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Tipo: Dissertação
Título: Investigação do processo de passivação da superfície de arsenopirita (FeAsS) - uma abordagem teórica
Autor(es): Catarina Sampaio Furlani
primer Tutor: Heitor Avelino de Abreu
primer Co-tutor: Renata Diniz
primer miembro del tribunal : João Paulo Ataide Martins
Segundo miembro del tribunal: Bernardo Lages Rodrigues
Resumen: O setor extrativo mineral é uma das principais fontes de desenvolvimento econômico no Brasil, e o estado de Minas Gerais tem grande dependência sobre essa indústria. Os principais minérios extraídos são o de ferro e o de ouro, sendo o segundo encontrado normalmente associado a sulfetos minerais que acabam como rejeitos. O processo conhecido como drenagem ácida de minas (DAM) ocorre pela oxidação e dissolução desses sulfetos minerais que se encontram expostos a um ambiente úmido e oxidante, levando a um grande impacto ambiental causado pelo potencial de contaminação de solo e água. Nesta dissertação será abordado um método de mitigação da DAM, o micro encapsulamento transportador (MET), aplicado à arsenopirita (FeAsS), um sulfeto mineral que quando oxidado leva à dissolução também de espécies tóxicas de arsênio. Utilizando de metodologias DFT com ondas planas e bases localizadas, foram realizados cálculos para obter propriedades estruturais e eletrônicas da arsenopirita, tanto na forma bulk quanto na superfície (001), e dos agentes passivadores do método MET. Das caracterizações realizadas para a arsenopirita obteve-se parâmetros estruturais, além de evidências quanto ao seu perfil semicondutor, com grande contribuição do átomo de ferro tanto como receptor quanto como doador de elétrons. O agente passivante estudado foi o complexo [Al(cat)(OH)], em que (cat) representa o catecol, um composto sensível a interações redox, que se decompõe seletivamente sobre sulfetos minerais. Foram realizadas análises estruturais e eletrônicas destes sistemas. O método MET teve seu mecanismo estudado, com a adsorção do complexo na superfície (001) da arsenopirita previamente oxidada pela atuação de moléculas de água e de oxigênio, que se dissociaram para formar grupos hidroxila. As principais etapas analisadas foram de adsorção do complexo, a sua decomposição oxidativa, acompanhada da saída do ligante catecolato e a formação de espécies de oxi-hidróxido de alumínio que tem a função de passivar a arsenopirita, evitando a DAM. A ocorrência de cada etapa foi evidenciada por resultados da função de localização de elétrons (ELF), pela diferença de densidade de cargas – mostrando onde crescem e diminuem densidades eletrônicas compartilhadas por átomos do sistema –, e por integração da densidade de estados projetada sobre os átomos (PDOS).
Abstract: The mineral extraction sector is one of the main sources of economic development in Brazil, and the state of Minas Gerais is highly dependent on this industry. The main ores mined are iron and gold; the second is usually found associated with sulfide minerals that end up as tailings. The process known as acid mine drainage (AMD) occurs by the oxidation and dissolution of these sulfide minerals that are exposed to a humid and oxidizing medium, leading to an important environmental impact caused by the potential for soil and water contamination. In this dissertation, a method for mitigating AMD, the carrier micro-encapsulation (CME), applied to arsenopyrite (FeAsS), a sulfide mineral that, when oxidized, also leads to the dissolution of toxic arsenic species. Using DFT methodologies with plane waves and localized bases, the calculations were performed to obtain structural and electronic properties of arsenopyrite, both in bulk and on the surface (001), and of the passivating agents of the CME method. From the characterizations carried out for arsenopyrite, structural parameters were obtained, in addition to evidence regarding its semiconductor profile, with a significant contribution from the iron atom both as receptor and electron donor. The passivating agent studied was the [Al(cat)(OH)] complex, in which (cat) represents catechol, a compound sensitive to redox interactions, which decomposes selectively on mineral sulfides. Structural and electronic analyzes of these systems were carried out. The CME method had its mechanism studied, with the adsorption of the complex on the surface (001) of arsenopyrite previously oxidized by the action of water and oxygen molecules, which dissociate to form hydroxyl groups. The main steps analyzed were the adsorption of the complex, its oxidative decomposition, accompanied by the exit of the catecholate ligand and the formation of aluminum oxy-hydroxide species which has the function of passivating the arsenopyrite, avoiding AMD. The occurrence of each stage was evidenced by the results of the electron localization function (ELF), by the difference in charge density - showing where electronic densities shared by atoms in the system increase and decrease -, and by integration of the projected density of states on the atoms (PDOS).
Asunto: Físico-química
Sulfetos
Minas Drenagem
Resíduos
Oxidação
Funcionais de densidade
Adsorção
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Curso: Programa de Pós-Graduação em Química
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/38430
Fecha del documento: 10-jun-2021
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