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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-22082016-110903
Documento
Autor
Nome completo
Ariane Gaspari Oliveira Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Tenório, Jorge Alberto Soares (Presidente)
Bernardes, Andrea Moura
Souza, Adelson Dias de
Título em português
Recuperação de óxido de escândio de alta pureza de resíduos industriais da cadeia de produção do níquel.
Palavras-chave em português
Cyanex 923
Escândio
Extração por solventes
Lixiviação
Resíduos
Terras raras
Resumo em português
O Escândio é um elemento terra rara, utilizado principalmente em ligas de alumínio, células combustíveis de óxido sólido e na produção de lâmpadas de haletos metálicos. Apesar de ser o 31° elemento mais abundante na crosta terrestre, raramente é encontrado concentrado na crosta terrestre, e sua produção é sempre associada ao processamento de outros minerais na forma de um subproduto, ou a recuperação de sucata. Minérios de Níquel podem conter teores de Sc variando de 50 a 350ppm e resíduos gerados durante seu processamento pode concentrar o Sc acima de 1000ppm. A recuperação do Escândio de um resíduo da cadeia de produção do Níquel foi estudada, de modo a obter um óxido com pureza acima de 99,0% para aplicações industriais. O resíduo utilizado é um precipitado, na forma de hidróxido, e contém principalmente Fe, Cu, Ni e Co, sendo o teor de Escândio em base seca aproximadamente 1000ppm. O processo de recuperação proposto consiste na lixiviação atmosférica do resíduo, precipitação seletiva para concentração do escândio e extração por solventes. A lixiviação atmosférica em meio sulfúrico 2,0mol.L-1 a 70°C permitiu a recuperação de 92,5% do Escândio contido no resíduo. Entretanto, não foi seletiva, lixiviando também parte dos demais metais presentes. Após a lixiviação para concentrar o Escândio, antes da extração por solventes, foi realizada uma precipitação com NaOH. O intuito foi precipitar o Fe, principal contaminante presente no lixiviado, entretanto ocorreu a co-precipitação de 95,5% do Sc junto a 65,6% Fe em pH 2,0. O precipitado representou uma concentração do Escândio do resíduo em 5,6 vezes. Esse concentrado de Escândio obtido foi dissolvido em solução de H2SO4 para recuperação do Escândio por extração por solventes. O extrante escolhido foi o Cyanex 923, uma mistura de óxidos alquil-fósfinicos. O mecanismo de extração do Sc pelo Cyanex 923 observado foi a solvatação e a estequiometria da reação 1:2. Foi observado um aumento na extração do Sc com o aumento da concentração de H+. O processo de extração do Sc com o Cyanex 923 é exotérmico, sendo favorecido a temperatura ambiente. O teor de Fe na solução aquosa antes da extração é 35 vezes maior que o Escândio, e apesar do Cyanex 923 ser mais seletivo para o Sc do que para o Fe, parte do Fe é co-extraído. O Fe co-extraído foi removido da fase orgânica por meio de uma lavagem com H2SO4 3mol.L-1 com uma perda de Sc de 1,3%. A reextração do Sc na fase orgânica não foi efetiva utilizando ácidos fortes devido a formação de um complexo estável. Foi utilizado ácido oxálico, técnica consolidada para reextração de terras raras, para recuperação do Sc da solução orgânica e a recuperação do Sc foi de 84,3% para uma solução com 4,0% de ácido oxálico. O oxalato de Sc precipitado foi recuperado por filtração e calcinado a 600°C. O óxido obtido apresentou pureza mínima de 99,0%.
Título em inglês
Recovery of high purity scandium oxide from industrial wastes of nickel production.
Palavras-chave em inglês
Cyanex 923
Leaching
Rare earths
Residues
Scandium
Solvent extraction
Resumo em inglês
Scandium is a rare earth element, used mainly in special aluminum alloys, SOFC's and metal halide lamps production. Despite of being the 31st element more abundant in Earth's Crust, it is rarely found concentrated in ores, and its production is always related to other minerals processing as a by-product or scrap recovering. Scandium content in Nickel ore may vary between 50 and 350ppm and residues produced during its processing can concentrate Sc above 1000ppm. Scandium recovery from a residue of Nickel processing was studied in order to obtain an oxide with purity higher than 99,0% for industrial applications. The residue used is a hydroxide precipitate, which contains mainly Fe, Cu, Ni and Co, Sc content is around 1000ppm (dry basis). The recovery process proposed consists in atmospheric leaching of the residue, selective precipitation to concentrate the Scandium and solvent extraction. The atmospheric leaching in sulfuric acid 2,0mol.L-1 at 70°C allowed the recovery of 92,5% of the Scandium present in the residue. However it was not selective and part of the other metals present in the residue were also leached. After leaching, in order to concentrate the Sc before solvent extraction, a precipitation with NaOH was performed. The initial aim was to precipitate the Iron - main contaminant present in the leach liquor - nevertheless it occurred the co-precipitation of 95,5% of the Sc besides 65,6% of Fe in pH 2,0. The precipitantion represented a concentration of the Sc in the residue of 5,6 times. The Scandium concentrate obtained was dissolved in a sulfuric acid solution to Sc recovery by solvent extraction. The extractant selected was Cyanex 923, a mixture of alkyl-phosphinic oxides. The mechanism of extraction of Scandium observed was solvation and reaction stechiometry was 1:2. It was observed an increase in Sc extraction rates by increasing the concentration of H+. The extraction of Scandium with Cyanex 923 is exothermic, and favorable at room temperature. The Iron content in aqueous solution before extraction is 35 times higher than that of Scandium, and even though Cyanex 923 being more selective for Sc than Fe, part of the Fe is co-extracted. The Fe co-extracted was removed of the organic phase by H2SO4 3mol.L-1 scrubbing with a Sc loss of 1,3%. The stripping of Scandium from organic phase was not accomplished by using strong acids due to formation of a stable complex. Afterwards, it was used oxalic acid - a technique consolidated for rare earths stripping - and the Sc recovery of organic phase was 84,3% with a solution of 4,0% oxalic acid. The Scandium oxalate precipitated was recovered by filtration and calcinated at 600°C. The Scandium oxide obtained presented 99,0% minimum purity.
 
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Data de Publicação
2016-08-22
 
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