Estudio y caracterización de un biorreactor de levantamiento por aire para su utilización en hidrometalurgia del litio

En el presente trabajo se estudia y caracteriza un biorreactor de levantamiento por aire (airlift reactor o ALR) para la producción de ácido sulfúrico biogenerado que se usará en la lixiviación de baterías usadas de Litio. Existen diferentes métodos de obtención de Litio a partir de fuentes como: s...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal:	Segovia, Elba del Carmen
Formato:	Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:	Español
Publicado:	2021
Materias:	Tecnología química Lithium Litio [ALR Biorreactor airlift Baterries Baterías Acithiobacillus thiooxidans hydrometallurgy Acidithiobacillus thiooxidan-hidrometalurgia]
Acceso en línea:	http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1003/3/1Segovia.pdf
Aporte de:	Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro

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description	En el presente trabajo se estudia y caracteriza un biorreactor de levantamiento por aire (airlift reactor o ALR) para la producción de ácido sulfúrico biogenerado que se usará en la lixiviación de baterías usadas de Litio. Existen diferentes métodos de obtención de Litio a partir de fuentes como: salares, minerales y baterías agotadas. La importancia de este metal y sus aplicaciones son muchas lo que hace que su demanda vaya creciendo con el desarrollo de nuevas tecnologías. Se debe mencionar que uno de estos métodos es la hidrometalurgia con ácido sulfúrico, obtenido a través de microorganismos esta es una herramienta adicional que nos brinda una opción sustentable con el medio ambiente. Los microorganismos estudiados para este trabajo fue la bacteria Acidithiobacillus thiooxidans. Esta especie aeróbica se desarrolla en medios ácidos y es capaz de metabolizar las especies reducidas del azufre para el aumento de su biomasa y producción de energía, liberando así al medio ácido sulfúrico. Se seleccionó un biorreactor airlift (ALR) ya que este tipo de equipos presentan bajos niveles de cizallamiento para el microorganismo. Se tomó como referencia el reactor airlift que se encuentra en la Div. Procesos Químicos e Ingenieria del CNEA. Se calcularon los parámetros hidrodinámicos del biorreactor con el fin de caracterizarlo. Se determinó el tiempo de mezclado entre 14 seg y 31,7 seg, los valores de hold-up gaseosos ε_1=0,02 y ε_2=0,04 y los valores de Kla1=20 h"-1 y Kla2=40 h"-1. Se tomaron las velocidades superficiales de gas Ug_1=0,01m/s y Ug_2=0,02m/s tomadas de la bibliografía las cuales favorecen a los fenómenos de transferencia de masa. Se obtuvo valores de hold-up bajos que implica una mejor desgasificación en la zona superior del reactor. Los valores de Kla aumentaron con la velocidad superficial de gas, mejorando la transferencia de oxígeno al microrganismo. En cada ciclo de operación se calcula un volumen de ácido biogenerado equivalente a 2708 ml de ácido sulfúrico con una concentración de protones de 0,1574 M. De acuerdo a las velocidades de producción de sulfatos encontradas en bibliografía, el tiempo de un ciclo de operación varía desde 11,7 horas a 6,3 días. Finalmente, con la cantidad de ácido sulfúrico biogenerado obtenido se podrá procesar 84 gramos de batería previamente tratada.
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Se debe mencionar que uno de estos métodos es la hidrometalurgia con ácido sulfúrico, obtenido a través de microorganismos esta es una herramienta adicional que nos brinda una opción sustentable con el medio ambiente. Los microorganismos estudiados para este trabajo fue la bacteria Acidithiobacillus thiooxidans. Esta especie aeróbica se desarrolla en medios ácidos y es capaz de metabolizar las especies reducidas del azufre para el aumento de su biomasa y producción de energía, liberando así al medio ácido sulfúrico. Se seleccionó un biorreactor airlift (ALR) ya que este tipo de equipos presentan bajos niveles de cizallamiento para el microorganismo. Se tomó como referencia el reactor airlift que se encuentra en la Div. Procesos Químicos e Ingenieria del CNEA. Se calcularon los parámetros hidrodinámicos del biorreactor con el fin de caracterizarlo. Se determinó el tiempo de mezclado entre 14 seg y 31,7 seg, los valores de hold-up gaseosos ε_1=0,02 y ε_2=0,04 y los valores de Kla1=20 h"-1 y Kla2=40 h"-1. Se tomaron las velocidades superficiales de gas Ug_1=0,01m/s y Ug_2=0,02m/s tomadas de la bibliografía las cuales favorecen a los fenómenos de transferencia de masa. Se obtuvo valores de hold-up bajos que implica una mejor desgasificación en la zona superior del reactor. Los valores de Kla aumentaron con la velocidad superficial de gas, mejorando la transferencia de oxígeno al microrganismo. En cada ciclo de operación se calcula un volumen de ácido biogenerado equivalente a 2708 ml de ácido sulfúrico con una concentración de protones de 0,1574 M. De acuerdo a las velocidades de producción de sulfatos encontradas en bibliografía, el tiempo de un ciclo de operación varía desde 11,7 horas a 6,3 días. Finalmente, con la cantidad de ácido sulfúrico biogenerado obtenido se podrá procesar 84 gramos de batería previamente tratada. This work studies and characterizes an airlift bioreactor (ALR) for the production of biogenerated sulfuric acid to be used in the leaching of used lithium batteries. There are different methods to obtain lithium from sources such as: salt flats, ores and spent batteries. The importance of this metal and its applications are many, which makes its demand grow with the development of new technologies. It should be mentioned that one of these methods is hydrometallurgy with sulfuric acid, obtained through microorganisms, which is an additional tool that provides us with an environmentally sustainable option. The microorganisms studied for this work were the bacteria Acidithiobacillus thiooxidans. This aerobic species develops in acidic media and is capable of metabolizing reduced sulfur species to increase its biomass and energy production, thus releasing sulfuric acid into the environment. An airlift bioreactor (ALR) was selected since this type of equipment presents low shear levels for the microorganism. The airlift reactor located at the Chemical Processes and Engineering Division of the CNEA was used as a reference. The hydrodynamic properties of the bioreactor were calculated in order to characterize it. The mixing time between 14 sec and 31.7 sec, the gaseous hold-up values ε_1=0.02 and ε_2=0.04 and the values of Kla1=20 h"-1 and Kla2=40 h"-1 were determined. The gas surface velocities Ug1=0.01m/s and Ug2=0.02m/s taken from the literature were taken which favor mass transfer phenomena. Low hold-up values were obtained implying better degassing in the upper zone of the reactor. Kla values increased with gas surface velocity, improving oxygen transfer to the microorganism. A volume of biogenerated acid equivalent to 2708 ml of sulfuric acid with a proton concentration of 0.1574 M was calculated for each operation cycle. According to the sulfate production rates found in the literature, the time of an operation cycle varies from 11.7 hours to 6.3 days. Finally, with the amount of biogenerated sulfuric acid obtained, 84 grams of previously treated battery can be processed. 2021-06-26 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1003/3/1Segovia.pdf es Segovia, Elba del Carmen (2021) Estudio y caracterización de un biorreactor de levantamiento por aire para su utilización en hidrometalurgia del litio / Study and characterization of an airlift bioreactor for use in lithium hydrometallurgy. Trabajo Final (CEATEN), Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1003/

Estudio y caracterización de un biorreactor de levantamiento por aire para su utilización en hidrometalurgia del litio

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