Obtención de productos derivados del reciclaje de pilas alcalinas gastadas: caso dióxido y carbonato de manganeso, aleación ferrosa base manganeso y cinc metálico

Abstract

RESUMEN: En este trabajo de investigación se reciclaron los óxidos de manganeso y el óxido de cinc contenidos en los componentes anódico y catódico de las pilas alcalinas gastadas para sus posibles aplicaciones como materia prima.

En el caso del material catódico se empleo para la elaboración de aleaciones ferrosas con altos contenidos de manganeso , así como también para la producción de reactivos base manganeso y finalmente al caso del material ánodico para la obtención de cinc metálico.

Para la fabricación de aleaciones ferrosas con alto contenido de manganeso se reciclaron los cátodos gastados de las pilas alcalinas y cuyo contenido es igual al peso en manganeso. La carga de materia prima que se alimento al horno para que posteriormente sea fundido, son consistentes del material catódico de las pilas alcalinas y hierro con . Y cuyo resultado de la composición química del hierro es de y .

El intervalo de la temperatura de fusión del metal se comprendido en el rango de temperatura de de acuerdo a datos termodinámicos en donde se demuestra que los óxidos de manganeso que contiene el polvo de pila en sus tres diferentes formas ( ) son reducidos en presencia de grafito, formando así un equilibrio entre el sistema ternario – . Este equilibrio está presente durante la fabricación de aceros al alto manganeso denominados “Hadfield”.

Para el caso de los reactivos base manganeso se reciclo el material catódico, pero se lixivio en presencia de una mezcla consistente de ácido sulfúrico con ácido oxálico para obtener sulfato de manganeso, recuperándose 77 g de Mn por cada 257 g. de Mn. El sulfato de manganeso se uso para la precipitación de dióxido de manganeso y carbonato de manganeso. Finalmente el reciclado del material anódico de las pilas alcalinas con óxido de cinc se procesó mediante procedimientos hidrometalúrgicos como son la lixiviación con ácido sulfúrico para obtener sulfato de cinc en solución recuperándose 68 g. de 69 g. de cinc de la muestra inicial y la electrodepositación de cinc metálico cuya pureza asciende a 98.13% se recupero del licor consistente de sulfato de cinc.

Todo el proceso de reciclado de los materiales anódico y catódico fueron analizados mediante técnicas de difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido (MEB), absorción atómica y volumetría; para el caso del acero se analizó con la técnica de fluorescencia de rayos X (arco y chispa) para monitorear y construir los balances de materia correspondientes, así mismo también para poder determinar la cinética de cada proceso y eficiencias. ABSTRACT: In this research the oxides of manganese and zinc oxide contained in the cathode and anode components of spent alkaline batteries for their potential applications as raw material were recycled.

In the case of the cathode material was used for the preparation of ferrous alloys with high manganese content (> 11%), as well as reagents for producing manganese base and finally to the case of the anode material for the production of metallic zinc.

The production of ferrous alloys with high manganese content the cathodes of spent alkaline batteries were recycled whose manganese content is equal to 52 ± 5% weight. The raw material was fed into the furnace to be melted are cathode material and the iron with 3.6% C. And the result of the chemical composition of the iron is 6.2% Mn and 2.83% C.

The range of melt temperature for the iron is within the temperature range of 1500 to 1600 ° C according to thermodynamic data which shows that the manganese oxide powder containing the stack in three different forms ( ) are reduced in the presence of graphite, forming a balance between the ternary system – . This balance is present during the manufacture of so-called high manganese steels "Hadfield".

In the case of the manganese-based reactive the cathodic material was recycled, but was leached in the presence of a mixture consisting of sulfuric acid and oxalic acid, resulting from that manganese sulfate, recovering 77 g of Mn per 257 g. Mn. Manganese finally the sulfate was used for the precipitation of manganese dioxide and manganese carbonate. Finally the recycling of anode material of zinc oxide alkaline batteries was processed by hydrometallurgical processes such as leaching with sulfuric acid to form zinc sulphate solution recovering 68 g. of 69 g. zinc in the initial sample and electrowinning of zinc metal which amounts to 98.13% purity was recovered liquor consisting of zinc sulfate.

The entire process of recycling the anode and cathode materials were analyzed by techniques of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic absorption and titration, the steel was analyzed by the technique of fluorescence X rays (arc and spark) to monitor and build the corresponding material balances, likewise also to determine the kinetics of each process and efficiencies.