Desafios para a produção sustentável do lítio no Brasil · Desafios para a produção...

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


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


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%


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


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


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


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


Viabilidade dos processos de reciclagem de baterias depende do valor agregado dos seus componentes (Co, Ni);


Baterias a base de Li

Por que a reciclagem e o reuso são importantes?


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


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


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%


Ekberg & Petranikova (2015); Heelan et al. (2016); CSIRO (2018)

Principais empresas e processos de reciclagem de LIBs


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)


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)



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



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)



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



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.


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


Qual a nossa (Brasil) pretensão?


CE EM Obrigada!! [email protected]

mailto:[email protected]

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