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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.59.2017.tde-21062017-112107
Document
Author
Full name
Douglas Luis da Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2017
Supervisor
Committee
Serra, Osvaldo Antonio (President)
Demets, Gregoire Jean Francois
Ribeiro, Anderson Orzari
Rosa, Ieda Lucia Viana
Title in Portuguese
Recuperação de terras raras contidas em catalisadores exauridos utilizados no craqueamento do petróleo (FCC), e em pós-fosfóricos de lâmpadas fluorescentes descartadas
Keywords in Portuguese
Catalisador exaurido FCC
Extração
Recuperação
Terras raras
Abstract in Portuguese
As zeólitas sintéticas contendo terras raras (TR) são os componentes principais de catalisadores FCC (Fluid Catalytic Cracking) empregados no craqueamento do petróleo e a porcentagem de TR nestes catalisadores pode chegar a 5%. As TR são adicionadas às zeólitas tipo Y para melhorar sua estabilidade térmica e hidrotérmica durante o processo de refino do petróleo. A produção brasileira destes catalisadores está em torno de 25 mil toneladas por ano, necessitando, para tanto, de 900 toneladas de óxido de lantânio no mesmo período. Atualmente, a China é responsável por 90% da produção e comercialização mundial das TR. Desde 2010, a China controla os preços das mesmas (ao final de 2011 chegou a elevar o preço do lantânio em mais de 20 vezes), bem como reduziu substancialmente sua cota de exportação. É nesse contexto que surge a necessidade da reciclagem de materiais que possuem TR em sua constituição, como é o caso dos catalisadores FCC provenientes do craqueamento do petróleo. Outra fonte que merece destaque, tendo sido igualmente explorada neste trabalho, é os pós-fosfóricos responsáveis por gerar a luz branca em lâmpadas fluorescentes. Atualmente a Rhodia, do grupo Solvay, já iniciou a recuperação das TR em pós-fosfóricos. As principais TR utilizadas em lâmpadas fluorescentes são La, Ce, Eu, Tb e Y, encontrados nos compostos Y2O3:Eu3+, BaMgAl10O17:Eu2+ e LaPO4:Ce3+,Tb3+. Os elementos Eu, Tb e Y têm alto valor agregado, representando de 5 a 20% em massa dos pós-fosfóricos. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia economicamente viável e, sobretudo, com baixa utilização e produção de substâncias perigosas para a separação e recuperação de íons de TR contidos na zeólita tipo Y, componente dos catalisadores FCC desativados, previamente empregados no craqueamento de petróleo, bem como em lâmpadas fluorescentes. Inicialmente, realizou-se a caracterização preliminar dos componentes dos catalisadores FCC desativados. Posteriormente, buscou-se o desenvolvimento de metodologias de separação química para obtenção dos elementos de TR e caracterização dos mesmos por diversas técnicas, tais como espectroscopia de fotoluminescência, fluorescência de Raios-X, titulometria de complexação, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho
Title in English
Recovery of rare earth elements from exhausted cracking catalysts (FCC) and from phosphoric powders of fluorescent lamps
Keywords in English
Exhausted FCC catalyst
Extraction
Lamps
Rare earths
Recovery
Abstract in English
Synthetic zeolites containing rare earths (RE) are the major components of FCC (Fluid Catalytic Cracking) catalysts used in petroleum cracking, where the percentage of such elements is about 5%. RE ions improve the thermal and hydrothermal stability of zeolites-Y during the petroleum refining process. The Brazilian production of these catalysts is around 25 thousand tons per year, requiring 900 tons of lanthanum oxide in the same period. Currently, China is responsible for 90% of the world production and market of RE. Since 2010, China controls the prices of RE elements and substantially reduced the exportation quota. For instance, by the end of 2011 the price of lanthanum was risen by more than 20 times. In this context, the search for recycling materials that have rare earths in their constitution becomes crucial, as is the case of the FCC catalysts from the cracking of petroleum. Another source that deserves significant attention is the phosphoric powders that generate white light in fluorescent lamps, which were also investigated in this work. Rhodia from the Solvay group has already begun the recovery of rare earths in phosphoric powders. The main RE used in fluorescent lamps are La, Ce, Eu, Tb and Y, which occur as Y2O3: Eu3+, BaMgAl10O17:Eu2+ and LaPO4:Ce3+, Tb3+. Eu, Tb and Y are high-value elements, representing by 5 20% of the total mass of phosphoric powders. Therefore, the aim of this work was to develop economically feasible and environmental friendly methodologies for the separation and recovery of RE ions from zeolite-Yin deactivated FCC catalysts and from fluorescent lamp phosphors. To this end, we firstly performed a preliminary characterization of the components of deactivated FCC catalysts. The following steps comprised the development of chemical separation methodologies to obtain rare earth elements and their characterization by several techniques such as photoluminescence spectroscopy, X-ray fluorescence, complexation titration, scanning electron microscopy and infrared spectroscopy
 
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Publishing Date
2017-08-03
 
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