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SCAF@III SemLiBra 2018
Desafios para a produção sustentável do lítio no Brasil
Sílvia C. A. França & Paulo F. A. Braga Coordenação de Processos e Tecnologias Minerais
CETEM, RJ Ago/2018
SCAF@III SemLiBra 2018
Cadeia produtiva do lítio no Brasil
Lavra Beneficiamento Processamento Químico
Lavra e concentração mineral
Geração de finos detonação e cominuição; limitação operacional ciclones de meio denso (> 5mm);
não aproveitamento de outros minerais industriais contidos no pegmatito; baixa eficiência no processo de concentração; custo elevado do frete para os demais minerais aproveitáveis do pegmatito (ex.: polos vidreiro e cerâmico > 150 km)
Araçuai (MG) - Santa Gertrudes (SP) ~1100 km Araçuaí (MG) – Ceará ~1800 km
SCAF@III SemLiBra 2018
Sustentabilidade na cadeia produtiva do lítio no Brasil
Processamento químico
Al2O3.4SiO2.H2O – resíduo sem aproveitamento (94% da massa total de minério processado); produtos gerados são de grau técnico – 98,5% (não se aplicam à produção de baterias – 99,5% );
preços no mercado nacional: acima dos praticados no mercado internacional. US$ 25-30.000/t Li2CO3 US$13.500/t Li2CO3
GRAU INDUSTRIAL <99,0%
GRAU TÉCNICO 99,0%
GRAU BATERIA 99,5%
GRAU EV 99,9%
GRAU EV PLUS 99,99%
SCAF@III SemLiBra 2018
Graxas 90%
Vidros e cerâmicas
2%
Fármacos 2% Outros
6%
Fonte: ABIQUI; Braga (2017)M, IBP
Distribuição setorial do lítio no Brasil
Distribuição setorial mundial
Produção anual ~600 t LCE
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Baterias de Li-íon
o Brasil ainda não tem parque industrial para LIBs; entrada indireta de 3.600 t LCE/ano em baterias (importação) como reaproveitar o LCE das baterias usadas?
desafios tecnológicos envolvidos na produção e reciclagem das baterias? PD&I no Brasil: uso de LiCl (Codemig); produção de anodo Nb/TiO - NTO (CBMM/Toshiba);
Sustentabilidade na cadeia produtiva do lítio no Brasil
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Desafios para a reciclagem de LIBs
Componentes de baterias
Componentes Tipos de baterias Pb-ácido Ni-MH Li-íon
catodo PbO2 Ni(OH)2 LiMO2 chapa do catodo Pb espuma de Ni Al anodo Pb MH (AB5) grafite chapa do anodo Pb aço niquelado Cu eletrólito H2SO4 KOH solvente orgânico + LiPF6
separador PE; PVC + sílica poliolefinas PE; PP; PE/PP caixa da célula PP aço inoxidável metal ou laminado
Fonte: adaptado de Gaines (2014)
Bateria Pb-ácido
Bateria Li-íon
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Componente Composição
(%) Valor da commodity
($AUD/t)
Valor potencial do material reciclado ($AUD/t)
Min Max Al 4-24 2690 64 382 Co 5-20 115.070 3.404 13.615 Cu 5-10 9.002 266 533 Fe 5-25 75 2 11 Li 1-7 21.454 127 888
Mn 10-15 2.765 158 238 Ni 5-15 17.865 528 1.585
Total 4.549 17.252
Desafios para a reciclagem de LIBs
Viabilidade dos processos de reciclagem de baterias depende do valor agregado dos seus componentes (Co, Ni);
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Ilustração simplificada de reciclagem de baterias de Li-íon
Baterias Plásticos circuitos Acessórios
Metais preciosos + Cd + Ni
Plásticos Cobre
Utensílios plásticos de elevada resistência
Aço inoxidável Novas baterias
Componentes de um telefone celular:
Insumos extraídos:
Novos produtos a partir dos materiais reciclados:
MobileMuster (2013); Ekberg & Petranikova (2015); adapt. CSIRO (2018)
22% - 16,7 t
Baterias usadas 76 t/ano (Austrália)
Co - 250 kg Cu - 120 kg Ni - 110 kg Li - 31 kg
1 t
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Produção Vendas/entregas
Quan
tidad
e de v
eículo
s
Tesla EVs (2016-2017)
Randal et al. (2016); CSIRO (2018)
Produção de baterias Li-íon usadas Previsão 2016-2036 (Austrália e Outros)
3.300 t/a
137.000 t/a
2017 – 1,47 bi aparelhos celulares
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Reciclagem de baterias Li-íon usadas Desafios tecnológicos
Randal et al. (2016); CSIRO (2018)
Manuseio e estocagem apropriados das baterias utilizadas; risco de explosões e incêndio; comprometimento de todos os insumos possívieis de recuperação; incompatibilidade nas linhas de reciclagem de LIBs e Pb-ácido; contaminação cruzada e baixa eficiência de reciclagem.
Quantidade de baterias usadas: geração X coleta X reciclagem
Tipo de bateria utilizadas coletadas eficiência Baterias primárias Li 150 t 7 t 4,8% LIBs 1750 t 31 t 1,8%
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Ekberg & Petranikova (2015); Heelan et al. (2016); CSIRO (2018)
Principais empresas e processos de reciclagem de LIBs
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Plásticos e partes de eletrônicos LiBs
Tratamento térmico a vácuo
Britagem
Peneiramento, separação magnética e separação pneumática
Aglomeração
Processamento pirometalúrgico Ligas de Co
Escória
Componentes da escória
Frações de ligas Fe-Ni, folhas de Al
Li2CO3 Lixiviação e precipitação
H2SO4 Na2CO3
Resíduo
Pré-treatmento
Eletrólito condensado
Processo de reciclagem da Accurec (Alemanha)
Ekberg & Petranikova (2015)
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LiBs
Ligas Cu/Co/Ni/Fe
Processo UTH Escória Al/Ca/Li/Si
Fe Cu Ni Co
Refino
Precursor para a produção de LiCoO2
Processo de reciclagem da Umicore (Bélgica)
Ekberg & Petranikova (2015)
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Processo de reciclagem da Recupyl (França)
Componentes metálicos
Tratamento químico e recuperação de metais
Papel, plástico e aço Cobre
LiBs
Massa negra
Separação mecânica
Mercado Rejeito para reciclagem
Mercado
Ekberg & Petranikova (2015)
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LiBs
Moinho de martelos
Separação
Polpa
Homogeneização
Spray de água
Peças plásticas e de aço
Torta de filtragem Co
Separação sólido/líquido
Transporte
Massa negra, folhas de Cu e Al
Processo de reciclagem da Retrieve Technology TOXCO (Canadá)
Ekberg & Petranikova (2015)
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Espera-se que a demanda pelo produto nos setores de manufatura, energia solar e ferroviário aumente com a crescente necessidade de reposição e armazenamento de energia;
propriedades como a elevada densidade energética, vida útil e redução nos preços da bateria impulsionarão a demanda pelo produto durante o período de previsão (2025);
os veículos híbridos e elétricos testemunharão o crescimento do mercado de LIBs devido à substituição de motores a combustão por motores elétricos;
além disso, as políticas governamentais de emissão de GHG, a fim de salvaguardar o meio ambiente e reduzir as opções baseadas na degradação ambiental, devem desempenhar um papel crítico na formação do mercado geral de baterias.
Cenários de crescimento de mercado
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Desafios para a reciclagem de LIBs
Opções que poderão aumentar a viabilidade técnica e econômica da reciclagem
de baterias a base de Li: Tecnologia de separação das baterias antes do processo de reciclagem (devido às diferentes composições químicas); separação dos materiais componentes do catodo (maior $); a presença de compostos tóxicos; a classificação como resíduo tóxico e outras regulamentações ambientais poderão impedir a reciclagem; necessidade de processos de reciclagem muito flexíveis – baterias com padrões e desenhos diversos.
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Desafios para a indústria nacional
-Produção de compostos grau bateria (>99,5% pureza)
- Produção direta do LiOH
- aproveitamento do Li e outros metais contidos nas baterias
- aproveitamento/recuperação de Li contido em águas-mães de salinas
- verticalização da cadeia produtiva, com inclusão de conteúdo local
- fortalecimento da cadeia com a entrada de novos players
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