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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Gustavo Coelho Feijóo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Espinosa, Denise Crocce Romano (Presidente)
Bernardes, Andrea Moura
Dutra, Achilles Junqueira Bourdot
Título em português
Aplicação da eletrodiálise para concentração de metais de uma solução sintética multicomponente de uma rota de processamento de minério limonítico visando a recuperação seletiva de cobalto.
Palavras-chave em português
Cobalto
Eletrodiálise
Hidrometalurgia
Troca iônica
Resumo em português
Diante da redução dos teores de níquel em minérios sulfetados, novos estudos têm sido realizados para extração e processamento de minérios lateríticos. O processamento destes minérios gera soluções contendo cobalto, que poderia ser recuperado por extração por solventes. No entanto, esta tecnologia possui riscos com relação à saúde ocupacional e incêndios. Como possível alternativa, a eletrodiálise é uma tecnologia utilizada para recuperação de metais de fontes líquidas, permitindo a separação de cátions e ânions pela aplicação de uma corrente elétrica em dois eletrodos. Quando comparada à extração por solventes, possui menor consumo de produtos químicos, pouca geração de resíduos e operação com menor dispêndio energético. O objetivo deste trabalho foi avaliar uma rota hidrometalúrgica para recuperação de uma solução sintética de sulfatos de cobalto (II), magnésio (II), manganês (II) e cromo (III), simulando concentrações obtidas numa etapa do processamento industrial de minérios lateríticos. Para tanto, foi construída uma unidade de eletrodiálise em acrílico transparente, onde foram posicionadas as membranas de troca catiônicas e aniônicas. Nas extremidades da unidade foram posicionados eletrodos de titânio revestidos com óxido de titânio e óxido de rutênio (70TiO2/30RuO2), para o cátodo e ânodo. Tanto as membranas quanto os eletrodos possuíram área de 16 cm². Duas configurações de eletrodiálise foram estudadas, uma visando à recuperação de íons e de ácido sulfúrico, e outra visando à concentração de íons. Posteriormente, a partir da solução concentrada, foi avaliada a recuperação do cobalto por três sistemas, eletrorrecuperação, precipitação e troca iônica. A eletrorrecuperação utilizou cátodos de cobalto, alumínio e aço inoxidável, e ânodos de titânio revestido (70TiO2/30RuO2). A precipitação utilizou hidróxido de sódio e ditionito de sódio. A troca iônica foi realizada em batelada, utilizando cinco tipos de resinas. No caso do sistema com cinco compartimentos, após 64 h aplicando-se densidade de corrente de 6,25 mA.cm-², os resultados indicaram extração aproximada de 76 % para Co2+, 69 % para Mn2+, 79 % para Mg2+ e 32 % para Cr3+. A recuperação de ácido sulfúrico foi comprovada pelo aumento da concentração de H2SO4 de 0,01 para 0,1 mol.L-1 no compartimento anódico. No caso do sistema com seis compartimentos, após 136 h aplicando-se densidade de corrente de 6,64 mA.cm-², os resultados indicaram extração aproximada de 95 % para Co2+, Mn2+, Mg2+ e SO42-, e de 85 % para Cr3+. O aumento da concentração no compartimento concentrado foi de 178 % para Co2+, 145 % para Mn2+, 165 % para Mg2+ e 79 % para Cr3+. A eletrorrecuperação de cobalto foi alcançada somente com cátodo de aço inoxidável, permitindo extração de 80 % do cobalto da solução, com densidade de corrente de 14,3 a 28,6 mA.cm-2. Não foi detectada deposição de cromo. A precipitação por hidróxido não permitiu a separação do cobalto do cromo, e a precipitação do cobalto por ditionito de sódio não foi detectada. A resina M4195 teve o melhor rendimento de adsorção para o cobalto em relação ao cromo, alcançando quase 40 % de extração. Os resultados confirmaram a viabilidade da eletrodiálise para produzir soluções tratadas e soluções concentradas de íons. A troca iônica e a eletrorrecuperação tiveram os resultados mais promissores para recuperação de cobalto. Dessa forma, a rota proposta pode ser uma solução complementar para recuperação de cobalto advindo do processamento de minérios lateríticos, em relação à técnica de extração por solventes.
Título em inglês
Application of electrodialysis for concentration of metals from a multicomponent synthetic solution of a limonitic ore processing route aiming the selective recovery of cobalt.
Palavras-chave em inglês
Cobalt
Electrodialysis
Electrowinning
Hydrometallurgy
Ion exchange
Resumo em inglês
Due to the depletion of nickel contents in sulfide ores, new studies have been carried out to extract and process lateritic ores. The processing of these ores generates solutions containing cobalt, which could be recovered by solvent extraction. However, this technology has occupational health and fire hazards. As a possible alternative, electrodialysis is a technology used for the recovery of metals from liquid sources, allowing the separation of cations and anions by the application of an electric current in two electrodes. When compared to solvent extraction, it has lower consumption of chemicals, less generation of waste and energy operation. The objective of this work was to evaluate a hydrometallurgical route to recover a synthetic sulfate solution containing cobalt (II), magnesium (II), manganese (II) and chromium (III), simulating concentrations obtained in one step of the industrial processing of lateritic ores. For this, a transparent acrylic electrodialysis unit was constructed, with cationic and anionic ion exchange membranes. At the extremities of the unit, titanium electrodes coated with titanium oxide and ruthenium oxide (70TiO2/30RuO2), were positioned as the cathode and anode. Both the membranes and electrodes had 16 cm² of area. Two electrodialysis configurations were studied, one aiming at the recovery of ions and sulfuric acid, and the other aiming at the concentration of ions. Thereafter, from the concentrated solution, the cobalt recover was evaluated by three systems, electrowinning, precipitation and ion exchange. The electrowinning tests were performed with cobalt, aluminum and stainless steel cathodes. Titanium coated electrodes (70TiO2/30RuO2) were used as anode. In the precipitation tests, sodium hydroxide and sodium dithionite were used. The ion exchange tests were performed in batch mode, using five types of resins. For the system with five compartments, after 64 h applying a current density of 6.25 mA.cm-², the results indicated an approximate extraction of 76 % for Co2+, 69 % for Mn2+, 79 % for Mg2+ and 32 % for Cr3+. The recovery of sulfuric acid in the anode compartment was confirmed by the increase of the H2SO4 concentration from 0.01 to 0.1 mol.L-1. For the system with six compartments, after 136 h applying a current density of 6.64 mA.cm-², the results indicated an approximate extraction of 95 % for Co2+, Mn2+, Mg2+ and SO42-, and 85 % for Cr3+. The concentration increase in the concentrate compartment was 178 % for Co2+, 145 % for Mn2+, 165 % for Mg2+ and 79 % for Cr3+. The cobalt electrowinning was reached only with the stainless steel cathode, allowing an extraction of 80 % of the cobalt from the solution, with current density from 14.3 to 28.6 mA.cm-². No chromium deposition was detected. Precipitation by hydroxide did not allow the separation of cobalt from chromium, and precipitation of cobalt by sodium dithionite was not detected. The M4195 resin had the best adsorption yield for cobalt over chromium, achieving almost 40 % extraction. The results confirmed the feasibility of the electrodialysis to produce treated solutions and concentrated solutions of ions. Ionic exchange and electrowinning had the most promising results for cobalt recovery. Thus, the application of the proposed route may be a complementary solution for the recovery of cobalt from lateritic ores processing, compared to solvent extraction.
 
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Data de Publicação
2019-08-21
 
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