BR112017024433B1 - Sistemas e métodos para recuperação de chumbo a partir de baterias de chumbo-ácido - Google Patents

Abstract

sistemas e métodos para recuperação de chumbo a partir de baterias de chumbo-ácido. trata-se de chumbo que é recuperado a partir de pasta de chumbo de uma bateria de chumbo-ácido em um processo contínuo. a pasta de chumbo é colocada em contato com uma base para gerar um sobrenadante e um precipitado. o precipitado é separado do sobrenadante e é colocado em contato com um ácido alcanossulfônico para gerar uma mistura de solução de íons de chumbo e dióxido de chumbo insolúvel. o dióxido de chumbo é reduzido com um agente redutor para formar óxido de chumbo, e o óxido de chumbo é combinado com a solução de íons de chumbo para formar uma solução de íons de chumbo combinada para, assim, permitir um processo contínuo sem acúmulo de dióxido de chumbo. o chumbo é recuperado da solução de íons de chumbo combinada com o uso de eletrólise.

Description

[001] Este pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório no de série U.S. 62/160.844, depositado em 13 de maio de 2015. Todos os materiais extrínsecos identificados no presente documento estão incorporados a título de referência em sua totalidade.

Campo da Invenção

[002] O campo da invenção é reciclagem de baterias de chumbo-ácido e outro refugo que contém sulfato de chumbo.

Antecedentes

[003] A descrição dos antecedentes inclui informações que podem ser úteis para o entendimento da presente invenção. A mesma não é uma admissão de que quaisquer informações fornecidas no presente documento sejam técnica anterior ou relevantes para a invenção aqui reivindicada ou que qualquer publicação específica ou implicitamente indicada seja técnica anterior.

[004] Diversos esforços foram feitos para se distanciar das operações de fundição na reciclagem de baterias de chumbo-ácido (LABs) e usar soluções mais ecológicas. Por exemplo, a Patente no U.S. 4.927.510 ensina a recuperação de substancialmente todo o chumbo em forma de metal puro a partir de pasta fluida de bateria após um processo de dessulfurização. Todas as publicações identificadas no presente documento estão incorporadas a título de referência com a mesma abrangência como se cada publicação ou pedido de patente individual fosse específica e individualmente indicado como incorporado a título de referência. Quando uma definição ou um uso de um termo em uma referência incorporada é inconsistente ou contrário à definição daquele termo fornecido no presente documento, a definição daquele termo fornecida no presente documento é aplicada e a definição daquele termo na referência não é aplicada. Em outro exemplo, Patente no CA 1.310.837 também ensina a recuperação de chumbo em forma de metal a partir de uma pasta dessulfurizada. A pasta é lixiviada com um ácido adequado para extração eletrolítica e PbO2 insolúvel é reduzido com o uso de peróxido de hidrogênio. Infelizmente, a patente no ‘510 e a patente no ‘837 exigem uso de um flúor que contém eletrólito (por exemplo, ácido fluobórico ou fluossilícico), o que é igualmente problemático.

[005] Para superar algumas das dificuldades associadas ao flúor que contém eletrólito, materiais ativos de chumbo dessulfurizado foram dissolvidos em ácido sulfônico de metano conforme descrito na Patente no U.S. 5.262.020 e Patente no U.S. 5.520.794. Entretanto, uma vez que sulfato de chumbo é pouco solúvel em ácido sulfônico de metano, a pré-dessulfurização a montante ainda é necessária e materiais insolúveis residuais reduziram tipicamente o rendimento geral para um processo economicamente não atraente. Para aperfeiçoar pelo menos alguns dos aspectos associados a sulfato de chumbo, oxigênio e/ou sulfonato de metano férrico podem ser adicionados, conforme descrito na Publicação de Pedido de Patente Internacional no WO 2014/076544, ou óxidos misturados podem ser produzidos, conforme ensinado na Publicação de Pedido de Patente Internacional no 2014/076547. Entretanto, apesar do rendimento aprimorado, diversas desvantagens ainda permanecem. Dentre outras coisas, a reutilização de solvente nesses processos exige frequentemente esforço e sulfatos residuais ainda são perdidos como produto de refugo. Além disso, durante as interrupções de processo (tais como quedas de potência, as quais não são incomuns na recuperação eletrolítica de chumbo), o chumbo metálico galvanizado se dissolverá no eletrólito, a menos que o cátodo seja removido e o chumbo descamado. Isso gera operação em batelada no máximo problemática.

[006] A Patente no U.S. 8.409.421 ensina um processo eletrolítico para recuperar chumbo a partir de pasta de chumbo dessulfurizada. A pasta de chumbo é lixiviada com uma solução que compreende cloreto de amônio para formar um produto de reação de duas fases. A fase sólida do produto de reação é lixiviada com peróxido de hidrogênio para reduzir PbO2 insolúvel e formar um segundo produto de reação de duas fases. As fases líquidas dos dois produtos de reação são submetidas a eletrólise para formar chumbo esponjoso. Entretanto, a patente no ‘421 ensina que CO2 é produzido na primeira etapa de lixiviação e que é necessário adicionar amônia e água durante eletrólise para compensar amônia consumida e água evaporada na etapa de eletrólise, o que pode ser problemática.

[007] Recentemente, conforme descrito na Publicação de Patente Internacional copendente no WO 2015/077227, constatou-se que a inclusão de agentes quelantes com solventes (por exemplo, EDTA), tal como MSA em pH ácido, aperfeiçoa a solubilidade de óxidos de chumbo e sais de sulfato de chumbo, o que permite a recuperação de chumbo por meio de eletrodeposição a partir de tais sistemas de solvente. Entretanto, a decomposição de EDTA durante eletrodeposição e acúmulo de sulfatos no sistema de solvente limita a capacidade para reutilizar tais solventes sem a reposição contínua de EDTA.

[008] Dessa forma, embora diversos métodos para reciclagem de chumbo sejam conhecidos na técnica, todos ou quase todos sofrem com uma ou mais desvantagens. De modo mais notável, preocupações ambientais no uso de agentes de lixiviação prejudicais ou na produção gases prejudicais e as ineficiências em ter um processo de reciclagem descontínuo impediram sistemas de reciclagem comercialmente relevantes. Portanto, ainda há uma necessidade de dispositivos e método aprimorados para reciclagem de baterias de chumbo-ácido sem fundidor, especialmente de uma forma contínua.

Sumário da Invenção

[009] A matéria da invenção fornece aparelhos, sistemas e métodos que permitem isolamento simples e eficaz de chumbo a parir de baterias de chumbo-ácido durante operações de reciclagem que reduz vantajosamente preocupações ambientais de usar agentes de lixiviação prejudicais e produzir gases prejudicais e aumenta a eficiência fornecendo-se um processo contínuo. O chumbo é recuperado a partir de uma pasta de chumbo (a qual inclui tipicamente PbSO4, PbO e PbO2) de uma bateria de chumbo- ácido. A pasta de chumbo é colocada em contato com uma base para, desse modo, gerar um sobrenadante que compreende um sal de sulfato solúvel e um precipitado que compreende um sal de chumbo insolúvel. A base converte essencialmente todas as espécies de chumbo em óxidos de chumbo correspondentes e, então, permite a remoção completa de sulfato da pasta de chumbo.

[010] O sobrenadante é separado do precipitado. Deve ser particularmente observado que todas as espécies de chumbo são inicialmente recuperadas como os óxidos/hidróxidos insolúveis correspondentes, enquanto substancialmente todo o sulfato é removido em uma fase líquida (por exemplo, como Na2SO4). O precipitado é tratado com ácido alcano sulfônico para gerar uma mistura que compreende uma solução iônica de chumbo e dióxido de chumbo insolúvel. Dessa forma, o ácido alcano sulfônico é usado para dissolver espécies de chumbo precipitadas, mas quantidades consideráveis de dióxido de chumbo permaneceram não dissolvidos. O dióxido de chumbo insolúvel é colocado em contato com um agente redutor para reduzir, desse modo, o dióxido de chumbo para óxido de chumbo e o óxido de chumbo é combinado com a solução iônica de chumbo para formar uma solução iônica de chumbo combinada. Um potencial elétrico é aplicado a um cátodo em contato com a solução iônica de chumbo combinada para, desse modo, formar continuamente chumbo aderente no cátodo enquanto regenera ácido alcano sulfônico, o qual pode ser reutilizado para tratar precipitado adicional que compreende um sal de chumbo insolúvel. O chumbo aderente é removido de uma segunda porção do cátodo enquanto forma continuamente chumbo aderente em uma primeira porção do cátodo. Conforme usado no presente documento, o termo “aderente”, quando usado em conjunto com chumbo formado por meio de redução de chumbo iônico se refere a uma forma de chumbo que não é uma película consistente ligada a uma superfície do cátodo, mas que é amorfa e pode ser limpada do cátodo. Em outras palavras, um produto de chumbo aderente não forma, em uma dimensão macroscópica, ligações intermetálicas entre o cátodo e o produto de chumbo e, portanto, não formará uma película de chumbo consistente no cátodo. Dessa forma, um processo contínuo para recuperação de chumbo é contemplado, o qual reduz preocupações ambientais de usar agentes de lixiviação prejudicais e produzir gases prejudicais e aumenta a eficiência fornecendo-se um processo contínuo.

[011] Em algumas modalidades, a base é adicionada em uma quantidade suficiente para produzir o sobrenadante que compreende o sal de sulfato solúvel e o precipitado que compreende o sal de chumbo insolúvel sem produção substancial de plumbato (isto é, menos que 0,1% em mol das espécies de chumbo entrantes na pasta de chumbo). Tipicamente, a base compreende pelo menos um dentre um álcali ou hidróxido de metal alcalino terroso e um carbonato, e o sal de chumbo insolúvel compreende pelo menos um dentre um óxido de chumbo, um hidróxido de chumbo e um carbonato de chumbo. Por exemplo, o sal de sulfato solúvel pode compreender sulfato de sódio, a base pode compreender hidróxido de sódio e o sal de chumbo insolúvel pode compreender hidróxido de chumbo.

[012] O sobrenadante pode ser separado do precipitado por meio de pelo menos um dentre deposição, centrifugação e filtração. Contempla-se que o sal de chumbo insolúvel no precipitado é substancialmente livre de sulfato. Em modalidades típicas, o sal de chumbo insolúvel compreende entre 0,01 a 0,1% em p/p de sulfato, 0,1 a 1% em p/p de sulfato ou 1 a 5% em p/p de sulfato. O sobrenadante pode ser submetido a eletrólise em uma célula eletroquímica para produzir uma base regenerada, uma água reciclável e ácido sulfúrico. Deve ser observado que a base regenerada pode ser usada para tratar pasta de chumbo adicional para converter espécies de chumbo na pasta de chumbo em óxidos de chumbo correspondentes e a água reciclável pode ser reutilizada na célula eletroquímica ou em outro processo.

[013] O precipitado é colocado em contato com ácido alcano sulfônico para gerar uma mistura que compreende uma solução iônica de chumbo e dióxido de chumbo insolúvel. Em modalidades típicas, o ácido alcano sulfônico compreende ácido metanossulfônico. O dióxido de chumbo insolúvel pode ser tratado com um agente redutor para converter o dióxido de chumbo em óxido de chumbo. Agentes redutores adequados incluem, mas sem limitação, peróxido de hidrogênio, ácido dicarboxílico, chumbo metálico, sulfito, sulfato de hidrazina ou ditionato de sódio. Dessa forma, deve ser observado que a redução de dióxido de chumbo insolúvel para óxido de chumbo e a combinação do óxido de chumbo com a solução iônica de chumbo possibilita recuperação aumentada de chumbo e evita vantajosamente acúmulo de dióxido de chumbo insolúvel no processo contínuo.

[014] O óxido de chumbo formado reduzindo-se o dióxido de chumbo insolúvel pode ser combinado com a solução iônica de chumbo de diversas maneiras adequado. Por exemplo, a solução iônica de chumbo é alimentada diretamente com óxido de chumbo para formar a solução iônica de chumbo combinada. Em outro exemplo, o óxido de chumbo pode ser colocado em contato com uma segunda porção do ácido alcano sulfônico para, desse modo, gerar uma segunda solução iônica de chumbo, e a solução iônica de chumbo e a segunda solução iônica de chumbo podem ser combinadas para formar a solução iônica de chumbo combinada. Dessa forma, contempla-se que a solução iônica de chumbo pode ser direta ou indiretamente alimentada com óxido de chumbo para formar a solução iônica de chumbo combinada. Deve ser observado que material não dissolvido na solução iônica de chumbo combinada é tipicamente removido antes de alimentar a célula eletroquímica com a solução iônica de chumbo combinada. Tal material não dissolvido compreende pelo menos um dentre chumbo metálico e plástico.

[015] Uma célula eletroquímica é alimentada com solução iônica de chumbo combinada. Um potencial elétrico é aplicado a um cátodo em contato com a solução iônica de chumbo combinada para formar chumbo. O cátodo pode compreender alumínio, uma liga de alumínio ou um pó de alumínio embutido em um plástico. Em algumas modalidades, o cátodo se move em relação à solução iônica de chumbo combinada enquanto o potencial elétrico é aplicado. Por exemplo, o cátodo pode exibir movimento giratório enquanto o potencial elétrico é aplicado, de forma que o chumbo depositado no cátodo seja removido da solução iônica de chumbo. Para remover o chumbo, um raspador pode ser posicionado próximo ou na segunda porção do cátodo. Dessa forma, chumbo pode ser continuamente formado e removido no cátodo para fornecer uma operação de recuperação de chumbo contínua.

[016] Em outro aspecto, um método para reciclar chumbo a partir de uma pasta de chumbo de uma bateria de chumbo-ácido é contemplado. O método compreende colocar a pasta de chumbo em contato com uma base para, desse modo, gerar um sobrenadante que compreende um sal de sulfato solúvel e um precipitado que compreende um sal de chumbo insolúvel. O sobrenadante é separado do precipitado. Pelo menos parte da base é regenerada do sobrenadante com o uso de uma primeira célula eletroquímica, o que reduz vantajosamente a necessidade de base externa para entrar em contato com a pasta de chumbo. O precipitado é colocado em contato com ácido alcano sulfônico regenerado para gerar uma mistura que compreende uma solução iônica de chumbo e um dióxido de chumbo insolúvel.

[017] Para aumentar a recuperação de chumbo no processo, chumbo insolúvel é colocado em contato com um agente redutor para, desse modo, converter dióxido de chumbo em óxido de chumbo e o óxido de chumbo é combinado com a solução iônica de chumbo para formar uma solução iônica de chumbo combinada. A solução iônica de chumbo combinada é submetida a um potencial elétrico em uma segunda célula eletroquímica para, desse modo, formar continuamente chumbo em um cátodo de movimento e para gerar o ácido alcano sulfônico regenerado. O chumbo é coletado de uma segunda porção do cátodo enquanto se forma continuamente chumbo na primeira porção do cátodo para fabricar uma nova bateria de chumbo-ácido. Dessa forma, deve ser observado que a base e o ácido alcano sulfônico podem ser regenerados para eliminar, ou reduzir substancialmente, a necessidade de fontes externas em uma operação de recuperação de chumbo contínua.

[018] Em ainda outro aspecto, é fornecido um método para reciclar chumbo a partir de uma pasta de chumbo dessulfurizada de uma bateria de chumbo-ácido em um processo contínuo. A pasta de chumbo dessulfurizada é colocada em contato com um ácido alcano sulfônico para gerar uma mistura que compreende uma solução iônica de chumbo e um dióxido de chumbo insolúvel. O dióxido de chumbo insolúvel é separado da solução iônica de chumbo e é convertido em óxido de chumbo. O óxido de chumbo é combinado com a solução iônica de chumbo para formar uma solução iônica de chumbo combinada. Um potencial elétrico é aplicado a um cátodo em contato com a solução iônica de chumbo combinada para, desse modo, formar continuamente chumbo aderente em uma primeira porção do cátodo e para gerar ácido alcano sulfônico regenerado. O chumbo é removido de uma segunda porção do cátodo enquanto forma continuamente chumbo na primeira porção do cátodo. Deve ser observado que o dióxido de chumbo insolúvel é convertido em óxido de chumbo em uma quantidade suficiente para evitar acúmulo do dióxido de chumbo insolúvel no processo contínuo. Alternativamente, dióxido de chumbo pode ser periodicamente removido como um produto primário ou um produto de valor.

[019] Em outro aspecto, um método para recuperar chumbo a partir de uma pasta de chumbo de uma bateria de chumbo-ácido é contemplado. A pasta de chumbo compreende tipicamente sulfato de chumbo e dióxido de chumbo. A pasta de chumbo é colocada em contato com um agente redutor para reduzir dióxido de chumbo para óxido de chumbo e, desse modo, formar uma pasta de chumbo pré-tratada. A pasta pré- tratada é colocada em contato com uma base para, desse modo, gerar um sobrenadante que compreende um sal de sulfato solúvel e um precipitado que compreende um sal de chumbo insolúvel. O sobrenadante é separado do precipitado. O precipitado é colocado em contato com ácido alcano sulfônico para gerar uma solução iônica de chumbo. Um potencial elétrico é aplicado a um cátodo em contato com a solução iônica de chumbo para, desse modo, formar continuamente chumbo aderente em uma primeira porção do cátodo e para gerar ácido alcano sulfônico regenerado. O chumbo aderente é removido de uma segunda porção do cátodo enquanto forma continuamente chumbo aderente na primeira porção do cátodo. Dessa forma, diferente de muitos dos processos descritos acima, o dióxido de chumbo é vantajosamente reduzido para óxido de chumbo antes da dessulfurização em uma operação de reciclagem de chumbo contínua.

[020] Diversos objetos, recursos, aspectos e vantagens da matéria da invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir das modalidades preferidas, em conjunto com as figuras anexas em que numerais semelhantes representam componentes semelhantes.

Breve Descrição dos Desenhos

[021] A Figura 1 é um diagrama esquemático exemplificativo de uma modalidade de processamento de bateria de chumbo-ácido de acordo com a matéria da invenção.

[022] A Figura 2 é um diagrama esquemático exemplificativo de uma modalidade de uma célula eletroquímica que compreende um cátodo giratório.

Descrição Detalhada

[023] A discussão a seguir fornece modalidades exemplificativas da matéria da invenção. Embora cada modalidade represente uma única combinação de elementos da invenção, a matéria da invenção é considerada como incluindo todas as combinações possíveis dos elementos revelados. Dessa forma, se uma modalidade compreender elementos A, B e C e uma segunda modalidade compreender elementos B e D, então, a matéria da invenção também é considerada como incluindo outras combinações restantes de A, B, C ou D, mesmo se não explicitamente revelado.

[024] Os inventores constataram agora que chumbo a parir de pasta de chumbo pode ser eletroliticamente recuperado de uma forma conceitualmente simples e eficaz com o uso de um processo de dessulfurização alcalino no qual a pasta de chumbo (a qual inclui PbSO4, PbO e PbO2) é reagida com uma base para converter as espécies de chumbo nos sais de chumbo insolúveis correspondentes que formam um precipitado e para produzir uma solução de sulfato que é, então, separada do precipitado. O precipitado é colocado em contato com ácido alcano sulfônico (por exemplo, ácido metanossulfônico) para gerar uma mistura de uma solução iônica de chumbo e um dióxido de chumbo insolúvel. O dióxido de chumbo insolúvel é reduzido para óxido de chumbo (por exemplo, com o uso de sulfito de sódio ou peróxido de hidrogênio) e reciclado para a solução iônica de chumbo para formar uma solução iônica de chumbo combinada. O chumbo puro é recuperado a partir da solução iônica de chumbo combinada em um cátodo em uma operação contínua pela qual o chumbo aderente é formado em uma primeira porção do cátodo enquanto o chumbo aderente é removido de uma segunda porção do cátodo.

[025] Um indivíduo deve observar que a matéria revelada fornece muitos efeitos técnicos vantajosos que incluem evitar acúmulo de dióxido de chumbo enquanto se forma e recupera chumbo em uma operação contínua. O dióxido de chumbo insolúvel é reduzido para óxido de chumbo e reciclado para a solução iônica de chumbo para diminuir o acúmulo de dióxido de chumbo insolúvel, o que vantajosamente também aumenta o rendimento de chumbo na operação de recuperação de chumbo contínua. Visto de outra perspectiva, a matéria revelada fornece regeneração de uma base usada para o processo de dessulfurização alcalino e a regeneração de ácido alcano sulfônico para tratar um precipitado de uma pasta de chumbo para, desse modo, reduzir, ou eliminar, fontes externas de base e ácido alcano sulfônico em um processo menos custoso e mais eficiente. Adicionalmente, o ácido sulfúrico gerado e o chumbo recuperado do processo da matéria revelada podem ser usados para fabricar novas baterias de chumbo-ácido. Deve ser observado também que os sistemas e os métodos da matéria da invenção does não dependem de técnicas de fundição.

[026] Uma modalidade do conceito da invenção é retratada esquematicamente na Figura 1. Um sistema 100 compreende uma unidade de desmontagem 101 que recebe uma bateria de chumbo-ácido 103 para reciclagem. A unidade de desmontagem 101 pode ser ordenada, por exemplo, dividindose ou cortando-se ao longo das bordas e/ou juntas de um invólucro de bateria de chumbo-ácido. Alternativamente, a desmontagem pode ser executada esmagando-se, moendo-se, fragmentando-se e/ou retalhando-se. Componentes líquidos e sólidos (por exemplo, plástico, chumbo metálico, pasta de chumbo) produzidos na unidade de desmontagem 101 podem ser separados por meio de decantação e/ou separação por densidade. Os componentes plásticos, a solução de ácido sulfúrico e o chumbo metálico (Pb(0)) na forma de grelhas 105 podem ser recuperados diretamente em uma forma que está substancialmente pronta para reutilização e enviada para uma nova unidade de montagem de bateria 107. A pasta de chumbo insolúvel 109 que contém espécies de chumbo de material ativo é coletada para tratamento adicional em uma unidade de tratamento 111. A pasta de chumbo insolúvel 109 compreende tipicamente óxidos de chumbo e sulfato de chumbo (por exemplo, 12 a 16% em mol de PbO, 18 a 25% em mol de PbO2, 54 a 60% em mol de PbSO4, 1 a 3% em mol de Pb).

[027] A pasta de chumbo insolúvel 109 é misturada com uma base 113 para, desse modo, gerar um produto de reação de duas fases 115 que inclui um sobrenadante e um precipitado. As bases adequadas incluem, mas sem limitações, um hidróxido de metal alcalino terroso (Mx(OH)y) para o qual o sulfato de metal correspondente (Ma(SO4)b) é solúvel. Por exemplo, os hidróxidos metálicos de Grupo I LiOH, NaOH e KOH são contemplados como a base 113. Em outro exemplo, a pasta de chumbo insolúvel 109 é misturada com NaOH para, desse modo, gerar um sobrenadante que compreende sulfato de sódio e um precipitado que compreende um sal de chumbo insolúvel (óxidos de chumbo insolúveis e hidróxido de chumbo) que é essencialmente livre de sulfato. Outras bases adequadas que fornecem sais de sulfato solúveis (isto é, solúveis em mais que ou igual a 10, 25, 50, 75, 100, 200, 400, 600 ou 800 ou mais g/l) e sais de chumbo relativamente insolúveis (isto é, insolúveis a 10, 3, 1, 0,3, 0,1, 0,03, 0,01 ou menos g/l) na reação com Pb(SO4), por exemplo, carbonatos (tais como Na2(CO3) e K2(CO3)), também são adequados. Em modalidades típicas, base é adicionada à pasta de chumbo insolúvel 109 em quantidades suficientes como para formar um precipitado que compreende um sal de chumbo insolúvel sem formação de plumbato (isto é, menos que 0,1% em mol das espécies de chumbo entrantes em pasta de chumbo insolúvel 109).

[028] Uma unidade de separação 117 é configurada para separar o produto de reação de duas fases 115 em um sobrenadante 119 que tem um sal de sulfato solúvel e um precipitado 121 que tem um sal de chumbo insolúvel. A separação de sobrenadante 119 do precipitado 121 pode ser realizada por meio de qualquer método adequado. Por exemplo, o sobrenadante 119 pode ser separado do precipitado 121 depositando-se por meio de um depositador, por separação centrífuga (por exemplo, em um hidrociclone) por meio de uma centrífuga e/ou por filtração por meio de uma unidade de filtração. Filtros adequados incluem membranas e malhas de filtração, filtros de leito, filtros de prensa e filtros de correia. Os métodos de separação preferenciais são selecionados para separar eficientemente o precipitado 121 do sobrenadante 119 enquanto facilita a recuperação do precipitado 121 para processamento subsequente. Deve ser, dessa forma, particularmente observado que o sulfato de chumbo é dividido em dois componentes de valor, em que precipitado 121 compreende chumbo substancialmente livre de sulfato e o sobrenadante 119 compreende uma solução de sulfato substancialmente livre de chumbo.

[029] Após a separação do precipitado 121, deve ser adicionalmente reconhecido que o sobrenadante 119 pode ser eletroliticamente processador para gerar ácido sulfúrico, água reciclável e regenerar a base usada no tratamento de pasta de chumbo insolúvel 109 recuperada a partir da bateria reciclada. Isso pode ser realizado com o uso de uma primeira célula eletroquímica 123. Conforme mostrado na Figura 1, a primeira célula eletroquímica 123 é fluidamente acoplada à unidade de separação 117 e configurada para receber sobrenadante 119 e gerar eletroliticamente ácido sulfúrico 125, água reciclável e uma base 127 a partir do sobrenadante 119. Deve ser observado que tal processo reutiliza vantajosamente enxofre do sulfato de chumbo da pasta de chumbo insolúvel 109 como ácido sulfúrico 125, o qual é um componente essencial de LABs, enquanto também gera uma base 127 que pode ser utilizada no processo de recuperação (por exemplo, na unidade de tratamento 111 para gerar o produto de reação de duas fases 115). Por exemplo, quando NaOH é usado como base 113, os átomos de sódio reagem com íons de hidroxila da água no cátodo da primeira célula eletroquímica 123 para formar NaOH regenerado. Essa base 127 regenerada pode ser recuperada e devolvida para a unidade de tratamento 111 para extração da pasta de chumbo insolúvel 109 como parte de um sistema de ciclo fechado. De modo semelhante, ácido sulfúrico pode ser recuperado a partir do ânodo da primeira célula eletroquímica 123 e subsequentemente usado em diversos processos industriais. Em uma modalidade preferencial, o ácido sulfúrico recuperado 125 é utilizado na fabricação de baterias de chumbo-ácido por meio de uma unidade de montagem de bateria nova 107. Adicionalmente, água reciclável é gerada, a qual pode ser reciclada ou reutilizada na célula de fluxo eletroquímico 123 ou em outro processo.

[030] A primeira célula eletroquímica 123 pode compreender uma pluralidade de segmentos de ânodo, uma pluralidade de segmentos de cátodo e um separador ou ser disposta entre a pluralidade de segmentos de ânodo e a pluralidade de segmentos de cátodo. Separadores adequados para a primeira célula eletroquímica 123 compreendem uma membrana de troca catiônica, uma membrana de troca aniônica ou uma membrana de eletrodiálise. Contempla-se que um controlador pode ser eletronicamente acoplado à primeira célula eletroquímica 123 para controlar corrente na pluralidade de segmentos de ânodo e na pluralidade de segmentos de cátodo como uma função de uma concentração do sal de sulfato solúvel. Dessa forma, o processamento de passagem única através da primeira célula eletroquímica 123 tem alta eficiência para converter, substancial ou completamente, o sal de sulfato solúvel em sobrenadante 119 para ácido sulfúrico 125 e base regenerada 127. Uma célula eletroquímica contemplada exemplificativa que tem um eletrodo segmentado é descrita na Patente no U.S. 8.580.414. Entretanto, deve ser observado que tal célula foi usada como uma bateria de fluxo redox ou um reator redox para consumo completo de tensoativos em uma reação redox. Visto de outra perspectiva, a primeira célula eletroquímica 123 é usada para dividir água e para gerar base 113 e ácido sulfúrico 125 a partir da solução de sulfato solúvel.

[031] Conforme mostrado na Figura 1, após a separação na unidade de separação 117, o precipitado 121 pode ser processado para fornecer chumbo metálico. Para realizar isso, o precipitado 121 produzido pela unidade de tratamento 111 é dissolvido em um solvente que tem capacidade para solvatar hidróxido de chumbo e óxido (ou óxidos) de chumbo e que é estável a condições usadas para eletrodeposição. Por exemplo, o precipitado 121 pode ser colocado em contato com ácido alcano sulfônico 122 (por exemplo, ácido metanossulfônico) em uma unidade de solvatação 129 para gerar uma mistura que compreende uma solução iônica de chumbo e dióxido de chumbo insolúvel. Outros solventes adequados incluem percloratos, amidossulfonatos, hexafluorossilicatos, tetrafluoroboratos e/ou pirofosfatos.

[032] Contempla-se que o solvente pode ser fornecido como uma solução em água. Em tais condições, a espécie de solvatação de chumbo pode estar na faixa de concentração de 1% em peso a 50% em peso e ainda maior. Em uma modalidade adicionalmente preferencial do conceito da invenção, deve ser observado que o solvente não exige materiais adicionais para aprimorar a solubilidade de chumbo, tais como agentes quelantes (por exemplo, ácido etilenodiaminotetra-acético ou EDTA), os quais têm alto custo, podem se decompor durante eletrodeposição e podem levar a uma concentração crescente de produtos de decomposição no solvente em regeneração e reutilização repetidas.

[033] Em relação ao ácido alcano sulfônico 122, deve ser observado que diversos ácidos alcano sulfônicos são considerados adequados para uso no presente documento. Entretanto, o ácido metanossulfônico é especialmente preferencial, uma vez que esse composto é ecológico e estável em condições eletrolíticas usadas. Outros ácidos sulfônicos de alcano adequados incluem sulfonato de etila, sulfonato de propileno, sulfonato de triflurometila (ácido tríflico), ácido sulfâmico, etc. Na maioria dos casos, o ácido metanossulfônico ou outro ácido alcano sulfônico estará presente em uma concentração significativa em um solvente eletroquimicamente estável, tipicamente pelo menos de 1 a 5% em peso, mais tipicamente, 5 a 15% em peso, ainda mais tipicamente 25 a 50% em peso, e mais tipicamente entre 10 e 35% em peso do solvente eletroprocessador. Dessa forma, as concentrações adequadas estarão tipicamente entre 5 e 50% em peso ou entre 20 e 30% em peso do solvente eletroquimicamente estável. O pH do solvente eletroquimicamente estável é mais preferencialmente ácido, conforme observado acima, e mais tipicamente entre pH 5 a 7, ou entre pH 1 a 3, ou entre pH 3 a 5. Visto de uma perspectiva diferente, o pH do solvente eletroquimicamente estável será menor que 7, ou igual ou menor do que 5, ou igual ou menor do que 3.

[034] O dióxido de chumbo insolúvel 124 pode ser prontamente isolado da mistura que compreende uma solução iônica de chumbo e um dióxido de chumbo insolúvel por meio de filtração, sedimentação, centrifugação, etc. e pode ser adicionalmente processado em uma segunda unidade de tratamento 126 na qual o dióxido de chumbo insolúvel 124 é colocado em contato com um agente redutor 128 para converter dióxido de chumbo insolúvel 124 em óxido de chumbo. Mais preferencialmente, o agente redutor 128 pode ser diversos ácidos orgânicos (por exemplo, oxalato, ácidos dicarboxílicos (ácido oxálico)), peróxido de hidrogênio, chumbo metálico, sulfito (por exemplo, sulfito de sódio), sulfato de hidrazina, dióxido de enxofre gasoso (alimentado a uma solução aquosa) e ditionato de sódio. Por exemplo, quando o agente redutor é sulfito de sódio, a reação de redução renderá óxido de chumbo e sulfato de sódio. O sulfato de sódio assim gerado pode ser combinado com o sulfato de sódio obtido a partir da reação de dessulfurização para reciclagem no processo, enquanto o óxido de chumbo pode ser combinado com pasta de chumbo insolúvel 109 ou uma base aquosa para formar mais hidróxido de chumbo no processo.

[035] Deve ser observado que o dióxido de chumbo presente na pasta de chumbo insolúvel 109 também pode ser reduzido antes da dessulfurização na unidade de tratamento 111 para formar uma pasta de chumbo pré-tratada que tem uma concentração significativamente reduzida de dióxido de chumbo (por exemplo, dióxido de chumbo residual igual ou menor que 5% em mol, ou igual ou menor que 2% em mol, ou igual ou menor que 0,5% em mol, ou igual ou menor que 0,1% em mol de todas as espécies de chumbo na pasta de chumbo insolúvel pré-tratada 109). O pré-tratamento é tipicamente feito com o uso de um agente redutor que é adequado para formar óxido de chumbo a partir de dióxido de chumbo e agentes de redução especialmente adequados incluem peróxido de hidrogênio, dióxido de enxofre gasoso (alimentado a uma solução aquosa), diversos ácidos orgânicos (por exemplo, oxalato, ácidos dicarboxílicos (ácido oxálico)), sulfato de hidrazina, chumbo metálico, sulfito (por exemplo, sulfito de sódio) e ditionato de sódio. Por exemplo, peróxido de hidrogênio reduzirá dióxido de chumbo e renderá óxido de chumbo e água e, quando o agente redutor é sulfito de sódio, a reação de redução renderá óxido de chumbo e sulfato de sódio. Alternativamente, o dióxido de chumbo também pode ser reduzido na solução iônica de chumbo com o uso de peróxido ou outro agente redutor na unidade de solvatação 129.

[036] Quando se pré-trata a pasta de chumbo insolúvel 109 para reduzir dióxido de chumbo para óxido de chumbo, deve ser observado que as etapas do processo de dessulfurização na unidade de tratamento 111 e de separação do sobrenadante 119 e precipitado 121 permanecem as mesmas, conforme descrito no presente documento. Uma unidade de solvatação é alimentada com precipitado no pré-tratamento da modalidade de dióxido de chumbo, a qual recebe um ácido alcano sulfônico para, desse modo, gerar uma solução iônica de chumbo. Uma célula eletroquímica é alimentada com solução iônica de chumbo para recuperar chumbo. Vantajosamente, não existe necessidade de separar dióxido de chumbo insolúvel após tratamento com um ácido alcano sulfônico para reduzir o dióxido de chumbo para óxido de chumbo devido ao fato de que o dióxido de chumbo é reduzido antes da dessulfurização. Dessa forma, o pré-tratamento de pasta de chumbo insolúvel 109 para reduzir dióxido de chumbo para óxido de chumbo pode simplificar o processo.

[037] Adicionalmente, contempla-se que um processo de reciclagem pode ter tanto o pré-tratamento de pasta de chumbo insolúvel 109 quanto a segunda unidade de tratamento 126 para reduzir dióxido de chumbo para óxido de chumbo em um processo de dois estágios. Por exemplo, o pré- tratamento de pasta de chumbo insolúvel 109 pode ser usado como um primeiro estágio de redução para reduzir dióxido de chumbo para óxido de chumbo e a segunda unidade de tratamento 126 pode ser usada como um segundo estágio de redução para reduzir qualquer dióxido de chumbo restante.

[038] O óxido de chumbo é tipicamente combinado com a solução iônica de chumbo para formar uma solução iônica de chumbo combinada. Por exemplo, uma segunda célula eletroquímica 135 é alimentada com óxido de chumbo 130 para se combinar com uma solução iônica de chumbo 133 da unidade de solvatação 129 para formar uma solução iônica de chumbo combinada na segunda célula eletroquímica 135. Alternativamente, a unidade de solvatação 129 pode ser diretamente alimentada com óxido de chumbo 132 para se combinar com a solução iônica de chumbo e formar uma solução iônica de chumbo combinada, em que a segunda célula eletroquímica 135 é alimentada com a mesma. Adicional ou alternativamente, uma segunda unidade de solvatação 136 pode ser alimentada com óxido de chumbo 134, a qual recebe um segundo ácido alcano sulfônico 138 para, desse modo, gerar uma segunda solução iônica de chumbo 140. A segunda solução iônica de chumbo 140 pode ser combinada com solução iônica de chumbo 133 na segunda célula eletroquímica 135 para formar uma solução iônica de chumbo combinada. Deve ser observado que material não dissolvido é tipicamente removido da solução iônica de chumbo 133 e/ou da segunda solução iônica de chumbo 140. O material não dissolvido que é removido compreende pelo menos um dentre chumbo metálico e plástico.

[039] A segunda célula eletroquímica 135 compreende um cátodo que está em contato com a solução iônica de chumbo combinada, conforme mostrado abaixo. Um potencial elétrico pode ser aplicado ao cátodo para, desse modo, formar continuamente chumbo aderente 139 em uma primeira porção do cátodo e para gerar ácido alcano sulfônico regenerado 137. O ácido alcano sulfônico 137 regenerado pode ser reciclado para unidade de solvatação 129 para tratar precipitado adicional 121. Em algumas modalidades, o ácido alcano sulfônico 122 pode ser substancialmente reduzido, ou eliminado, devido à reciclagem de ácido alcano sulfônico regenerado 137 em quantidades suficientes para entrar em contato com o precipitado 121. Adicional ou alternativamente, a segunda unidade de solvatação 136 também pode ser alimentada com ácido alcano sulfônico regenerado 137 e, em algumas modalidades, pode substituir o segundo ácido alcano sulfônico 138.

[040] Os íons de chumbo solvatados (Pb2+) são preferencialmente recuperados com o uso de um processo de eletrodeposição, por exemplo, galvanoplastia ou extração eletrolítica. Em tais processos, o chumbo aderente 139 se coleta em um ou mais cátodos que estão em contato com a solução iônica de chumbo combinada. Qualquer dispositivo de eletrodeposição adequado pode ser usado. Em algumas modalidades, o cátodo ou cátodos pode ser configurado para se mover em relação à solução iônica de chumbo combinada, permitindo, vantajosamente, o acesso e a recuperação de chumbo metálico durante o processo de eletrodeposição. Dessa forma, o chumbo aderente 139 pode ser removido de uma segunda porção do cátodo enquanto forma continuamente chumbo aderente na primeira porção do cátodo para fornecer vantajosamente uma operação contínua. Por exemplo, um cátodo de coleta pode ser configurado como uma correia ou um fio condutor móvel que passa através da solução que contém íon de chumbo combinado e, então, através de um dispositivo que coleta chumbo metálico da superfície de cátodo. Em uma modalidade preferencial, um cátodo é configurado como um disco giratório orientado perpendicular à superfície da solução iônica de chumbo combinada e parcialmente submerso na mesma. O acesso é fornecido a chumbo depositado por meio da rotação do disco giratório. Tais eletrodos do disco giratório podem girar a 0,1, 0,3, 1, 3 ou 10 ou mais rpm.

[041] A corrente aplicada ao cátodo é, dentre outros parâmetros, uma função da área superficial do cátodo e da concentração de íons de chumbo e pode estar na faixa de 100 A/m2 a 2.000 A/m2. Em algumas modalidades (por exemplo, processos contínuos), a corrente aplicada ao cátodo é mantida constante. Em outras modalidades do conceito da invenção, a corrente aplicada ao cátodo é variada conforme a eletrodeposição progride. A fim de facilitar a coleta de metal de chumbo depositado, em algumas modalidades o cátodo de coleta tem uma superfície à qual o chumbo depositado metálico não se adere fortemente. Tal adesão permite a coleta de chumbo metálico por meio de um mecanismo de higienização direto, tal como uma lâmina ou um raspador que é posicionado na segunda porção do cátodo, ou próximo à mesma, para coletar chumbo, ou uma abertura com uma borda que é posicionada de modo semelhante. A coleta do metal de chumbo depositado pode ser contínua (isto é, por toda a eletrodeposição) ou intermitente. Uma superfície de adesão reduzida pode ser fornecida por meio de aplicação de uma camada de redução de adesão à superfície de um cátodo de coleta ou pode ser fornecida pelo próprio material do cátodo. Em uma modalidade preferencial, o cátodo é produzido a partir de alumínio ou tem uma superfície de alumínio, em que a camada de óxido de alumínio que se forma mediante a exposição a ar fornece uma superfície com adesão reduzida.

[042] Deve ser observado que o cátodo do conceito da invenção pode ser construído a partir de um único material (por exemplo, alumínio) ou pode ser construído como um compósito. Por exemplo, o cátodo pode ser construído a partir de um material nuclear condutor (por exemplo, aço, cobre, grafite e/ou polímero condutor) e um material externo condutor, mas não adesivo (por exemplo, alumínio e o revestimento atendente de óxido de alumínio). Alternativamente, o cátodo pode ter um núcleo não condutor (por exemplo, polímero/plástico, material celulósico e/ou material de fibra de vidro/resina) que é coberto ou revestido de outro modo com uma camada externa não adesiva e condutora (por exemplo, alumínio e o revestimento atendente de óxido de alumínio). Dessa forma, contempla-se que o cátodo compreende alumínio, uma liga de alumínio ou um pó de alumínio embutidos em um plástico.

[043] De modo surpreendente, os inventores constataram que, quando o alumínio é usado como o cátodo, o chumbo não é depositado como uma camada coerente e aderente na superfície de cátodo. Em vez disso, constata-se que o chumbo se deposita sobre o cátodo como uma massa escura solta, levemente aderente e amorfa. Mediante exame, constatou-se que o chumbo coletado tem densidade menor do que o chumbo metálico tradicional (11,34 g/cm3). Constatou- se que a densidade do material coletado está na faixa de 5 g/cm3 a menos que 1 g/cm3, em que o material de densidade menor é prontamente coletável por meio de flutuação. Quando a pressão foi aplicada à massa amorfa, constatou-se que a mesma se comprime facilmente e ganha um brilho metálico. Sem desejar ser ligado por teoria, os inventores acreditam que, nos processos do conceito da invenção, o chumbo metálico se deposita sobre um cátodo de alumínio de uma forma dendrítica em vez de uma camada de superfície adesiva contínua e, ao fazer isso, aprisiona gás hidrogênio que é gerado durante o processo de deposição. Isso resulta na formação de uma massa amorfa porosa de chumbo metálico que é prontamente coletada do cátodo. Deve ser observado também que a incorporação de hidrogênio na massa serve para impedir (para a maior parte do chumbo assim coletado) a formação de óxidos de chumbo indesejados através do interior da massa amorfa. De modo mais notável, de forma que o chumbo recuperado metálico tenha uma pureza substancial, tipicamente pelo menos 99,9%, mais tipicamente pelo menos 99,99% e ainda mais tipicamente pelo menos 99,999%.

[044] Uma célula eletroquímica contemplada 235 para recuperar chumbo é mostrada na Figura 2. A célula eletroquímica 235 contém uma solução iônica de chumbo combinada 233. Um ânodo 267 e um cátodo em formato de disco giratório 269 são pelo menos parcialmente dispostos na célula eletroquímica 235 para entrar em contato com a solução iônica de chumbo combinada 233 e para promover a formação de chumbo 239 em uma primeira porção 262 do cátodo 269 que é obtida pelo raspador 271 (tipicamente um higienizador plástico ou de outro modo superfície posicionada proximamente) em uma segunda porção 264 do cátodo 269. Tipicamente, a primeira porção 262 do cátodo 269 é a porção do cátodo 269 que está em contato com a solução iônica de chumbo combinada 233 para formar chumbo metálico enquanto a segunda porção 264 do cátodo 269 está próxima de um mecanismo de higienização (por exemplo, raspador 271) que, preferencialmente, não está em contato com a solução iônica de chumbo combinada 233. Entretanto, contempla-se que tanto a primeira porção 262 quanto a segunda porção 264 do cátodo 269 estão, ambas, em contato com a solução iônica de chumbo combinada 233, de forma que um mecanismo de higienização também esteja em contato com a solução iônica de chumbo combinada 233 para coletar chumbo. Em algumas modalidades, o ânodo 267 é produzido a partir de titânio e é revestido com óxido de rutênio e o cátodo 269 é alumínio.

[045] Evidentemente, deve ser observado que a matéria da invenção não é limitada ao uso de um eletrodo em formato de disco, mas que, na verdade, todos os eletrodos são considerados adequados, os quais permitam remoção ativa (por exemplo, com o uso de uma lâmina ou superfície de higienização) ou passiva (por exemplo, por meio de bolhas, jateamento de solvente ou flutuação) de chumbo de alta pureza a partir do cátodo 269. Portanto, eletrodos adequados podem ser configurados como placas simples que podem ser estáticas em relação ao solvente ou movidas de uma maneira recíproca, ou eletrodos que podem ser continuamente movidos e que são configurados para permitir a redução dos íons de chumbo em uma porção e levam à remoção em outra porção. Por exemplo, configurações de eletrodo adequadas incluem discos condutores, cilindros, esferas, correias, etc. De modo semelhante, deve ser reconhecido que o número de cátodos pode variar consideravelmente, e que a maior parte dos cátodos tipicamente múltiplos são operados em paralelo (ou em série, especialmente quando os cátodos são estáticos em relação ao solvente.

[046] Uma unidade de condicionamento de solvente 273 para a remoção de sulfato pode ser acoplada à célula eletroquímica 235 para receber solvente gasto e retornar solvente condicionado em modalidades em que a remoção de sulfato acumulado, assim como outras impurezas (por exemplo, Sn2+, Ca2+, particulados, etc.) do solvente de eletroprocessamento é necessária. O processamento de solvente pode ser realizado de diversas maneiras e pode ser contínuo ou em batelada. Mais tipicamente, o processamento do solvente inclui uma etapa de filtrar para remover pelo menos parte dos particulados, uma etapa de remover sulfato (por exemplo, por meio de precipitação de lima, osmose reversa, troca iônica, eletro-osmose, particionamento de sal, cromatografia líquida, líquido/extração de líquido etc.,) e/ou uma etapa de remover íons não metálicos (por exemplo, troca iônica). Quando o processo é operado de uma forma em batelada, a coleta de múltiplas correntes de solvente é especialmente preferencial e um tanque de explosão ou retenção pode, portanto, ser adicionado ao sistema. Por um lado, quando o sistema é continuamente operado, múltiplas correntes podem ser combinadas e, então, processadas para reduzir a redundância e espaço de plotagem.

[047] Conforme descrito acima, foi inesperadamente observado que os íons de chumbo reduzidos não formam uma película firmemente ligada no cátodo 269, mas podem ser prontamente removidos do cátodo 269 simplesmente higienizando-se o cátodo 269 com um material ao qual o chumbo pode se aderir (por exemplo, plástico, película de chumbo, etc.). Desse modo, a recuperação de chumbo pode ser realizada de um modo contínuo. Particularmente, quando um eletrodo giratório ou alternado foi empregado, íons de chumbo puderam ser reduzidos uma parte de um eletrodo ou montagem de eletrodo, enquanto o chumbo metálico pode ser removido de outra parte do eletrodo ou montagem de eletrodo.

[048] Contempla-se que o cátodo 269 se move em relação à solução iônica de chumbo combinada enquanto o potencial elétrico é aplicado. Por exemplo, o cátodo 269 exibe movimento giratório enquanto o potencial elétrico é aplicado, de forma que o chumbo depositado no cátodo seja removido da solução iônica de chumbo.

[049] Visto de outra perspectiva, um método para reciclar chumbo a partir de uma pasta de chumbo dessulfurizada de uma bateria de chumbo-ácido em um processo contínuo é contemplado. A pasta de chumbo dessulfurizada é colocada em contato com um ácido alcano sulfônico para gerar uma mistura que compreende uma solução iônica de chumbo e um dióxido de chumbo insolúvel. O dióxido de chumbo insolúvel é separado da solução iônica de chumbo e converte o dióxido de chumbo insolúvel em óxido de chumbo e é combinado com a solução iônica de chumbo para formar uma solução iônica de chumbo combinada. Um potencial elétrico é aplicado a um cátodo em contato com a solução iônica de chumbo combinada para, desse modo, formar continuamente chumbo aderente em uma primeira porção do cátodo e para gerar ácido alcano sulfônico regenerado. O chumbo é removido de uma segunda porção do cátodo enquanto forma continuamente chumbo na primeira porção do cátodo. Deve ser observado que o dióxido de chumbo insolúvel é convertido em óxido de chumbo em uma quantidade suficiente para evitar substancialmente o acúmulo do dióxido de chumbo insolúvel no processo contínuo. Dessa forma, a matéria da invenção descrita acima também é aplicável à pasta de chumbo que foi anteriormente dessulfurizada.

[050] Deve ser observado que os processos descritos podem ser realizados de uma forma em batelada, em que um bolo único de pasta de chumbo é processado para produzir uma batelada distinta de sal de sulfato solúvel e uma batelada distinta de precipitado que contém chumbo. Com o uso de métodos de separação adequados, entretanto, os processos do conceito da invenção podem ser realizados de uma forma contínua, em que uma corrente de pasta de chumbo é processada para produzir correntes de ácido sulfúrico e precipitado. Em algumas modalidades, os processos do conceito da invenção podem ser realizados de forma semicontínua, por exemplo, fornecendo-se bolos distintos de pasta de chumbo em sucessão. Além disso, deve ser observado que os dispositivos, os sistemas e os métodos fornecidos no presente documento possibilitam a recuperação de chumbo simplificada a partir da pasta de chumbo em um processo que possibilita simultaneamente a remoção de sulfato.

[051] Deve ser observado também que os métodos e os reagentes do conceito da invenção, embora descritos acima em termos de reciclagem de baterias de chumbo-ácido, também podem ser aplicados à recuperação de sulfato a partir de outras fontes. Fontes alternativas adequadas incluem sais que contêm sulfato com hidróxidos insolúveis correspondentes ou, alternativamente, hidróxidos instáveis que formam óxidos insolúveis. Exemplos de materiais que contêm sulfato a partir dos quais sulfato pode ser extraído incluem materiais que incluem sais de sulfato dos elementos do Grupo II, metais de transição e alumínio. Ainda adicionalmente, embora a recuperação eletroquímica de chumbo metálico a partir de soluções de íon de chumbo seja particularmente preferencial, uma limpeza adicional das soluções de íon de chumbo (por exemplo, por meio de materiais de troca iônica) para produzir sais de chumbo altamente puros também é contemplada.

[052] Conforme usado na descrição no presente documento e por todas as reivindicações que seguem, o significado de “um”, “uma” e “o (a)” inclui referência plural, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Além disso, conforme usado na descrição no presente documento, o significado de “em” inclui “em” e “sobre”, a menos que o contexto indique claramente o contrário.

[053] Além disso, conforme usado no presente documento, e a menos que o contexto indique o contrário, o termo “acoplado a” se destina a incluir tanto o acoplamento direto (em que dois elementos que são acoplados um ao outro entram em contato) e acoplamento indireto (em que pelo menos um elemento adicional é localizado entre os dois elementos). Desse modo, os termos "acoplado a" e "acoplado com"são usados como sinônimos. Além disso, e a menos que o contexto indique ao contrário, todas as faixas apresentadas no presente documento devem ser interpretadas como sendo inclusivas de seus pontos finais e faixas de significado aberto devem ser interpretadas como incluindo apenas valores comercialmente práticos. De modo semelhante, todas as listas de valores devem ser consideradas como inclusivas de valores intermediários, a menos que o contexto indique o contrário.

[054] Deve ser evidente, entretanto, para aqueles versados na técnica que muitas modificações a mais além daquelas já descritas são possíveis sem se afastar dos conceitos da invenção no presente documento. A matéria da invenção, portanto, não deve ser restrita, exceto no espírito da revelação. Além disso, na interpretação da revelação, todos os termos devem ser interpretados da forma mais ampla possível consistente com o contexto. Em particular, os termos “compreende” e “que compreende” devem ser interpretados como se referindo aos elementos, aos componentes ou às etapas de uma forma não exclusiva, o que indica que os elementos, os componentes ou as etapas mencionados podem estar presentes, ou utilizados ou combinados com outros elementos, componentes ou etapas que não são expressamente mencionados.

Claims (20)

1. Método para recuperar chumbo a partir de uma pasta de chumbo de uma bateria de chumbo-ácido, em que a pasta de chumbo compreende sulfato de chumbo, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: colocar a pasta de chumbo em contato com uma base para gerar, desse modo, um sobrenadante que compreende um sal de sulfato solúvel e um precipitado que compreende um sal de chumbo insolúvel; separar o sobrenadante do precipitado; colocar o precipitado em contato com ácido alcanossulfônico para gerar uma mistura que compreende uma solução de íons de chumbo e dióxido de chumbo insolúvel; colocar o dióxido de chumbo insolúvel em contato com um agente redutor para reduzir, desse modo, dióxido de chumbo para óxido de chumbo; combinar o óxido de chumbo com a solução de íons de chumbo para formar uma solução de íons de chumbo combinada; aplicar um potencial elétrico a um catodo em contato com a solução de íons de chumbo combinada para formar continuamente, desse modo, chumbo aderente em uma primeira porção do catodo e para gerar ácido alcanossulfônico regenerado, em que o cátodo se move em relação à solução combinada de íons de chumbo enquanto o potencial elétrico é aplicado; e remover chumbo aderente de uma segunda porção do catodo enquanto se forma continuamente chumbo aderente na primeira porção do catodo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base é adicionada em uma quantidade suficiente para produzir o sobrenadante que compreende o sal de sulfato solúvel e o precipitado que compreende o sal de chumbo insolúvel sem produção substancial de plumbato.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base compreende pelo menos um dentre um hidróxido e um carbonato de metal alcali ou alcalino terroso, e o sal de chumbo insolúvel compreende pelo menos um dentre um óxido de chumbo, um hidróxido de chumbo e um carbonato de chumbo.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal de sulfato solúvel compreende sulfato de sódio, a base compreende hidróxido de sódio e o sal de chumbo insolúvel compreende hidróxido de chumbo.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a separação do sobrenadante do precipitado é realizada por pelo menos um dentre deposição, centrifugação e filtração.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o precipitado é substancialmente livre de sulfato.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ácido alcanossulfônico compreende ácido metanossulfônico.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente redutor compreende peróxido de hidrogênio, ácido dicarboxílico, chumbo metálico, sulfito, sulfato de hidrazina ou ditionato de sódio.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catodo se move relativamente a solução de íons de chumbo enquanto o potencial elétrico é aplicado, de forma que o chumbo depositado no catodo seja removido da solução de íons de chumbo combinada.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que remover o chumbo aderente compreende adicionalmente posicionar um removedor próximo ou na segunda porção do catodo para remover chumbo.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catodo compreende alumínio, uma liga de alumínio ou um pó de alumínio embutido em um plástico.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente eletrolisar o sobrenadante que compreende o sal de sulfato solúvel para produzir uma base regenerada e um ácido sulfúrico.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da base na etapa de contato com a pasta de chumbo compreende a base regenerada.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a combinação do óxido de chumbo compreende adicionalmente alimentar a solução de íons de chumbo com óxido de chumbo para formar, desse modo, a solução de íons de chumbo combinada.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a combinação do óxido de chumbo compreende adicionalmente colocar o óxido de chumbo em contato com uma segunda porção do ácido alcanossulfônico para, desse modo, gerar uma segunda solução de íons de chumbo e combinar a solução de íons de chumbo e a segunda solução de íons de chumbo para formar a solução de íons de chumbo combinada.

16. Método para reciclar chumbo a partir de uma pasta de chumbo de uma bateria de chumbo-ácido caracterizado pelo fato de que compreende: colocar a pasta de chumbo em contato com uma base para, desse modo, gerar um sobrenadante que compreende um sal de sulfato solúvel e um precipitado que compreende um sal de chumbo insolúvel; separar o sobrenadante do precipitado; regenerar pelo menos parte da base a partir do sobrenadante com o uso de uma primeira célula eletroquímica; colocar o precipitado em contato com um ácido alcanossulfônico regenerado para gerar uma mistura que compreende uma solução de íons de chumbo e um dióxido de chumbo insolúvel; colocar o dióxido de chumbo insolúvel em contato com um agente redutor para converter, desse modo, dióxido de chumbo em óxido de chumbo; combinar o óxido de chumbo com a solução de íons de chumbo para formar uma solução de íons de chumbo combinada; submeter a solução de íons de chumbo combinada a um potencial elétrico em uma segunda célula eletroquímica para, desse modo, formar continuamente chumbo em uma primeira porção de um catodo em movimento e para gerar o ácido alcanossulfônico regenerado; e coletar chumbo a partir de uma segunda porção do catodo enquanto se forma continuamente chumbo na primeira porção do catodo para fabricar uma nova bateria de chumbo- ácido.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a base é adicionada em uma quantidade suficiente para produzir o sobrenadante que compreende o sal de sulfato solúvel e o precipitado que compreende o sal de chumbo insolúvel sem produção substancial de plumbato.

18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o agente redutor compreende peróxido de hidrogênio, ácido dicarboxílico, chumbo metálico, sulfito, sulfato de hidrazina ou ditionato de sódio.

19. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente eletrolisar o sobrenadante que compreende o sal de sulfato solúvel para produzir uma base regenerada e um ácido sulfúrico.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da base na etapa de contato com a pasta de chumbo compreende a base regenerada.

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