo de resina intercambiadora, donde esta tiene la posibilidad de intercambiar iones cargados positivamente 'intercambio catiónico), o iones cargados negativamente 'intercambio aniónico). +ependiendo de la carga de la resina, lo aniones cationes se unirn por !uerzas electrostticas a los sitios cargados. El proceso de intercambio iónico se aplica a soluciones acuosas con contenido orgnico a las aguas residuales $ue contienen cromo, cadmio, ní$uel, complejos metal-cianuro otros metales diluidos. El !lujo de regenerante concentrado resultante del proceso de intercambio iónico debe ser tratado.
!1(N DE IN*E5TIG(CIÓN : Caracterizar los componentes de las baterías. *as baterías son clasi!icadas
entre alcalinas recargables de acuerdo con sus especi!icaciones. +e las baterías recargables, las de interés son a$uellas $ue contengan ní$uel cadmio. Estas baterías se abren con la auda de pinzas tenazas en su interior se encuentra de 9 a < pilas. Cada pila se abre de igual manera, retirando la !unda metlica extraendo las placas de ní$uel cadmio respectivamente. >odos los materiales son pesados en una balanza analítica para poder determinar un promedio de los residuos obtenidos de muestra de los metales de interés. : Proponer de acuerdo a la caracterización de las pilas, un proceso de
extracción en medio cido de sus componentes a di!erentes condiciones de operación. *a extracción de los metales se ace a través de la idrometal5rgia con un proceso de extracción cida, con cido acético cido clorídrico. *os metales por separado se colocan en matraces, se agrega una cantidad de!inida de cido, se realiza la extracción. &e realizar este procedimiento a tres condiciones de operación6 a temperatura ambiente ';3KC), a 83KC a <3KC. : "ealizar pruebas de laboratorio, para veri!icar la e!iciencia de cada uno de los
procesos propuestos. &e obtienen muestras de cada una de las pruebas a medida $ue la reacción se va llevando acabo.
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5e reali'aran )3to%os %e concentración !recipitación por ca)bio %e p/&e utilizan las soluciones bsicas cal o Ca'HO) ; para aumentar el pO de la solución cida del metal así poder observar la precipitación del metal.
Evaporación Calcinación6 &e toma una muestra de la solución cida del metal se coloca en un crisol previamente llevado a peso constante. Este crisol se introduce a una estu!a a 23KC para eliminar el lí$uido, obteniendo la sal del metal. Con estos valores se calcula el = de umedad $ue existía en la muestra. Posteriormente el crisol es introducido a una mu!la a ::3KC, asta $ue la muestra es calcinada. &e determinan los sólidos voltiles existentes, sólidos !ijos, sólidos totales. M(TERI(1E5 1. ;. 9. 8. :. <.
Dalanza /nalítica Cocina eléctrica >ermómetro Papel !iltro E$uipo de !iltración al vacío Esptula
RE(CTI*O51. ;. 9. 8. :. <.
Ní$uel Cadmio Oidróxido de &odio OCl Rcido acético /gua destilada
METODO Clasificación + Despie'a%o *as baterías $ue eran de nuestro interés 'Ni-Cd) !ueron seleccionadas como candidatas para el procedimiento. Estas baterías se clasi!icaron caracterizaron de acuerdo a tamao, contenido de pilas, peso, etc. Estas baterías se abrieron utilizando erramientas tales como tenazas, cucillos pe$ueos. *as pilas encontradas dentro de las baterías, se abrieron de igual manera para poder identi!icar la placa de ní$uel, la placa de cadmio, el separador. *os metales !ueron desmontados de sus placas $ue los soportaban con la auda de una lija, se pesaron, se convirtieron en nuestra muestra para analizar. M3to%o /i%ro)etal0r6ico %e E.tracción &e pueden utilizar di!erentes solventes para este procedimiento, en este caso se usaron los cidos sul!5rico acético para la extracción de los metales ní$uel cadmio. Estos cidos se utilizan para disolver varios metales varios componentes. *as extracciones se realizaron colocando una cantidad especí!ica de metal retirado de las placas de la pila en un matraz. / este metal se le agregó un volumen especí!ico de cido se realizó la extracción a di!erentes condiciones con los dos di!erentes cidos. / continuación se muestra una matriz de experimentación6 *as reacciones $ue se llevaron acabo son las siguientes6 Para el ní$uel6 ;CO9CHHO ( Ni ST Ni'CO9CHH); ( O ;OCl ( Ni ST NiCl;( ;O El cadmio6 ;CO9CHHO ( Cd
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Cd'CO9CHH); ( O
;OCl( Cd ST CdCl; ( ;O Como técnica de puri!icación se realizaron pruebas para observar la precipitación de cadmio cambiando el pO de las soluciones. / medida $ue se aumenta el pO de las soluciones, el cadmio precipita en !orma de Cd-HO. &e comenzó con una muestra de :3 ml de metal en cido. &e icieron las pruebas con una solución bsica, con NaHO, ;N. +icas soluciones se !ueron agregando a las muestras de metal extraído de las baterías en los matraces poco a poco asta observar la !ormación de un precipitado.
RE5U1T(DO5Cadmio6 para un tiempo de ;3 min de reacción (ci%o
Concentración
(c9 ac3tico /Cl
3.3<2;g?ml 3.3I:g?ml
7 )etal T8 obteni%o 9:.II I3 KC 2J.<= ;:KC
Ni$uel6 para un tiempo de ;3 min de reacción (ci%o
Concentración
(c9 ac3tico /Cl
3.1g?ml 3.1382g?ml
7 )etal T8 obteni%o ;9.8<= I3KC <2.9= ;:KC
CONC1U5IONE5
*as baterías por lo general contienen de 9 a < pilas en su interior. Estas a su vez estn compuestas por partes metlicas, placas de ní$uel, placas de cadmio, separadores partes plsticas. +e acuerdo a la caracterización se concluó $ue el 93.81= de una pila lo compone la placa de ní$uel, ;2.
&e logró disolver los metales por lixiviación siendo el OCl el lixiviante mas óptimos con altos porcentajes de disolución de 2J.<= <2.9= para Cadmio Ní$uel "espectivamente.
&e logró la recuperación de los metales por cambio de PO para el caso de cido acético donde se observó la precipitación de los idróxidos, cosa $ue no sucedió con el caso del OCl.
(NE:O-
+esamblaje de la batería.
Practica de laboratorio6 ac disolviendo metales.
+isolución de los metales de batería Ni-Cd
Producto !inal Oidroxido de los metales pesados BIB1IOGR(;<(
/gencia para sustancias toxicas el registro de en!ermedades ';339). >ox7aUs para ni$uel. +isponible6 http"/+++atsdrcdcgo-/es/tox.a$s/es/t.acts01html
Diau, maor Lustavo. ';339). Daterías de ni$uel-cadmio
/sociacion @exicana de pilas '/@EVPW*/&)
/lbert *ilia /. '1JJ2) curso bsico de toxicología ambiental @exico +.7, @exico6 editorial limusa &./ de C.0
Tratamient o de Residuos
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