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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-16082017-090853
Documento
Autor
Nome completo
Adriana Johanny Murcia Santanilla
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Espinosa, Denise Crocce Romano (Presidente)
Bertuol, Daniel Assumpção
Lazzari, Claudio Parra de
Mansur, Marcelo Borges
Souza, Kellie Provazi de
Título em português
Estudo dos complexos organometálicos formados na etapa de extração de níquel e cobalto, através do uso de extratantes ácidos.
Palavras-chave em português
Cobalto (Extração)
Níquel (Extração)
Solventes
Resumo em português
O níquel e o cobalto são dois metais de ampla utilização na indústria mundial, principalmente na produção de aços inoxidáveis e ligas metálicas no caso do níquel, e baterias e superligas no caso do cobalto; estes dois metais são encontrados associados na natureza, cerca de 55% da produção mundial de cobalto é derivada da mineração de níquel. Porém, devido a estes elementos apresentarem comportamento químico similar em soluções aquosas, a sua purificação se torna difícil, impulsionando pesquisas voltadas para o melhoramento dos processos existentes para este fim. Dentre estes processos podemos citar a extração por solventes, e para um melhor entendimento da purificação de níquel e cobalto a partir dessa técnica, foi realizado esse estudo, o qual tem como objetivo estudar os complexos organometálicos formados na etapa de extração. A fase aquosa utilizada para a realização deste estudo é um licor sintético de lixiviação que contém níquel, cobalto, manganês, cobre, magnésio e cálcio na sua composição química. Por outro lado, a fase orgânica foi preparada com os extratantes ácidos Cyanex 272, Versatic 10 e D2EHPA de forma individual, assim como as suas misturas, como são: [Cy15-Ve5], [Cy10-Ve10], [Cy5-Ve15], [Cy15-DH5], [Cy10-DH10], [Cy5-DH15], [Ve15-DH5], [Ve10-DH10] e [Ve5-DH15]. Com o intuito de compreender a interação entre o extratante e o íon metálico (complexo organometálico), foi determinada a estequiometria dos complexos através dos métodos de análises da inclinação e o método da variação contínua (método de Job) e a caracterização foi feita utilizando as técnicas de espectrofotometria UV-Vis, espectroscopia FT-IR e termogravimetria (TG/DTG/DSC). Através dos resultados obtidos nos ensaios de extração, foram escolhidos os sistemas, [Cy15-Ve5] e [Cy10-DH10] para realizar o estudo dos complexos organometálicos. O método da variação contínua mostrou a participação de duas moléculas de extratante na complexação de cobalto em todas as fases orgânicas estudadas, com exceção do Versatic 10, a qual apresentou o envolvimento de 5 moléculas. Na complexação de níquel, foram encontradas uma molécula com D2EHPA e [Cy10-DH10], duas moléculas com Cyanex 272 e [Cy15-Ve5] e três moléculas com Versatic 10. As análises por UV-Vis forneceram o número de coordenação dos complexos organometálicos de níquel e cobalto formados tanto na solução aquosa como nas diferentes fases orgânicas estudadas. Através destes resultados determinou-se que o níquel apresentou uma simetria octaédrica nas condições testadas (fase aquosa e fases orgânicas), já o cobalto apresentou uma simetria octaédrica na solução aquosa e no Versatic 10, e simetria tetraédrica nas outras condições (Cyanex 272, D2EHPA e mistura dos extratantes). Por outro lado, as análises de infravermelho (FT-IR) mostraram que a extração do íon metálico é realizada através do mecanismo de troca catiônica (substituição do hidrogênio da ligação P-O-H). As análises termogravimétricas forneceram as temperaturas de decomposição dos complexos e, a presença ou não de moléculas de água no mesmo. Através destes resultados foi confirmado que os complexos de níquel se tratam de complexos hidratados, com exceção do complexo [Ni-Versatic 10], o qual corresponde a um complexo desidratado. Entretanto, os complexos organometálicos formados com o cobalto, são complexos desidratados, ou seja, que os sítios de coordenação estão completamente preenchidos por moléculas de extratante.
Título em inglês
Study of organometallic complexes formed in the nickel and cobalt extraction step by the use of acidic extractants.
Palavras-chave em inglês
Acid extractants
Cobalt
Nickel
Organometallic complexes
Solvent extraction
Resumo em inglês
Nickel and cobalt are two metals widely used in the world industry, mainly in the production of stainless steel like an alloy element in the case of nickel, and both batteries and super alloys in the case of cobalt. These metals are found associated in nature and about 55% world production of cobalt is derived from the nickel mining. Due their similar chemical behavior in aqueous solution, its purification becomes difficult, encouraging research to improve the current processes, such as, the solvent extraction. In order to have a better understanding about both nickel and cobalt purification through this technique, this study has been carried out to evaluate the organometallic complexes formed during the extraction stage. The aqueous phase used in this study is a synthetic leach liquor containing in its chemical composition nickel, cobalt, manganese, copper, magnesium and calcium. On the other hand, the organic phase was prepared using the acidic extractants, as such: Cyanex 272, Versatic 10 and D2EHPA, as well as their mixtures [Cy15 Ve5], [Cy10-Ve10], [Cy5 Ve15], [Cy15-DH5], [Cy10-DH10], [Cy5 DH15], [Ve15-DH5], [Ve10-DH10] and [Ve5-DH15]. In order to understand the interaction between extractant molecule and metal ion (organometallic complex), the complex stoichiometry was determinate through two methods, such as: slope analysis and the continuous variation (Job´s method). Furthermore, the complex characterization was carried out using some techniques, spectrophotometry UV Vis, spectroscopy FT-IR and thermogravimetry (TG/DTG/DSC). The systems [Cy15-Ve5] and [Cy10-DH10] have been chosen in order to study the organometallic complexes formed. The continuous variation method has shown the participation of two extractant molecules in the complexation of cobalt in all organic phases studied in this work, except for the Versatic 10, where was observed the involvement of 5 molecules to form the complex. On the other hand, to form the nickel complex, when the D2EHPA and [Cy10-DH10] were used, five molecules were involved in the complex formation process. Furthermore, two molecules are present in the complex if Cyanex 272 or [Cy15-Ve5] are used like extractant and, when the Versatic 10 is used, three molecules are necessary to form the organometallic complex. The UV-Vis analysis provided the coordination number of the organometallic complexes of nickel and cobalt formed in both the aqueous and all organic phases chosen. It was determined that nickel showed an octahedral symmetry in both aqueous phase and organic phases, whereas the cobalt exhibited an octahedral symmetry both the aqueous solution and Versatic 10, and a tetrahedral symmetry in the other conditions (Cyanex 272, D2EHPA and extractants mixtures). Moreover, the infrared (FT-IR) analysis showed that the metal ion extraction is performed through the cation exchange mechanism (hydrogen substitution of P-O-H bond). Lastly, the thermogravimetric analysis provided the complexes decomposition temperatures and the presence or absence of water molecules. It was confirmed that nickel complexes are hydrated, except for the [Ni-Versatic 10] complex, which corresponds to a dehydrated complex. However, all organometallic complexes with cobalt are dehydrated complexes, that is, coordination sites are completely filled with extractant molecules.
 
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Data de Publicação
2017-08-16
 
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