Thesis granulometric analysis and comminution for a cobalt recovery process from mobile phones batteries

Análisis composicional y determinación
de las etapas de conminución para un
proceso de recuperación de cobalto a
partir de baterías recicladas de Ion-Litio
provenientes de celulares
Juan Pablo Sánchez Echeverri
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de minas, Departamento de Minerales y Materiales
Medellín, Colombia
2015

Análisis composicional y determinación
de las etapas de conminución para un
proceso de recuperación de cobalto a
partir de baterías recicladas de Ion-Litio
provenientes de celulares
Juan Pablo Sánchez Echeverri
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero de Minas y Metalurgia
Directora:
Ingeniera Química, M.Sc. y D.Sc. en Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Luz Marina Ocampo Carmona
Línea de Investigación:
Reciclaje de materiales
Grupo de Investigación:
Ciencia y Tecnología de Materiales
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Minas, Departamento de Minerales y Materiales
Medellín, Colombia
2015

Dedicatoria
A mis padres Óscar y Guicela y mi hermana
Paula, cuyo desinterés por las trivialidades del
común y su avanzado entendimiento del sentido de
la vida, incentivan mi enfoque en toda su
particularidad.

Agradecimientos
Agradecimientos especiales a la Ingeniera Química, M.Sc. y D.Sc. en Ingeniería Metalúrgica y de
Materiales: Luz Marina Ocampo Carmona, directora de éste proyecto, por su asesoría, consejos y
guía académica durante toda la extensión del mismo, indispensables para el desarrollo y
culminación de este trabajo.
Agradecimientos especiales al Ingeniero Químico: Juan Fernando Betancur Pulgarín, con quien
desarrollé de la mano todas las etapas experimentales expuestas en el presente trabajo y cuya
orientación y habilidades determinaron el correcto desarrollo del proyecto.
Agradecimientos al grupo de investigación: Ciencia y Tecnología de Materiales del Departamento
de Minerales y Materiales de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín, por su
contribución en cuanto al préstamo de las instalaciones y material de laboratorio para el desarrollo
de las etapas de caracterización inicial.
Agradecimientos especiales al Laboratorio de Mineralurgia del Departamento de Ingeniería
Metalúrgica y de Materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Antioquia, por su
contribución en cuanto a asesoría y préstamo de las instalaciones, material y equipos de laboratorio
para el desarrollo de la mayoría de las etapas del proyecto.

Resumen y Abstract IX
Resumen
Este proyecto comprende la captación inicial de pilas desechadas de Ión-Litio, las cuales son
dispuestas en un proceso preliminar de descarga por inmersión en solución de NaCl 5% p/p, para
una extracción posterior del cátodo y su respectivo análisis composicional, arrojando valores de
(Co) promedio del 5,3%. Una vez lograda la caracterización inicial se procede con la conminución
de un lote de pilas, siguiendo los lineamientos básicos de un proceso de disminución de tamaño
que comprende las etapas de trituración primaria y secundaria y molienda primaria, además de los
respectivos análisis granulométricos posteriores a cada etapa mediante tamizado y vibración en
equipo Rot-Up, que permiten definir el grado de conminución y la separación del material de
interés. Por último, se realiza un análisis composicional de la clasificación granulométrica final
que permite determinar la [Co] y su variación según tamaño, entre el 8-10%, logrando una
recuperación promedio del proceso de 67,2%.
Palabras clave: Baterías Ion-Litio, conminución, trituración, molienda, tamizado, análisis
granulométrico, análisis composicional.

Abstract
This project includes the initial uptake of discarded Lithium-Ion batteries, which are arranged in a
preliminary discharge process by immersion in NaCl 5% w/w solution, for subsequent extraction
of cathode and its respective compositional analysis in order to achieve the (Co) quantification
(5,3% average). After reaching the initial characterization, the comminution of a batteries batch is
performed, following the basic guidelines of a decreasing size process, which comprises the steps
of primary and secondary crushing and primary milling, and the respective size analyzes by means
of sieving and vibration in a Rot-Up device, to define the comminution and separation degree of
the material of interest. Finally, a compositional analysis is made for the last granulometric
classification that allows to determine the [Co] and its variation by size (8-10%), achieving an
average process recovery of 67,2%.
Keywords: Lithium-Ion batteries, comminution, crushing, milling, sieving, granulometric
analysis, compositional analysis.

Contenido XI
Contenido
PÁGINA.
RESUMEN .................................................................................................................................................... IX
LISTA DE FIGURAS................................................................................................................................ XIII
LISTA DE TABLAS....................................................................................................................................XV
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS.......................................................................................XVII
INTRODUCCIÓN ...........................................................................................................................................1
1. ESTADO DEL ARTE.............................................................................................................................5
1.1 BATERÍAS ION-LITIO.........................................................................................................................6
1.2 COBALTO ..........................................................................................................................................8
1.2.1 Usos ...........................................................................................................................................10
1.2.2 LiCoO2 .......................................................................................................................................10
1.2.3 Riesgos.......................................................................................................................................11
1.2.4 Análisis económico general .......................................................................................................12
1.3 NORMATIVIDAD ..............................................................................................................................14
1.3.1 Ley 1672 de 2013.......................................................................................................................14
1.3.2 Resolución 1297 de 2010...........................................................................................................15
1.3.3 Guía ambiental de reciclaje electrónico....................................................................................15
1.3.4 Marco jurídico adicional ...........................................................................................................17
1.4 RECICLAJE ......................................................................................................................................19
1.4.1 Ámbito nacional e infraestructura del reciclaje ........................................................................19
1.4.2 Proceso TOXCO ........................................................................................................................20
1.4.3 Proceso UMICORE ...................................................................................................................22
1.4.4 Proceso AEA..............................................................................................................................23
1.4.5 Otros autores .............................................................................................................................24
1.4.6 Consideraciones finales del reciclaje ........................................................................................26
2. CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO INICIAL ....................................................................29
2.1 CAPTACIÓN.....................................................................................................................................29
2.2 DESCARGA......................................................................................................................................31
2.3 ANÁLISIS COMPOSICIONAL INICIAL .................................................................................................32
3. CONMINUCIÓN Y CLASIFICACIÓN .............................................................................................43
3.1 TRITURACIÓN PRIMARIA Y CLASIFICACIÓN ....................................................................................49
3.2 TRITURACIÓN SECUNDARIA Y CLASIFICACIÓN ...............................................................................66
3.3 MOLIENDA Y CLASIFICACIÓN..........................................................................................................75

4. CARACTERIZACIÓN FINAL...........................................................................................................99
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................................................105
5.1 CONCLUSIONES.............................................................................................................................105
5.2 RECOMENDACIONES .....................................................................................................................111
A. ANEXO: FICHA TÉCNICA COBALTO.........................................................................................113
B. ANEXO: DIAGRAMA DE BLOQUES FINAL DEL PROCESO..................................................117
BIBLIOGRAFÍA .........................................................................................................................................119

Contenido XIII
Lista de figuras
PÁGINA.
Figura 1-1: Elementos de una celda electroquímica. ....................................................................5
Figura 1-2: Esquema de una batería Ión-Litio. .............................................................................7
Figura 1-3: Estructura Del LiCoO2. ........................................................................................11
Figura 1-4: Rangos de precio del cobalto vs tiempo, Febrero - Julio 2015. ...............................12
Figura 1-5: Rangos de precio del cobalto vs tiempo, 2005-2014................................................13
Figura 1-6: Diagrama del proceso de reciclaje TOXCO.............................................................21
Figura 1-7: Diagrama del proceso de reciclaje UMICORE. .......................................................23
Figura 1-8: Esquema de reciclaje de baterías Ión-Litio. .............................................................28
Figura 2-1: Descarga en solución NaCl 5%................................................................................31
Figura 2-2: Lixiviado. .................................................................................................................32
Figura 2-3: Análisis DRX filtrado. .............................................................................................32
Figura 2-4: DRX ánodo batería 1................................................................................................35
Figura 2-5: DRX ánodo batería 2................................................................................................36
Figura 2-6: DRX cátodo batería 1...............................................................................................37
Figura 2-7: DRX cátodo batería 2...............................................................................................37
Figura 2-8: Resultados DRX cátodo batería 1. ...........................................................................38
Figura 2-9: Resultados DRX cátodo batería 1. ...........................................................................38
Figura 2-10: Composición elemental en el cátodo Pila 1. ........................................................41
Figura 2-11: Composición elemental en el cátodo Pila 2. ........................................................41
Figura 2-12: Diagrama de bloques Captación-Tratamiento inicial...........................................42
Figura 3-1: Serie de tamices y equipo Rot-Up............................................................................45
Figura 3-2: Esquema Rechazo-Cernido. .....................................................................................45
Figura 3-3: Trituradora de cuchillas............................................................................................49
Figura 3-4: Producto triturado ensayo 1. ....................................................................................50
Figura 3-5: Lote inicial de baterías a procesar............................................................................51
Figura 3-6: Producto triturado ensayo 2. ....................................................................................52
Figura 3-7: Lote de baterías triturado previo a tamizado............................................................53
Figura 3-8: Equipo cuarteador. ...................................................................................................53
Figura 3-9: Arreglo de tamices para T1......................................................................................54
Figura 3-10: Histograma Porcentaje Retenido T1. ...................................................................57
Figura 3-11: Diagrama de bloques Captación-T1.....................................................................60
Figura 3-12: Histograma Porcentaje Retenido Acumulado T1.................................................61
Figura 3-13: Histograma Porcentaje Pasante Acumulado T1...................................................62
Figura 3-14: Porcentaje Pasante Acumulado T1 en escala semilog..........................................62

Figura 3-15: Modelo Schumann T1..........................................................................................65
Figura 3-16: Modelo Rosin-Rammler T1. ................................................................................65
Figura 3-17: Trituradora de rodillos. ........................................................................................68
Figura 3-18: Proceso de trituración secundaria.........................................................................68
Figura 3-20: Histograma % Retenido T2..................................................................................74
Figura 3-21: Molino de discos..................................................................................................77
Figura 3-22: Proceso de molienda. ...........................................................................................77
Figura 3-23: Diagrama de bloques Captación-Molienda..........................................................81
Figura 3-24: Histograma % Retenido T3..................................................................................82
Figura 3-25: Histograma % Retenido acumulado T3. ..............................................................83
Figura 3-26: Histograma Pasante acumulado T3......................................................................84
Figura 3-27: Porcentaje pasante acumulado T3 en escala semilog...........................................84
Figura 3-28: Histograma porcentaje retenido T4......................................................................86
Figura 3-29: Histograma % Retenido acumulado T4. ..............................................................87
Figura 3-30: Histograma porcentaje pasante acumulado T4. ...................................................88
Figura 3-31: Porcentaje pasante acumulado T4 en escala semilog...........................................88
Figura 3-36: Histograma porcentaje retenido T5......................................................................95
Figura 3-37: Histograma porcentaje retenido acumulado T5. ..................................................96
Figura 3-38: Histograma porcentaje pasante acumulado T5. ...................................................97
Figura 3-39: Porcentaje pasante acumulado vs Tamaño T5. ....................................................97
Figura 4-1: Resultados FRX -35/+50........................................................................................100
Figura 4-2: Resultados FRX -50/+140......................................................................................100
Figura 4-3: Resultados FRX -140/+200....................................................................................101
Figura 4-6: Resultados FRX -325.............................................................................................102
Figura 4-7: Diagrama de bloques Captación-Análisis final......................................................104

Contenido XV
Lista de tablas
PÁGINA.
Tabla 1-1: Propiedades básicas del elemento Cobalto.................................................................9
Tabla 1-2: Composición química promedio de baterías comunes.............................................13
Tabla 1-3: Leyes relevantes al manejo de baterías. ...................................................................17
Tabla 1-4: Decretos relevantes al manejo de baterías................................................................18
Tabla 1-5: Resoluciones relevantes al manejo de baterías.........................................................19
Tabla 2-1: Especificaciones baterías captadas más comunes. ...................................................29
Tabla 2-2: Desensamble manual batería Nokia BLSC. .............................................................33
Tabla 2-3: Condiciones DRX. ...................................................................................................36
Tabla 2-4: Resultados composición DRX. ................................................................................39
Tabla 2-5: Peso del muestreo.....................................................................................................39
Tabla 2-6: Porcentaje en peso secciones....................................................................................39
Tabla 2-7: Porcentajes elementales de las sustancias halladas..................................................40
Tabla 2-8: Fracciones por elemento en cátodo y pila. ...............................................................40
Tabla 2-9: Fracción de cobalto promedio en pila. .....................................................................42
Tabla 3-1: Especificaciones trituradora primaria.......................................................................49
Tabla 3-2: Ensayo inicial trituración primaria...........................................................................50
Tabla 3-3: Ensayo 2, trituración primaria..................................................................................52
Tabla 3-4: Resultados T1, primera parte. ..................................................................................54
Tabla 3-5: Resultados T1, segunda parte...................................................................................55
Tabla 3-6: Resultados T1, completo..........................................................................................56
Tabla 3-7: Porcentaje Retenido T1............................................................................................56
Tabla 3-8: Registro T1...............................................................................................................57
Tabla 3-9: R(x) y F(x) para T1. .................................................................................................61
Tabla 3-10: Parámetros granulométricos T1. ..............................................................................63
Tabla 3-11: Datos T1 para Schuhmann y Rosin-Rammler..........................................................64
Tabla 3-12: Especificaciones trituradora de rodillos. ..................................................................67
Tabla 3-13: Tiempos del proceso de trituración secundaria........................................................69
Tabla 3-14: Registro T2...............................................................................................................70
Tabla 3-15: Resultados T2...........................................................................................................73
Tabla 3-16: Parámetros Tr2.........................................................................................................73
Tabla 3-17: Especificaciones molino de discos...........................................................................76
Tabla 3-18: Registro T3...............................................................................................................78
Tabla 3-19: Registro T4...............................................................................................................79

Tabla 3-21: R(x) y F(x) para T3..................................................................................................83
Tabla 3-22: Parámetros M1 y T3.................................................................................................85
Tabla 3-24: R(x) y F(x) T4..........................................................................................................87
Tabla 3-25: Parámetros M2 y T4.................................................................................................89
Tabla 3-28: Registro T5...............................................................................................................93
Tabla 3-30: R(x) y F(x) para T5..................................................................................................96
Tabla 4-1: Resultados FRX final...............................................................................................99
Tabla 4-2: Concentración de cobalto final y cantidad recuperada...........................................103
Tabla 4-3: Concentración de cobalto inicial y promedio.........................................................103
Tabla 4-4: Recuperación y aumento de concentración del proceso.........................................104

Contenido XVII
Lista de Símbolos y abreviaturas
Símbolos con letras latinas
Símbolo Término
CC Coeficiente de Curvatura
CU Coeficiente de uniformidad
CV Coeficiente de variación
E0
Potencial
f(x) Porcentaje retenido
F(x) Porcentaje pasante acumulado
KSC, KRR Parámetro de tamaño
RA Razón de aspecto
Rr Razón de reducción
R(x) Porcentaje retenido acumulado
x Tamaño
𝑥̅ Tamaño promedio
Símbolos con letras griegas
Símbolo Término
𝜎2 Varianza
Superíndices
Superíndice Término
m, n Parámetro de distribución
0 Estado de referencia
Abreviaturas
Abreviatura Término
AG Análisis Granulométrico
DRX Difracción de rayos X
DTP Distribución de Tamaño de Partícula
EXAFS Extended X-Ray Absorption Fine Structure
FRX Fluorescencia de rayos X
HSLA High Strength Low Allow
Li-Ion Ion-Litio
M Molienda
MAVDT Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo

Abreviatura Término
territorial
MSDS Material Safety Data Sheet
p/p Composición con base en el peso
RAEE Residuos de aparatos eléctricos y electrónicos
T1 Tamizado 1
T2 Tamizado 2
T3 Tamizado 3
T4 Tamizado 4
T5 Tamizado finos
Tr1 Trituración primaria
Tr2 Trituración secundaria

Introducción
La vida útil de las baterías de celulares de tipo Ion-Litio, es relativamente corta, esto crea un flujo
importante de residuos proveniente de la gran demanda actual de celulares y los ciclos de
utilización y descarte tan cortos[1]–[3]. Este tipo de residuos requiere de un manejo y disposición
adecuada puesto que son altamente contaminantes, por lo que no es recomendable realizar una
disposición regular en los rellenos sanitarios[4], [5].
A pesar de que existen métodos convencionales de eliminación de todo tipo de desechos
electrónicos, estos métodos tienen desventajas desde el punto de vista económico y ambiental
debido a los altos costos de procesamiento y la no biodegradabilidad del producto final[1], [6], [7].
Por ello se hace necesario considerar opciones de gestión más eficientes de este tipo de residuos,
por ejemplo, su reutilización. El reciclaje electrónico es una actividad reciente, por lo que no
existen rutas de procesamiento concreto estipuladas, y estas varían según el tipo de material de
desecho, haciendo difícil la caracterización y disposición de todas las partes individuales de un
mismo dispositivo electrónico[8], [9].
Las baterías de Ion-Litio, también llamadas baterías Li-Ion, son dispositivos de almacenamiento de
energía eléctrica que emplean como electrolito sales de litio, que procuran los iones necesarios
para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo, a través de los
cuales se genera una corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento del dispositivo
electrónico que la requiere[10], [11].
Actualmente, materiales reciclados como aluminio, cobalto, cobre, níquel, acero y otros de alto
valor, cuentan con un alto potencial para la recuperación, debido a que las demandas de materiales
metálicos son altas y la materia prima de reciclaje es económica[9], [12]. Existen tanto
componentes valiosos como materiales peligrosos que se retiran y se recuperan de las pilas
recicladas[4]. El objetivo principal de estos procesos es la separación de diferentes tipos de
materiales que pueden ser recuperados y vendidos. Los actuales procesos de reciclaje de baterías

2 Introducción
Li-Ion están orientados a la caracterización de litio, manganeso y cobalto como materiales de alto
valor, es por esto que los esfuerzos de reciclaje de estas pilas están destinados al desarrollo de
procesos de recuperación de estos metales[12], [13]. La operación de procesamiento de material
inicial es un paso crítico en cualquier proceso de reciclaje para lograr una correcta liberación,
separación y concentración de los materiales de interés económico [1], es por esto que el desarrollo
de métodos de reciclaje eficaces para recuperar todas las partes valiosas de las baterías de Li-Ion
desechadas, así como la separación y disposición adecuada de los materiales peligrosos es una gran
necesidad.
El objetivo de los estudios actuales está enfocado a llevar a cabo cuidadosamente las
caracterizaciones químicas en las salidas de cada proceso, y la determinación de las operaciones
unitarias necesarias para lograr las separaciones y concentraciones correctas del material de interés
y de aquel que representa peligro, esto se logra a través del acoplamiento de varias técnicas
analíticas como análisis químico y granulométrico que proporcionan información básica para las
investigaciones sobre métodos eficaces de trituración y separación mecánica en el proceso de
reciclaje[12], [14]. El desarrollo continuo de procesos de separación avanzados podría aumentar la
eficacia en el reciclado de los materiales presentes en las baterías Li-Ion y por lo tanto la
motivación económica para la recuperación de los materiales hallados en este tipo de desechos, por
ejemplo, una mejora del 10% en la eficiencia de reciclaje actual para el cobalto podría elevar los
ingresos del reciclaje hasta en un 9% basado en la recuperación del cobalto de este tipo de
pilas[12].
En términos legales Colombia cuenta con la ley 1672/2013 que tiene por objeto establecer los
lineamientos para la política pública de gestión integral de los Residuos de Aparatos Eléctricos y
Electrónicos (RAEE) generados en el territorio nacional[5]. Los RAEE son residuos de manejo
diferenciado que deben gestionarse de acuerdo con las directrices que para el efecto establezca el
Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. Además el Ministerio de Ambiente, Vivienda y
Desarrollo Territorial (MAVDT) de Colombia emitió la resolución 1297 de 2010 mediante ‘’la
cual se establecen los Sistemas de Recolección Selectiva y Gestión Ambiental de Residuos de Pilas
y/o Acumuladores y se adoptan otras disposiciones’’ en esta, se resumen las acciones de
recolección y gestión que se encuentran enmarcadas en el sistema, de manera segura y
ambientalmente adecuada, con el objeto de facilitar su recolección, clasificación y cualquier
actividad de preparación previa a una posterior gestión y manejo ambiental[2], [3].

Introducción 3
Las cantidades crecientes de desechos de pilas y acumuladores representan un enorme potencial de
recuperación de recursos por reciclaje[3], [8], por lo que el objetivo ambiental y económico del
proyecto es realizar un proceso de reciclaje de las pilas de Ion-Litio que además de gestionar de
manera adecuada estos residuos, permita dar un valor agregado a los mismos.
Aunque el proyecto total de reciclaje comprende varias etapas que incluyen la caracterización
composicional inicial, la determinación de las etapas de beneficio, reacciones químicas, procesos
electrometalúrgicos, y la recuperación y refinación del producto final, a saber, cobalto, el presente
trabajo de investigación solo se enfocará en las etapas iniciales de análisis composicional y
determinación de las etapas de conminución, junto al debido análisis granulométrico del material a
tratar, esto comprende realizar todos los procesos de disminución de tamaño para entregar un
material fino y caracterizado para las etapas de recuperación posterior.
Dentro de los objetivos del proyecto se encuentra el caracterizar químicamente el material de
interés en la pila y determinar las diferentes etapas de conminución necesarias para llevar el
material hasta un tamaño fino, realizar un análisis composicional inicial sobre el cátodo de las pilas
donde se encuentra el cobalto, realizar los procesos de disminución de tamaño que se requieran y
determinar el tamaño de partícula obtenido en cada una de estas etapas. Por último, realizar un
análisis granulométrico del material fino y una caracterización química final.
Para el desarrollo de la propuesta se ejecutan las siguientes actividades:
1. Tratamiento inicial del material recolectado: Esto incluye, el pesaje de las muestras, el
descargue previo de las pilas realizado en solución acuosa de NaCl (Cloruro de sodio) al 5% p/p y
la clasificación composicional básica de las pilas, basado en la información disponible que brindan
las etiquetas y el proveedor.
2. Separación manual y caracterización inicial de las pilas: Esto implica el desprendimiento
manual de las partes de la pila, la recolección de material proveniente del ánodo y el cátodo y el
análisis composicional de estas muestras por análisis DRX y FRX.
3. Trituración primaria y clasificación: En esta etapa se realiza la disminución de tamaño
inicial de las pilas de manera mecánica, con el fin de desprender los electrodos donde se encuentra
el material de interés y determinar el tamaño de salida de todo el material.

4 Introducción
4. Trituración secundaria y clasificación: Inmediato a la trituración primaria, se realiza una
segunda disminución de tamaño con el fin de obtener un material más homogéneo y listo para
molienda. En esta etapa se determina el tamaño del material de salida y se toman decisiones acerca
de reproceso en caso de ser necesario.
5. Molienda y clasificación: Esta es la etapa final de conminución en la cual se lleva todo el
material proveniente de la etapa previa de trituración secundaria a un tamaño fino y se determina el
tamaño del material de salida.
6. Análisis granulométrico y composicional final: Una vez obtenido el material fino se
procede a realizar un análisis composicional y una caracterización física, además de un análisis
granulométrico según tamaño de finos y una comparación final con respecto al análisis químico
inicial.

1.Estado del Arte
Una batería consiste en un grupo de celdas electroquímicas interconectadas que dependiendo de la
aplicación requerida se encuentran empacadas bajo una designación específica[10], [11]. Una celda
electroquímica interrelaciona un proceso de transformación de energía a partir de 2 elementos
metálicos conocidos como electrodos, uno de ellos es el contacto negativo también llamado ánodo,
y otro, el contacto positivo conocido como cátodo[10], estos se ilustran esquemáticamente en la
Figura 1-1[10]:
Figura 1-1: Elementos de una celda electroquímica.
Existen dos clases de baterías, las primarias en las cuales la carga no puede ser renovada al
agotarse, a menos que se repongan las sustancias químicas de las cuales están compuestas, y las
secundarias, que sí son susceptibles a la reactivación mediante un sometimiento al paso más o
menos prolongado de una corriente eléctrica continua, en sentido inverso a aquél en que la
corriente de la pila fluye normalmente[10], [15]. Las baterías comprendidas en este trabajo de
investigación poseen la estructura de una pila secundaria.
Durante la descarga de la batería, los electrones se transportan desde el ánodo hacia el cátodo a
través de una carga externa de resistencia conocida, y los iones fluyen al interior de la celda con el
objetivo de transformar la energía química en energía eléctrica. La corriente eléctrica entregada por

6 Análisis composicional y determinación de las etapas de conminución para un proceso de
recuperación de cobalto a partir de baterías recicladas de Ion-Litio provenientes de celulares
la celda a un circuito externo se corresponde con la corriente iónica al interior de la celda.
Cualquier fuga de electrones del ánodo al cátodo dentro de la celda reduce la corriente
suministrada por la batería. Durante la carga de la celda, la corriente eléctrica es forzada en la
dirección opuesta por un voltaje externo aplicado para convertir la energía eléctrica en energía
química nuevamente[10].
La corriente iónica dentro de una celda electroquímica es llevada entre los electrodos por un
electrolito, que es idealmente un aislante eléctrico y un buen conductor de los iones de trabajo en la
celda. Si se usa un electrolito líquido, es necesario usar un separador con el fin de mantener un
espaciamiento entre los electrodos mientras se bloquea la corriente eléctrica y pasa la corriente
iónica. Los separadores más comunes son aislantes eléctricos porosos permeados a un solo
electrolito líquido[10], [16].
El componente químico en el ánodo que se consume en la descarga o se produce en la carga es el
reductor de la reacción química, mientras que el producto químico se consume en la descarga o se
produce en la carga en el cátodo, es el oxidante. El reductor y el oxidante son los dos reactivos de
la celda, la energía de su reacción dividida por la carga eléctrica en la reacción, da la tensión de
descarga máxima disponible entre los elementos positivos y negativos de las celdas, es el voltaje
mínimo necesario para cargar la celda[10], [11].
1.1 Baterías Ion-Litio
Las baterías de Ion-Litio, también llamadas baterías Li-Ion, son dispositivos de almacenamiento de
energía que emplean como electrolito sales de litio, que procuran los iones necesarios para la
reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo, a través de los cuales
se genera una corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento del dispositivo electrónico que la
requiere[9], [10].
Una batería tradicional de Ión-litio consta de[12]:
• El ánodo; suele ser de grafito.
• El cátodo; una aleación de litio (LiFePO4 (Fosfato de Hierro y Litio), LiCoO2 (Óxido de
Cobalto y Litio), LiMn2O4 (Óxido de Manganeso y Litio).
• El electrolito; una sal de litio en un disolvente orgánico (un polímero en las baterías de
polímero de litio).

Capítulo 1 7
• Separador; generalmente un polímero poroso.
Un esquema básico de una batería Ión-litio puede verse en la Figura 1-2[17]:
Figura 1-2: Esquema de una batería Ión-Litio.
Las baterías actuales de Ión-litio utilizan un reductor sólido como ánodo y un oxidante sólido como
cátodo. En la descarga, el ánodo metálico suple los iones de litio en el electrolito y los electrones al
circuito externo, el cátodo es un conductor eléctrico que actúa como anfitrión, en el cual los iones
Li + se insertan desde el electrolito como una especie de huéspedes y compensan la carga debida a
los electrones provenientes del circuito externo. Las reacciones químicas en el ánodo y el cátodo
de una batería secundaria de litio deben ser reversibles. Durante la carga, la eliminación de
electrones desde el cátodo debida a un campo externo libera iones Li + que retornan al electrolito
para restaurar la estructura parental del anfitrión y la adición de electrones hacia el ánodo debida a
el campo externo, atrae mediante una carga de compensación, los iones Li + de nuevo en el ánodo
restaurándolo a su composición original[10]–[12].
En principio, el ánodo puede ser en sí litio elemental, en la práctica, se ha encontrado necesario
utilizar una gran cantidad del reductor anfitrión para el litio. Cuando tanto el ánodo como el
cátodo, son los anfitriones para la inserción reversible o eliminación de los iones de trabajo dentro
o desde el electrolito, la celda electroquímica se conoce comúnmente como una celda tipo "silla
mecedora"[10].
Las baterías Ión-Litio operan mediante una técnica conocida como ‘’rejillas huésped’’, tanto para
el ánodo como para el cátodo, entre los cuales los iones de litio se intercambian durante la carga y

la descarga. Cuando la pila se encuentra cargada, el ánodo, compuesto de carbono en forma de
grafito, contiene el litio que posteriormente es entregado en el proceso de descarga al cátodo,
compuesto por CoO2 (Óxido de cobalto), quien es capaz de recibir una cantidad máxima de litio en
forma de un compuesto correspondiente a la formula LiCoO2 (Óxido de Litio y Cobalto). Los iones
de litio migran en ciclo adelante y atrás entre las dos ‘’rejillas huésped’’ de Cx y CoO2[10], [11]. A
continuación, se muestra el esquema de reacción al interior de la batería de manera simplificada:
Ánodo: LiC6 → C6 + Li+
+ e-
Cátodo: CoO2 + Li+
+ e-
→ LiCoO2
Celda: LiC6 + CoO2 → C6 + LiCoO2 E°= 3.9 V
Para la recarga de la batería, las reacciones deben ser revertidas, éste ir y venir de los iones de litio
está dominado por el principio de ‘’Oscilación’’ de acuerdo a la celda electroquímica ya
mencionada como ‘’Silla mecedora’’[10].
1.2 Cobalto
Elemento químico (Co), metal ferromagnético del Grupo 9 (VIIIb) de la tabla periódica, que se
utiliza especialmente para aleaciones resistentes al calor y magnéticos. El metal fue aislado (c.
1735) por un químico sueco (Georg Brandt), aunque compuestos a base de cobalto se habían
utilizado durante siglos para impartir un color azul a esmaltes y cerámicos[18].
El cobalto, aunque disperso, constituye sólo 0,001 por ciento de la corteza terrestre, se encuentra
en pequeñas cantidades en menas de Ferro-Niquel nativo terrestre, en las atmósferas del Sol y
estelares, y en combinación con otros elementos en las aguas naturales, en nódulos debajo de los
océanos, en los suelos, en las plantas y los animales, y en ciertos minerales como cobaltita,
linnaeita, Skutterudita, smaltita, heterogenita y erythrita. Existen muy pocas menas de cobalto que
sean explotadas para su extracción. Trazas de cobalto están presentes en muchos minerales de
hierro, níquel, cobre, plata, manganeso, zinc, y arsénico, de los que a menudo se recupera como un
subproducto, aunque se necesita de un procesamiento complejo para concentrar y realizar la
extracción a partir de estos minerales[18], [19].
China, Congo, Finlandia, Zambia y Australia se convirtieron en los principales productores
mundiales de cobalto a principios del siglo XXI.

Capítulo 1 9
El cobalto es un elemento esencial en la nutrición de rumiantes (bovinos, ovejas) y en la
maduración de las células rojas de la sangre humanas en la forma de vitamina B12, la única
vitamina conocida que contiene un elemento tan pesado.
El cobalto pulido es de color blanco plateado con un tinte azulado leve. Se conocen 2 alótropos: la
estructura de empaquetamiento hexagonal compacto, estable por debajo de 417 °C (783 °F) y la
estructura cúbica centrada en las caras, estable a altas temperaturas. Es ferromagnético hasta 1121
° C (2050 °F, el punto de Curie más alto conocido de cualquier metal o aleación) y puede encontrar
aplicación en aquellas que necesiten propiedades magnéticas a temperaturas elevadas[18], [20].
El cobalto es uno de los tres metales que son ferromagnéticos a temperatura ambiente. Se disuelve
lentamente en ácidos minerales diluidos, no se mezcla directamente con hidrógeno o nitrógeno,
pero se mezcla en calentamiento con el carbono, fósforo o azufre. El cobalto también es atacado
por el oxígeno y el vapor de agua a temperaturas elevadas, resultando el óxido de cobalto, CoO
(+2) como producto[18].
El cobalto natural es en su totalidad un isótopo estable de cobalto-59, del cual el isótopo radiactivo
de mayor vida artificial es el cobalto-60 (5,3-años de vida media), y se produce por irradiación con
neutrones en un reactor nuclear. La radiación gamma de cobalto-60 ha sido utilizada en lugar de
los rayos X o rayos alfa del Radio en la inspección de materiales industriales para revelar su
estructura interna, defectos, u objetos extraños, en la terapia del cáncer, en los estudios de
esterilización, y en la biología y la industria como un rastreador radiactivo[19].
El cobalto finamente dividido se incendia espontáneamente. Los trozos más grandes son
relativamente inertes en el aire, pero por encima de 300 ° C (570 ° F) se produce una oxidación
intensa.
A continuación, se presenta la Tabla 1-1 con las propiedades básicas del elemento[20]:
Tabla 1-1: Propiedades básicas del elemento Cobalto.
Propiedad Valor
Número atómico 27
Peso atómico 58.9332
Punto de fusión 1495°C (2723 °F)
Punto de ebullición 2870°C (5198°F)
Densidad 8.9 g/cm3
a 20 °C (68 °F)
Estados de oxidación +2, +3
Configuración electrónica [Ar]3d7
4s2

1.2.1 Usos
El cobalto es un metal de uso estratégico en diversas aplicaciones comerciales, industriales,
médicas y militares. Como metal, su mayor uso es en súper aleaciones para aplicaciones críticas en
la defensa y la industria. Otros usos pueden incluir adiciones en aceros HSLA, herramientas de
carburo cementado, aleaciones magnéticas, electrodos de baterías, la preparación de fuentes de
radiación con Cobalto 60, implantes corporales y galvanoplastia. Los usos no metálicos del
cobalto, incluyen cerámicos, catalizadores, pigmentos para pinturas y cinturones radiales[18], [21].
La mayor parte del cobalto producido se utiliza para aleaciones especiales, de las cuales un
porcentaje relativamente alto comprende aleaciones magnéticas como las Alnicos de imanes
permanentes, mientras que otras cantidades considerables se utilizan para las aleaciones que
retienen sus propiedades a altas temperaturas y súper aleaciones que se utilizan a temperaturas
extremas, cerca de sus puntos de fusión. El cobalto también se emplea para aleaciones de difícil
orientación, aleaciones de baja expansión (para sellos de vidrio-metal), y aleaciones de módulo de
elasticidad constante (para espirales de precisión)[19].
El cobalto ocurre en la naturaleza de forma extendida pero diseminada, casi exclusivamente en
mezclas con menas de otros metales. Se extrae esencialmente como un subproducto del
procesamiento de Cu, Ni y Zn y como tal no se puede ajustar a la demanda debido a las
fluctuaciones en la producción de estos metales. La recuperación de cobalto a partir de recursos
secundarios está aumentando, pero la tecnología asociada para su recuperación es muy escasa o
está muy poco documentada y patentada para fines comerciales. Alrededor del 70% de la
producción total mundial de cobalto se obtiene a partir de soluciones de sulfato de cobalto puro a
través de rutas hidrometalúrgicas, generalmente, en la recuperación de cobalto de estas fuentes, las
aplicaciones que se encuentran desarrollando implican la extracción con solventes, seguida de un
proceso de electro-obtención para su refinamiento[19], [20].
1.2.2 LiCoO2
Enfatizando en el compuesto que propiamente puede encontrarse al interior de las baterías
recicladas, el LiCoO2 es el material más utilizado en los cátodos de baterías Ión-Litio debido a su
buen desempeño. El cátodo es el componente principal que determina el costo y la eficiencia de
carga de las baterías de Ión-litio. La estructura de LiCoO2 se conoce teóricamente y se ha
confirmado con técnicas como la difracción de rayos X, la microscopía electrónica, difracción de

Capítulo 1 11
polvo de neutrones, y EXAFS, este compuesto adopta una estructura "α-NaFeO2" que puede verse
en la Figura 1-3[22]. Al interior del arreglo de empaquetamiento compacto de los aniones, los
cationes Li y Co ocupan los sitios intersticiales octaédricos dispuestos de tal manera que el Li y el
Co se ordenan en capas alternas a lo largo de la dirección cristalográfica ([111])[13], [18], [22].
Figura 1-3: Estructura Del LiCoO2.
1.2.3 Riesgos
Dentro de las desventajas, aunque las baterías producidas con cátodos de LiCoO2 proporcionan una
alta capacidad de carga, se sabe que son más reactivas y tienen una estabilidad térmica más pobre
que las baterías producidas con otras sustancias químicas, debido a una mayor estabilidad de estas
sobre el cátodo. Esto hace que las baterías de LiCoO2 sean más susceptibles a la inestabilidad
térmica en los casos de abuso, como la operación a alta temperatura o la sobrecarga. A
temperaturas elevadas, la descomposición del LiCoO2 genera oxígeno, que después reacciona
exotérmicamente con los materiales orgánicos al interior de la celda. Esto puede suponer un
problema de seguridad debido a la excepcional velocidad y la magnitud de la reacción altamente
exotérmica, lo que puede inducir inestabilidad térmica en las celdas adyacentes o encender
materiales combustible cercanos[18], [23].
En cuanto a los riesgos de la manipulación de este compuesto, la exposición a las sales solubles de
cobalto puede causar cardiomiopatía, sin embargo, a diferencia de sales de cobalto, este óxido es
insoluble en agua, por lo que las hojas MSDS listan al óxido de litio y cobalto como un posible
carcinógeno humano indicando que no existen datos disponibles o reportados bajo el epígrafe de
toxicidad aguda, es por esto que deben tomarse las medidas de seguridad necesarias en su

manipulación. La ficha de seguridad de este compuesto se encuentra en el Anexo 1 del presente
documento[23].
1.2.4 Análisis económico general
Este trabajo de investigación tiene como objetivo principal el análisis composicional y la
distribución granulométrica de los compuestos de cobalto, siendo este el metal con proporción
considerable de mayor valor económico dentro de los componentes de las baterías Ión-Litio, con
un valor actual promedio en el mercado de 13.65 USD/lb a mayo de 2015. Puede verse una gráfica
de rangos de precio del cobalto vs tiempo en la Figura 1-4[24].
Figura 1-4: Rangos de precio del cobalto vs tiempo, Febrero - Julio 2015.
Las empresas fabricantes están continuamente buscando alternativas que permitan disminuir el
valor intrínseco de las baterías, con el fin de mejorar su competitividad y disminuir su capital de
trabajo. Este es particularmente el caso de los sistemas de "nueva tecnología" que implican nuevos
contenidos catódicos de mayor estabilidad térmica y de costo inferior[17]. Una batería Ión-Litio
"estándar" contiene alrededor del 14% de cobalto en peso, pero debido al alto precio del cobalto y
sus importantes fluctuaciones, las industrias productoras tienden a desarrollar baterías Ión-Litio
con un menor contenido de cobalto e incluso se intenta suplir definitivamente[17], [25], [26]. Esta
tendencia puede generar que las baterías tengan un valor intrínseco mucho más bajo, y
eventualmente determinará un punto crítico sobre el costo beneficio del reciclaje de baterías, esto
representa una cuestión de importancia que debe ser tenida en cuenta por el sector industrial del
reciclaje en el desarrollo y el diseño de procesos más óptimos que permitan un beneficio

Capítulo 1 13
competitivo de este tipo de desechos. Habiendo dicho esto, también es importante resaltar que, a
pesar de las altas fluctuaciones en el precio del cobalto, su valor promedio en el mercado sigue
siendo bastante alto, comparado con otros metales, por lo que sigue siendo un material muy
atractivo y de importancia para su recuperación dentro del grupo de metales constituyentes en las
baterías Ión-Litio[12]. Una serie más prolongada de la variación precio vs tiempo del cobalto en el
mercado puede verse en la Figura 1-5[24], y el contenido típico de los elementos químicos de las
baterías comunes, incluyendo las de Ión-Litio, puede verse en la Tabla 1-2[4], [10], [11].
Figura 1-5: Rangos de precio del cobalto vs tiempo, 2005-2014.
Tabla 1-2: Composición química promedio de baterías comunes.

1.3 Normatividad
Las baterías comprenden una mezcla compleja de muchos materiales, de los cuales, algunos son
materias primas valiosas que ameritan ser recuperadas, sin embargo, algunos de estos materiales
también pueden contener compuestos peligrosos, que si bien, usualmente no generan impactos
adversos durante su uso, se convierten en un peligro posterior al ser liberados al medio
ambiente[2], [5]. Las operaciones que implican el almacenamiento, tratamiento, aprovechamiento
y disposición final de estos residuos, deben realizarse en instalaciones que cuenten con todas las
autorizaciones ambientales a que haya lugar de acuerdo a la normatividad ambiental vigente[7]. De
la misma forma, el transporte de los residuos que sean considerados como peligrosos, debe ser
realizado dando cumplimiento a las normas ambientales y de transporte vigentes para el manejo de
los mismos. En este sentido, el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial
identifica la importancia de establecer lineamientos técnicos que orientan su manejo en el ámbito
nacional, así como la gestión de las autoridades ambientales[2].
1.3.1 Ley 1672 de 2013
El congreso de la República de Colombia decretó el 19 de Julio de 2013, la ley 1672, por medio de
la cual se establecen los lineamientos para la política pública de gestión integral de los Residuos de
Aparatos Eléctricos y Electrónicos (RAEE) generados en el territorio nacional. Los RAEE son
residuos de manejo diferenciado que deben gestionarse de acuerdo con las directrices que para el
efecto establezca el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. Algunos de los principios
rectores estipulados de mayor importancia para la aplicación de la ley 1672 obedecen así:
• Responsabilidad extendida del productor en la vida útil del RAEE.
• Participación activa del Gobierno en la gestión integral de los residuos RAEE.
• Creación de estímulos por parte del gobierno a quienes se involucren en el
aprovechamiento y valorización de los RAEE.
• Descentralización: Las entidades ambientales y legislativas se enmarcan únicamente
dentro del marco de la presente ley.
• Innovación, ciencia y tecnología: El Gobierno Colombiano fomentará la formación, la
investigación y el desarrollo tecnológico, orientados a una gestión integral de los RAEE a
través de las instituciones educativas públicas y privadas en asocio con la empresa pública
y privada.

Capítulo 1 15
• Principios que regulan las Relaciones y efectos de las etapas de investigación, adquisición
de materias primas, proceso de diseño, producción, distribución, uso y gestión pos
consumo de los RAEE.
• Producción y consumo sostenible.
• Prevención: Optimización del consumo de materias primas, la sustitución de sustancias o
materiales peligrosos y la adopción de prácticas, procesos y tecnología limpias.
1.3.2 Resolución 1297 de 2010
El Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT) de Colombia emitió el 18
de Julio de 2010 la resolución 1297 mediante ‘’la cual se establecen los Sistemas de Recolección
Selectiva y Gestión Ambiental de Residuos de Pilas y/o Acumuladores y se adoptan otras
disposiciones’’, en esta, se resumen las acciones de recolección y gestión que se encuentran
enmarcadas en el sistema, de manera segura y ambientalmente adecuada, con el objeto de facilitar
su recolección, clasificación y cualquier actividad de preparación previa a una posterior gestión y
manejo ambiental. La resolución estipula que los productores de baterías deben presentar e
implementar sistemas de recolección selectiva y gestión ambiental de residuos, con el propósito de
prevenir y controlar la degradación del ambiente y además se regulan las operaciones de acopio,
aprovechamiento y valorización, mecanismos de recolección equivalente y recolección selectiva.
1.3.3 Guía ambiental de reciclaje electrónico
Adicionalmente, se cuenta con la guía ambiental de reciclaje electrónico elaborada por el
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT) de Colombia, que determina
los lineamientos técnicos para el manejo de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos con el fin
de reducir los impactos ambientales[2].
En esta guía se contempla la problemática existente en torno a los RAEE, posteriormente se
establecen lineamientos generales para cada una de las diferentes etapas del manejo, incluyendo el
almacenamiento, transporte, desensamble, aprovechamiento y disposición final. Es una
herramienta de orientación para los gestores que intervienen en las diferentes etapas de manejo de
los RAEE y para las autoridades ambientales, además de ser una fuente de consulta para
profesionales, técnicos especializados en el tema, investigadores, personal vinculado al sector y
público en general.

La producción y la liberación de emisiones peligrosas durante el reciclaje de baterías dependen en
gran medida del manejo de las mismas. Las sustancias de peligro, por lo general, están en forma
sólida no dispersable, y no hay riesgo de exposición humana o emisión al ambiente por su uso en
un contacto normal directo, a menos que haya una manipulación indebida. Por lo tanto, las
sustancias peligrosas que contienen algunos residuos, no representan automáticamente riesgos para
la salud humana y el medio ambiente.
Algunos de los procesos de recuperación más usados a nivel mundial, principalmente en países en
desarrollo o en transición, consiste en someter los residuos a altas temperaturas sin ningún tipo de
control o uso de tecnologías diseñadas para tal fin, esto, puede generar daños a la salud humana y
contaminar el aire, agua y suelo. Por este motivo, el proceso de recuperación de los materiales
contenidos en los RAEE incide sobre el grado de impacto para la salud humana y el medio
ambiente.
La gestión inadecuada de las baterías, tanto la incineración sin control de emisiones como el
depósito en rellenos sanitarios junto con los residuos urbanos, hace que algunos de esos
contaminantes puedan llegar al suelo, el aire o a las aguas subterráneas. Por lo tanto, estos
materiales deben ser tratados de manera diferente a los demás tipos de desechos comunes.
Es importante que las instalaciones, garanticen la gestión y manejo integral de los residuos o
desechos peligrosos que se generan durante el proceso de desensamble de los residuos, cada planta
debe tener registros de las cantidades que se envían para reciclaje y disposición a cada destinatario
(el balance de cada planta de desensamble debe coincidir con el de cada receptor).
Cada etapa del proceso debe tener un plan de seguridad en caso de presentarse alguna emergencia
o contratiempo. Los planes de emergencia deben ser conocidos y practicados por todo el personal
de la empresa encargada, que debe saber qué hacer al momento de presentarse una emergencia.
La inadecuada disposición de baterías puede contribuir a la aparición de efectos negativos
ambientales en los rellenos sanitarios comunes, dada la presencia de metales pesados y sustancias
halogenadas que lixivian y evaporan. Adicionalmente la variedad de sustancias contenidas obrará
recíprocamente para ejercer efectos sinérgicos, aumentando potencialmente y magnificando sus
efectos negativos. Por lo tanto, no se debe realizar la disposición final de los residuos en rellenos
sanitarios, no solamente por los efectos negativos causados sino también por la pérdida de recursos
secundarios valiosos.

Capítulo 1 17
1.3.4 Marco jurídico adicional
A continuación, se presentan algunas de las normas legales y reglamentarias más relevantes de la
materia[2]:
Los artículos 8, 79 y 80 de la Constitución Política señalan que es deber del Estado proteger la
diversidad e integridad del ambiente, conservar las áreas de especial importancia ecológica,
fomentar la educación para el logro de estos fines, planificar el manejo y aprovechamiento de los
recursos naturales para garantizar su desarrollo sostenible, su conservación, restauración o
sustitución. Que así mismo, el artículo 8 y el numeral 8 del artículo 95 de la Constitución Política
disponen que sea obligación de los particulares proteger los recursos naturales del país y velar por
la conservación de un ambiente sano.
El artículo 84, señala que cuando una actividad haya sido reglamentada de manera general, las
autoridades públicas no podrán establecer ni exigir permisos, licencias o requisitos adicionales para
su ejercicio.
El artículo 95, numeral 8 establece como deberes y derechos de las personas y los ciudadanos
proteger los recursos culturales y naturales del país y velar por la conservación de un ambiente
sano.
El artículo 209, sobre la función administrativa expresa que debe desarrollarse con fundamento en
los principios de eficiencia y economía.
En las Tablas 1-3, 1-4 y 1-5 se muestra un resumen de normatividades relevantes al manejo de
baterías.
Tabla 1-3: Leyes relevantes al manejo de baterías.
Ley Título
Decreto Ley 2811 de 1974 Por el cual se dicta el Código Nacional de Recursos Naturales
Renovables y de Protección al Medio Ambiente.
Ley 09 de 1979 Por la cual se dictan medidas sanitarias.
Ley 99 de 1993 Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se
reordena el sector público encargado de la gestión y
conservación del medio ambiente y los recursos naturales
renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental,

SINA y se dictan otras disposiciones.
Ley 142 de 1994 Se establece el régimen de servicios públicos domiciliarios.
Ley 253 de 1996 Convenio de Basilea sobre el control de los movimientos
transfronterizos de los desechos peligrosos y su eliminación.
Ley 430 de 1998 Por la cual se dictan normas prohibitivas en materia ambiental,
referentes a los desechos peligrosos y se dictan otras
disposiciones.
Ley 1252 de 2008 Por la cual se dictan normas prohibitivas en materia ambiental
referentes a los residuos y desechos peligrosos y se dictan otras
disposiciones.
Tabla 1-4: Decretos relevantes al manejo de baterías.
Decreto Título
Decreto 02 de
1982
Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 09 de 1979 y el
Decreto Ley 2811 de 1974, en cuanto a emisiones atmosféricas.
Decreto 948 de
1995
Por el cual se reglamentan, parcialmente, la Ley 23 de 1973, los artículos 33,
73, 74, 75 y 76 del Decreto-Ley 2811 de 1974, los artículos 41, 42, 43, 44,
45, 48 y 49 de la Ley 9 de 1979, y la Ley 99 de 1993, en relación con la
prevención y control de la contaminación atmosférica y la protección de la
calidad del aire.
Decreto 1713 de
2002 y sus
modificaciones
Por el cual se reglamenta la Ley 142 de 1994, la Ley 632 de 2000 y la Ley
689 de 2001, en relación con la prestación del servicio público de aseo, y el
Decreto Ley 2811 de 1974 y la Ley 99 de 1993 en relación con la Gestión
Integral de Residuos Sólidos.
Decreto 1609 de
2002
Por el cual se reglamenta el manejo y transporte terrestre automotor de
mercancías peligrosas por carretera.
Decreto 4741 de
2005
Por el cual se reglamenta parcialmente la prevención y manejo de los
residuos o desechos peligrosos generados en el marco de la gestión integral.
Decreto 2820 de
2010
Por el cual se reglamenta el Titulo VIII de la Ley 99 de 1993 sobre licencias
ambientales.

Capítulo 1 19
Tabla 1-5: Resoluciones relevantes al manejo de baterías.
Resolución Título
Resolución 619 de 1997 Por el cual se establecen los factores a partir de los cuales se
requiere permiso de emisión atmosférica.
Resolución 1362 de 2007 Por la cual se establece los requisitos y el procedimiento para el
Registro de Generadores de Residuos o Desechos Peligrosos, a que
hacen referencia los artículos 27 y 28 del Decreto 4741 del 30 de
diciembre de 2005.
Resolución 909 de 2008 Por la cual se establecen las normas y estándares de emisión
admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas y se
dictan otras disposiciones.
1.4 Reciclaje
La vida útil de los dispositivos celulares es relativamente corta y disminuye como resultado de los
rápidos cambios en las características y capacidades de los equipos. Esto crea un flujo importante
de residuos de baterías de celulares obsoletos[7]. El método de tratamiento convencional y
primordial de este tipo de residuos a nivel mundial es la eliminación en vertederos y la
incineración[2], [5]. El aumento en la necesidad de adecuar vertederos, es una carga para el medio
ambiente, además, con la falta de capacidad de los vertederos y una mayor preocupación creciente
por la calidad ambiental, se contempla la necesidad de desarrollar nuevos métodos de tratamiento
de estos residuos. Se necesitan nuevas opciones de gestión para desviar cantidades importantes de
residuos de baterías de los métodos convencionales de eliminación en vertederos e incineración.
Sin embargo, hay varios factores a considerar en el desarrollo de una estrategia exitosa. Esta
estrategia debe estar basada en la sostenibilidad económica, la viabilidad técnica, y un nivel
realista de apoyo social a este tipo de programas. Un aspecto importante de la estrategia debe
incluir el reciclaje y la reutilización de estos desechos[27].
1.4.1 Ámbito nacional e infraestructura del reciclaje
En Colombia, se generan en promedio al año 11000 toneladas de residuos de pilas, de las cuales
8000 toneladas corresponden a pilas Zinc-Carbón, 2000 toneladas a pilas alcalinas y el resto lo
componen los residuos de pilas secundarias. En el período comprendido entre 2003 y 2010 se

generaron y se dispuso en rellenos sanitarios y botaderos a cielo abierto cerca de 77000 toneladas
de residuos de pilas. En este mismo período se descargó al ambiente cerca de 14000 toneladas de
zinc, 13000 toneladas de manganeso, 60 toneladas de cadmio, 15 toneladas de cromo, 100
toneladas de níquel, 30 toneladas de plomo, 350 kg de mercurio y 350 kg de litio, especialmente a
los rellenos sanitarios y botaderos a cielo abierto, provenientes de las pilas que desechan los
consumidores junto con la basura doméstica[3].
El 80 % de los desechos de pilas se disponen en rellenos sanitarios y el 20% restante va a parar a
los botaderos u otros sitios de disposición final no adecuados. Es por esta razón que se hace
necesario organizar la recolección y la gestión ambiental de los residuos de pilas para que estas
actividades se realicen de manera selectiva y separada de los demás residuos sólidos domésticos,
permitiendo un correcto reciclaje, mediante el cual no solo se solucione el problema de la
contaminación ambiental generada por estos residuos, sino también se produzca un valor agregado
al beneficio de estos desechos[1], [3].
Al igual que con el reciclaje de cualquier otro producto, el establecimiento de una infraestructura
adecuada es esencial para la implementación exitosa del reciclaje de baterías. La Infraestructura
determina los métodos de proceso y cantidades de residuos que pueden ser procesados, se incluye
la captación, el transporte, los puntos de acopio, la recuperación y el mercado final. Los factores
que pueden afectar a la infraestructura del reciclaje son la cantidad de residuos en el acopio, las
tecnologías de reciclaje disponibles, las regulaciones gubernamentales, y el mercado de los equipos
celulares[1], [7].
Alrededor del mundo existen empresas dedicadas al tratamiento y reciclaje de baterías Ión-Litio,
además de otro tipo de reciclaje relacionado con los RAEE. A continuación, se mencionan las
empresas de mayor importancia en el reciclaje de baterías Ión-Litio, y se describen sus procesos
particulares asociados.
1.4.2 Proceso TOXCO
El proceso Toxco se encuentra en operación comercial desde 1993, en Trail, Canadá, incluye el
procesamiento de baterías de Ión-Litio de diversa composición química y otros tipos de baterías. El
proceso consta de la descarga previa de las baterías por razones de seguridad, la recuperación de
las sustancias orgánicas líquidas, el desensamble de los circuitos de control que una vez retirados
se ensayan para su posible reutilización. El cableado y algunos otros metales de facil recuperación

Capítulo 1 21
se retiran para su posible reciclaje. Las baterías se desmontan a partir de una serie de procesos
mecánicos utilizados para reducir el tamaño de los materiales de las celdas. Los tres productos que
se obtienen como resultado son el material estéril, sales y óxidos de metales vendibles como
cobalto, aluminio, níquel, y cobre y una torta filtrada de cobalto (reutilizable en recubrimientos
catódicos). Por último se añade carbonato de sodio a la solución resultante del proceso para
precipitar carbonato de litio[28].
El proceso de reciclaje es principalmente mecánico y químico, por lo que las emisiones se reducen
al mínimo. Dado que no se requiere de un procesamiento de alta temperatura, el uso de energía
también es bajo. Alrededor del 60% de los materiales envase se pueden reciclar, y otro 10% es
reutilizable. Los materiales inertes, que comprenden aproximadamente 25% del empaque, se
depositan en vertederos inicialmente, pero el plástico puede recuperarse cuando los volúmenes son
lo suficientemente altos para justificar el proceso adicional. Un diagrama simplificado del proceso
TOXCO puede verse en la Figura 1-6[28].
Figura 1-6: Diagrama del proceso de reciclaje TOXCO.

1.4.3 Proceso UMICORE
Umicore es una empresa europea que procesa todo tipo de baterías, el material captado se
introduce en un proceso de fundición sin pre procesamiento. Los componentes orgánicos de las
baterías (plásticos, solventes, electrolitos y electrodos de carbono) se queman. El proceso Umicore
tiene en cuenta esta etapa como parte de la recuperación puesto que los gases calientan la fundición
y el carbono sirve como un agente reductor para algunos de los metales[7], [27], [29].
El proceso Umicore está diseñado específicamente para alcanzar una alta eficiencia de reciclaje
para las baterías secundarias. Los productos de salida del proceso de fundición son:
• Fracción metálica: Aleación que contiene todo el Ni, Co y otros metales valiosos. Estos
metales, se pueden refinar aún más y posteriormente ser transformados en Ni (OH)2 y
LiMeO2 (Me: Co, Ni, Mn) como materiales de cátodo activos para nuevas baterías.
• Fracción de escoria: La escoria de las baterías Li-ion es completamente inerte y no es
peligrosa, además se puede utilizar como material de construcción.
• Las emisiones de gas: La instalación de limpieza del gas asegura que no se producen
dioxinas nocivas o compuestos orgánicos volátiles. También se capta todo el polvo posible
generado en el proceso.
Los principales productos del proceso son el cobalto y el níquel, que se envían a una refinería
posteriormente, donde se produce el CoCl2 que posteriormente se envía a otra planta de tratamiento
para producir LiCoO2 para nuevas baterías de litio. La recuperación de cobalto y níquel no sólo
ahorra aproximadamente el 70% de la energía necesaria para su producción primaria a partir de
minerales sulfuros, sino que también evita las emisiones de SO2 significativas de dicha producción.
Otros metales, como el hierro, el litio y el aluminio se pueden recuperar también. Los gases
residuales se someten a altas temperaturas para evitar las emisiones de compuestos orgánicos
peligrosos como los furanos o dioxinas. La compañía afirma que se cuenta con una tasa de
recuperación del 93% para las baterías de Ión-Litio (metales 69%, 10% carbono, plásticos 15%),
pero realmente es un porcentaje mucho más pequeño el atribuible al material de alto valor
recuperable[7], [27], [29]. Un diagrama simplificado del proceso Umicore puede verse en la Figura
1-7[27].

Capítulo 1 23
Figura 1-7: Diagrama del proceso de reciclaje UMICORE.
1.4.4 Proceso AEA
AEA Technology Batteries desarrolló un proceso que consta de 3 etapas[30]:
• Trituración mecánica: Las celdas son puestas en una atmósfera seca e inerte para su
trituración mecánica, esto evita que la celda se exponga al contacto con vapor de agua, lo
que podría hacer que se hidrolizara el electrolito. También se reduce el impacto de que se
generen cortos circuitos internos, lo que podría producir una reacción violenta al contacto
con oxígeno.
• Extracción del electrolito: El electrolito líquido se dispersa en los poros de los electrodos
como un separador, sin embargo, si se realiza una inmersión en un solvente apropiado por
un par de horas, este puede ser extraído con facilidad, después de la separación de los
residuos sólidos, el solvente se recupera por evaporación a presión reducida, dejando el
electrolito puro, se pueden usar una gran cantidad de solventes como agentes extractores,
los principales requerimientos de estos solventes es que su punto de ebullición a presión
reducida esté por debajo de la temperatura de descomposición de las sales de litio,
alrededor de los 80 °C, y que el solvente esté disponible en un estado anhidro.
• Disolución del electrodo: Los electrodos se preparan en una solución dispersada de
aglutinante PVDF (Polifluoruro de vinilideno). Este proceso puede ser reversible para

recuperar las partículas de los electrodos, las partes de la celda están inmersas en el
solvente, que es agitado y calentado alrededor de los 50 °C. El aglutinante se disuelve
constantemente, separando las partículas del electrodo de los químicos del sistema, por
último, se reduce mediante un proceso electroquímico el cobalto (III) a cobalto (II), y el
litio se libera desde su estructura sólida, además se genera oxígeno en el contra electrodo,
una ecuación simplificada de esta reacción es la siguiente:
2LiCoO2 (s) + H2O → 2CoO (s) + 2LiOH (ac) + ½ O2 (g)
Las partículas de carbón incrementan la conductividad eléctrica durante la reacción
electroquímica, mientras que todo el litio residual pierde su estructura intercalada. La
producción de hidrógeno es una reacción parásita en este proceso, para evitarla, una
solución de hidróxido de litio es usada como electrolito, mientras que el grafito actúa como
colector de la corriente.
1.4.5 Otros autores
Existen técnicas desarrolladas para la obtención de metales a partir de constituyentes de RAEE
cuyos procesos han sido estudiados y desarrollados extensamente en busca de mejoras que
permitan una producción más eficiente de los minerales. Las técnicas utilizadas tradicionalmente
corresponden con la extracción de metales vía pirometalúrgica de los minerales originales por
procesos térmicos a altas temperaturas (por encima de 950 ° C); y la lixiviación hidrometalúrgica
destinada a la separación de metales, que se realiza generalmente a partir de ácidos, disponibles en
un medio acuoso a una concentración mayor (Ray, 1982).
Los procesos de recuperación de metales a partir de las baterías han sido un reto debido a la gran
heterogeneidad de estos residuos (Al-Thyabat et al., 2013). El reto es lograr metales de alta pureza
y fácil recuperación desde la batería, ya que hay una amplia variedad tanto de materiales no
metálicos, tales como plástico, papel y grafito, como un gran número de metales mezclados en los
procesos de separación.
El proceso hidrometalúrgico inicialmente requiere la lixiviación de los metales que se encuentran
en la batería en donde aquellos que tienen un mayor valor son el ánodo y el cátodo del mismo, y, a
menudo se hace a partir de ácidos tales como el sulfúrico y clorhídrico con una alta tasa de
extracción según (Castillo et al., 2002) (Suzuki et al., 2012) (Jian et al., 2012), pero también se ha

Capítulo 1 25
investigado como introducir ácidos orgánicos tales como ácido ascórbico (L. Li et al ., 2012) y
ácido cítrico (L. Li et al., 2010) como medios alternativos menos costosos. El segundo paso es la
precipitación selectiva de los metales con un cambio en el pH del ácido a valores de pH más
básico. La dificultad principal reside en varios de los metales que precipitan a valores de pH
mucho más cerca entre sí y con curvas de precipitación muy similares (Suzuki et al., 2012),
haciendo que el proceso de separación de metales de alta pureza sea más complejo.
Otra técnica utilizada es la separación con disolventes orgánicos que captan selectivamente metales
(Xu et al., 2008). Entre los disolventes más utilizados son el Cyanex 272, Acorga M5640 y PC-
88A, que ha demostrado ser muy eficaz en la separación de cobalto, cobre y aluminio (Suzuki et
al., 2012) (Nan, Han, Yang, Cui y Hou, 2006; Nan, Han, y Zuo, 2005) (Dorella y Mansur, 2007).
Esta técnica implica la selección cuidadosa del orden en el que tienen que utilizarse los disolventes
para lograr un alto grado de separación de los metales. Además, se requiere otra etapa de
lixiviación adicional para separar el metal de la fase orgánica, esta segunda etapa de separación se
realiza con ácidos, aunque con concentraciones más bajas que las utilizadas en los procesos de
lixiviación anteriores. Condiciones como la concentración, la temperatura del proceso y la relación
entre el agua y la fase orgánica son de vital importancia a la hora del proceso es altamente eficiente
(Suzuki et al, 2012) (Nan, Han, Yang, Cui, y Hou, 2006).
Los Procesos hidrometalúrgicos de separación selectiva tienen algunas desventajas como es el uso
de múltiples pasos con la adición de diversos disolventes que, además de aumentar el coste del
proceso, incrementan el impacto ambiental ya que tienen que ser desechados después de un
número de ciclos finitos y expulsarlos con disolventes nuevos.
Los procesos pirometalúrgicos se centran en la optimización de diferentes pasos e incluye otros
adicionales que promueven la recuperación de metales. Los procesos pirometalúrgicos en
condiciones de vacío pueden aumentar la eficiencia en la reducción de los metales (Qiu y Sun,
2011) (Huang et al., 2013). En ocasiones se realiza un pretratamiento a temperaturas más bajas con
el fin de eliminar las fases orgánicas o la cantidad de carbón que está originalmente presente en las
baterías (Castillo et al., 2002). Los procesos pirometalúrgicos son seguidos por otras etapas del
refinamiento, como procesos hidrometalúrgicos que permiten separar cada uno de los metales que
se han reducido previamente (Al-Thyabat et al., 2013) (Xu et al., 2008).
Una desventaja de los procesos de pirólisis es la alta probabilidad de que los materiales se pierdan
debido a las altas temperaturas (que sobrepasen los 600 ° C) (Sun & Qiu, 2011) (Huang et al.,

2013), sucede a menudo con los plásticos y el litio presente en el electrolito de la batería
(Maschler-Georgi et al., 2012) (Xu et al., 2008). Además, los procesos de alta temperatura
necesitan un alto consumo de energía y una etapa posterior de purificación de los gases que se
originan en el mismo proceso.
Hay nuevas técnicas alternativas para la recuperación eficiente de metal, lo que reduce los costes
del proceso y el impacto ambiental. Proceso de biolixiviación de metales a partir de
microorganismos tales como Acidithiobacillus ferrooxidans que permiten la recuperación eficiente
de cobalto (Mishra, Kim, Ralph, Er, y Rhee, 2008) (Zeng, Deng, Luo Luo y Zou, 2012).
Existe una nueva técnica de decloración de PVC recientemente estudiada con el fin de evaluar su
eficacia en la separación de metales en las aleaciones de alta complejidad o mezclas. La técnica
consiste en la molienda de material con contenido de cloro como PVC, con un metal que puede
robar los átomos de cloro en una matriz de polímero y dejando como producto de esta reacción
cloruros de los metales presentes (Inoue, Miyazaki, Kamitani, Kano y Saito, 2004) (Sadat-Shojai y
Bakhshandeh, 2011). La adaptación de esta técnica para la extracción y transformación de metales,
tiene aplicaciones potenciales en campos que van desde implementación en suelos afectados por
metales pesados (Concas, Montinaro, Pisu y Cao, 2007) y la transformación de los hidróxidos de
aluminio (Goetita), para producir fases metálicas estables en diferentes condiciones típicas del
proceso de producción. También se evaluó esta técnica para la extracción de cobalto a partir de
aleaciones de cobalto-litio que muestran una alta eficiencia de separación, independientemente de
la presencia o ausencia de otros metales, con la ventaja de que es un proceso que se puede llevar a
cabo bajo condiciones ambientales de temperatura y presión (Saeki, Lee, Zhang, y Saito, 2004)
(Zhang, Saeki, Tanaka, Kano y Saito, 2007) (Yang et al., 2012).
El propósito de este trabajo es el de preparar y clasificar el material, entregando finos ricos en
cobalto y otros metales, de manera que, basados en esta última técnica, se evalúa la posibilidad de
recuperar el cobalto formando cloruros de este metal.
1.4.6 Consideraciones finales del reciclaje
Las baterías usadas pueden ser recicladas mediante procesos pirometalúrgicos o hidrometalúrgicos.
Los procesos pirometalúrgicos no son deseables debido a la emisión de gases tóxicos al medio
ambiente. Los procesos hidrometalúrgicos son entonces, más deseables desde el punto de vista de
la conservación del medio ambiente[4], [31]. Estos procesos se llevan a cabo después del

Capítulo 1 27
desmantelamiento de la batería, los electrodos se disuelven en ácidos concentrados,
posteriormente, la solución resultante que contiene los iones metálicos, se puede recuperar de 3
formas diferentes: precipitación, extracción, o electrodeposición.
El reciclaje electroquímico es un proceso viable para producir películas metálicas de cobalto,
aleaciones, y depósitos de varias capas con la estructura y la morfología controlada[26], [31]. Por
esta razón, parte del reciclaje electroquímico de cobalto se basa en el estudio de su mecanismo de
electrodeposición.
Con el fin de estudiar el reciclaje electroquímico, generalmente se realizan los análisis del
mecanismo de la electrodeposición de cobalto a diferentes grados de pH de la solución, y se
determina cual ofrece un mejor ambiente deposicional[32].
Éste trabajo de investigación no comprende las etapas finales de procesamiento hidrometalúrgico o
electrometalúrgico, para la obtención final y refinamiento de cobalto, debido a la extensión y
complejidad del proceso completo, pero comprende las etapas iniciales de desmantelación,
caracterización composicional, conminución y caracterización granulométrica, necesarias para
dejar el material preparado para las etapas de recuperación siguientes.
El presente trabajo propone un esquema para el desarrollo de cualquier proyecto que involucre la
recuperación de baterías. Se debe contar entonces con factores clave en el tratamiento de las
mismas, estos son la captación, el transporte y acopio, la clasificación, el análisis composicional
preliminar, la disminución de tamaño, la separación del material útil, el reproceso, el rechazo y
disposición del material que no tienen valor económico, la recuperación y refinación, y el mercado
final, este esquema puede verse más claramente en la Figura 1-8.

Figura 1-8: Esquema de reciclaje de baterías Ión-Litio.

2.Caracterización y tratamiento inicial
2.1 Captación
El proyecto comprende la captación de pilas de celulares de diferentes referencias comerciales,
éstas fueron otorgadas por el grupo empresarial ASEI. Una vez se contó con material de trabajo
suficiente, se realizó una caracterización de las baterías según marca y/o referencia, las pilas más
comúnmente encontradas en el lote captado se muestran en la Tabla 2-1.
Tabla 2-1: Especificaciones baterías captadas más comunes.
# Especificaciones Imagen
Marca Referencia Peso
1
Ru-ite
Blackberry
C-52
E200833
DC 100720
ISM 3A0351 ----
2 ZTE MF20
GB/T
18287-2000 48,64 g

3 NOKIA BL
SC
0670398380257
L134335865054
19,82 g
4 DX1 RU (L) MH 20338 ----
5 JG BST-33 S/N 688186 21,49 g
Se observa que la batería más abundante dentro del grupo de pilas captadas es la # 3, marca Nokia
BL SC.

Ca 31
2.2 Descarga
Puesto que las baterías captadas no se encuentran 100% descargadas, e incluso algunas de ellas no
han culminado su ciclo de vida útil, se hace necesario realizar un proceso de descarga con el fin de
evitar cortos circuitos, sobrecalentamiento y explosión de las mismas en los procesos de
desensamble o conminución posteriores. Se sigue entonces una metodología de descarga propuesta
por (Zhang, He, Wang, Ge, Zhu & Li)[26], en la cual se sugiere inmersión de las pilas en solución
de NaCl 5% p/p por un tiempo de 24 h. Un ensayo de descarga de batería en solución de cloruro de
sodio se muestra a continuación en la Figura 2-1.
Figura 2-1: Descarga en solución NaCl 5%.
Posterior al proceso de descarga, se encontró que algunas baterías aún permanecián con carga
remanente, provocando corto circuitos al momento de realizar el desensamble manual, por lo que
se optó por aumentar el tiempo de inmersión, para esto se realizarón diferentes inmersiones a 24,
48 y 72 horas, pero el problema asociado a los cortos circuitos en algunas baterías seguía
presentandose, entonces se procedió a realizar una pequeña insición a las baterías de manera que la
solución tuviera contacto con el interior de aquellas que eran totalmente selladas, solucionando el
problema. Se determinó entonces que la ruta de descarga más apropiada para el proyecto era
realizar una apertura minuscula en forma de incisión a las baterías y luego proceder con la
inmersión en NaCl 5% p/p por un espacio de 24 horas que era suficiente para la descarga total.

2.3 Análisis composicional inicial
En el proceso de descarga, se observó que las pilas liberaban un compuesto de color amarillo y
textura fibrosa que pudo provenir tanto de la lixiviación de algunos elementos sólidos de la pila,
como del electrolito (fase orgánica) encargado de transportar los iones en solución en los procesos
de carga y descarga de la pila. Una vez extraídas las pilas de la inmersión, se procedió a realizar un
proceso de filtrado de la solución, secado y análisis semi-cuantitativo por DRX. La solución
mencionada puede verse en la Figura 2-2.
Figura 2-2: Lixiviado.
El análisis por DRX de la solución filtrada y secada puede verse en la Figura 2-3.
Figura 2-3: Análisis DRX filtrado.

Ca 33
Los resultados muestran que el filtrado posee un contenido de 80% de Hexaaquacobalt dihydrogen
1,2,4,5-benzenetetracarboxylate y 20% de hidróxido de aluminio. Aunque el filtrado posee un
compuesto asociado al cobalto, no es del interés de este proyecto plantear una ruta de beneficio
para esta sustancia, puesto que se encuentra en una muy pequeña proporción en comparación al
contenido de la pila, y no se encuentra en un estado oxidado como el LiCoO2, sobre el cual se
desarrollan las etapas de obtención electrometalúrgica posteriores a la realización de este proyecto.
Posterior a la extracción de las baterías del proceso de descarga por inmersión, se realiza un
proceso de secado con equipo secador y almacenamiento en equipo desecador, una vez se
encuentran secas y se ha realizado el pesaje previo, se procede a realizar un desensamble manual,
con el objetivo de obtener los elementos de la pila por separado, a saber, ánodo, cátodo, armazón
metálico y elementos restantes. En la Tabla 2-2 puede verse el proceso de desensamble manual de
una batería Nokia BLSC, junto con los elementos que la conforman por separado y una breve
descripción de los mismos.
Tabla 2-2: Desensamble manual batería Nokia BLSC.
Elementos Imagen
Batería: NOKIA BL SC
Referencia:
0670398380257
L134335865054
Desensamble con uso de
herramientas manuales
(Tenaza, cortador)

Envoltura de la batería y
elementos plásticos
laterales de protección en
donde ocurre la entrada y
salida de corriente.
Armazón metálico y
electrodos por separado.
Material anódico
soportado en foil de cobre
(Izquierda).
Material catódico
soportado en foil de
aluminio (Derecha)
Elemento de celulosa que
separa los electrodos.
Material catódico y
anódico adherido al
separador y desprendido
en el desensamble.

Ca 35
Cuando se obtienen los elementos por separado de la pila, se procede entonces a realizar un
análisis semicuantitativo DRX del elemento catódico y anódico, con el fin de estimar rangos de
concentraciones de los compuestos presentes. Para esto, fue necesario escoger, de una pila ya
desensamblada, un ánodo y cátodo en excelente estado, proceder con el pesaje respectivo y luego
seleccionar una pequeña sección representativa de cada uno, a las cuales se les realizó un proceso
de raspado del material catódico y anódico, con el fin de llevar esta porción de material a análisis y
a partir de los resultados, determinar la concentración de las sustancias presentes en la sección, en
el cátodo, y finalmente en toda la pila.
Es de gran importancia comprender que no todas las baterías de Ión-Litio son iguales, debido a
esto, las concentraciones de los compuestos presentes pueden variar según el tipo de pila, su marca
o referencia. Teniendo en cuenta lo anterior, y en vista de que existía una mayor proporción de
pilas captadas marca Nokia, este proyecto se centró en el estudio de este tipo de batería en
particular, de manera que el análisis inicial se realizó sobre 2 baterías de esta marca, así como las
etapas de conminución y análisis final, se realizaron sobre un lote baterías en el que predominaba
la ocurrencia de pilas marca Nokia.
A continuación se presenta el análisis DRX de las secciones anódicas de ambas baterías en las
Figuras 2-4 y 2-5.
Figura 2-4: DRX ánodo batería 1.

Figura 2-5: DRX ánodo batería 2.
Los resultados de los análisis DRX de cada batería para el material anódico correspondiente
muestran que la composición corresponde a grafito en un 100%, por lo que podemos interpretar
que el ánodo para este tipo de baterías consta de una lámina (foil) de cobre [26] que soporta grafito
particulado.
Es importante destacar que este proyecto tiene como interés principal cuantificar y realizar las
etapas iniciales de separación y concentración del cobalto, por lo que es de mayor importancia
conocer la concentración de las sustancias en el cátodo, quien es el portador de este metal [26]. El
análisis del material catódico de cada batería se realizó con la ayuda de un equipo DRX bajo las
siguientes condiciones de medida mostradas en la Tabla 2-3 para cada batería.
Tabla 2-3: Condiciones DRX.
Nombre de la serie de datos Batería
1
Batería
2
14211 14210
Posición de partida [°2Th.] 15,0070
Posición final [°2Th.] 89,9910
Tamaño de etapa [°2Th.] 0,0130
Tiempo escaneo etapa [s] 59
Temperatura de medida 25,00
Material anódico Cu
K-Alpha 1 [Å] 1,54060
Generador de ajustes 40 mA, 45 kV

Ca 37
A continuación se presenta el análisis DRX de las secciones catódicas de ambas baterías en las
Figuras 2-6 y 2-7.
Figura 2-6: DRX cátodo batería 1.
Figura 2-7: DRX cátodo batería 2.
La interpretación de estos resultados puede verse en los diagramas circulares de las Figuras 2-8 y
2-9.

Figura 2-8: Resultados DRX cátodo batería 1.
Figura 2-9: Resultados DRX cátodo batería 1.

Ca 39
Se hallaron 3 compuestos de importancia en el análisis, que pueden ser vistos junto a las
composiciones de cada batería en la Tabla 2-4.
Tabla 2-4: Resultados composición DRX.
Referencia Nombre del
compuesto
Fórmula
química
% Batería
1
% Batería
2
01-088-1748 Óxido de
litio y
manganeso
Li Mn2O4 66,7 30
01-077-1370 Óxido de
cobalto y
litio
LiCoO2 13,1 70
01-075-2360 Óxido de
cobre y
aluminio
CuAlO2 20,2 0
Los datos experimentales de los pesos de las baterías y el seccionamiento de los elementos
catódicos se presentan en la Tabla 2-5.
Tabla 2-5: Peso del muestreo.
Muestra Peso
Batería (g)
Peso
cátodo (g)
Peso
sección
cátodo (g)
Peso sección
material
catódico (g)
Peso sección
Foil (g)
Pérdidas
sección (g)
Batería
Nokia 1 27,12 11,339 1,356 1,0307 0,2811 0,0442
Batería
Nokia 2 18,32 4,3153 0,8721 0,6883 0,1681 0,0157
Con la información de las tablas, pudo entonces calcularse los porcentajes en peso del cátodo en la
batería, del material catódico en el cátodo, del foil en el cátodo y del material catódico en la
batería, estos valores pueden verse en la Tabla 2-6.
Tabla 2-6: Porcentaje en peso secciones.
Batería % Cátodo en la
batería
% Material
catódico en
sección
% Foil en
sección
% Material
catódico en la
batería
1 41,81% 79,27% 20,73% 33%
2 23,56% 80,72% 19,28% 19%

Puesto que el interés del proyecto se centra en la recuperación de cobalto, se procedió a calcular
los porcentajes elementales de los compuestos, de manera que pudieran conocerse sus fracciones
por cada metal. En la Tabla 2-7, se calculan las fracciones elementales de las sustancias halladas en
el análisis DRX.
Tabla 2-7: Porcentajes elementales de las sustancias halladas.
Elemento
Peso Molecular
(g/mol) LiCoO2 CuAlO2 Li Mn2 O4
Li 6,94 7% - 4%
Co 58,93 60% - -
O 16 33% 26% 35%
Cu 63,55 - 52% -
Al 26,98 - 22% -
Mn 55,94 - - 61%
Total 100% 100% 100%
Con los valores de las 4 tablas anteriores pudo obtenerse las fracciones tanto en el cátodo como en
la pila, del cobalto, manganeso, aluminio, cobre y litio, cuyos valores pueden verse en la Tabla 2-8.
Tabla 2-8: Fracciones por elemento en cátodo y pila.
#
% Co
en el
cátodo
%
Co
Pila
% Mn
en el
cátodo
%
Mn
Pila*
% Al
en el
cátodo
%
Al
Pila*
% Cu
en el
cátodo
%
Cu
Pila*
% Li
en el
cátodo
%
Li
Pila*
1 6,3 2,61 32 13,5 3,5 1,4 8,3 3,4 4,1 1,7
2 34,0 8,01 15 3,4 0 0 0 0 3,8 0,9
Los porcentajes de la tabla marcados con * solo representan el porcentaje del elemento en la pila
que se atribuye al aporte del material catódico, NO es el porcentaje real total del elemento en la
pila, puesto que existen otros elementos al interior de la batería que pueden aportarlo. Los valores
de la composición metálica elemental del cátodo pueden verse para cada batería en los diagramas
circulares de las Figuras 2-10 y 2-11.

Ca 41
Figura 2-10: Composición elemental en el cátodo Pila 1.
El porcentaje de oxigeno es el que aporta cada óxido y el de Al Foil constituye un aporte diferente
al Al mencionado ya que representa el Aluminio metálico de la lámina, no el del óxido de cobre y
aluminio.
Figura 2-11: Composición elemental en el cátodo Pila 2.
El porcentaje de oxigeno es el que aporta cada óxido y el de Al Foil constituye el aporte del
Aluminio metálico de la lámina.
Para establecer una composición inicial global del grupo de baterías que se pretendía procesar fue
necesario hallar el promedio del contenido de cobalto en la batería, este puede verse en la Tabla 2-
9.

Tabla 2-9: Fracción de cobalto promedio en pila.
Batería % Co inicial en la pila
1 2,61%
2 8,01%
Promedio 5,31%
De esta manera se asume que cada batería procesada tiene en promedio una fracción de 5,31% en
peso de cobalto. Es de advertir que, aunque se estima un rango de variación de la composición de
cobalto en las baterías de 2,61 - 8,01 % estos valores pueden variar significativamente para cada
batería, según referencia o marca, lo que implicaría una desviación considerable de los resultados
de concentración al finalizar el proceso, de manera que puede obtenerse mayor o menor cantidad
de cobalto esperado.
Un esquema del proceso hasta ahora puede verse en la Figura 2-12.
Figura 2-12: Diagrama de bloques Captación-Tratamiento inicial.

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