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Type: Dissertação
Title: Melhorias na cementação seletiva de Cd e Ni/Co a partir do eletrólito industrial de zinco
Other Titles: Improvements in the selective cementation of Cd and Ni/Co from zinc industrial electrolyte
Authors: Daísa Carolina Alves Gonçalves
First Advisor: Virginia Sampaio Teixeira Ciminelli
First Referee: Daniel Majuste
Second Referee: Versiane Albis Leão
Third Referee: Adelson Dias de Souza
Abstract: A remoção seletiva de cádmio, cobalto e níquel a partir de eletrólito preparado em escala laboratorial e do eletrólito de sulfato de zinco industrial (150-160g.L-1) foi investigada. A remoção seletiva de cádmio (de 640-740mg.L-1 a < 1mg.L-1) foi alcançada em temperatura ambiente, com adição estagiada do pó de zinco, utilizando uma razão molar de zinco/metais de 300%. Esta razão molar é 50% inferior àquelas encontradas industrialmente (e.g., 600-1800%). Um cemento enriquecido em cádmio (29% (m/m) vs. aprox. 7% (m/m) nas amostras industriais), com baixo teor de níquel (0,05% (m/m)), considerado o mais prejudicial à esponja de cádmio, foi produzido no primeiro estágio da purificação. O teor de zinco no cemento de cádmio foi 20% inferior quando comparado ao cemento industrial. Formações dendríticas com predominância de cádmio foram observadas na camada externa do produto de cementação, com teores aproximados de 60% Cd, 18% Zn, 14% O e 8% Cu, de acordo com análises de EDS pontual. Em um segundo estágio foi realizada a cementação de cobalto e níquel. Os ensaios foram conduzidos em temperatura de 85ºC, com adição dos ativadores cobre e antimônio. O aumento na concentração de cobre (0, 40, 100, 200mg.L-1) na presença de 10mg.L-1 antimônio favoreceu a remoção destas impurezas. No entanto, problemas relacionados à redissolução do cemento foram identificados e a especificação industrial não foi atendida. A pré-ativação do pó de zinco em solução contendo 10mg.L-1 Sb e 200mg.L-1 Cu permitiu atingir elevados percentuais de remoção de cobalto e níquel (98,5%), nos primeiros 30min de reação. Em eletrólito industrial, a presença de 150-160g.L-1 Zn não afetou a remoção de cobalto que foi equivalente a 97,7% com a utilização do pó de zinco grosseiro (Znc d50 ≈ 0,14mm) e de 98% com o pó de zinco mais fino (Znf d50 ≈ 0,012mm) em apenas 30min. No entanto, a presença dos íons zinco dificultou a cementação do níquel para as diferentes granulometrias do pó de zinco. O máximo percentual de remoção foi de 87%, em 60min, com o pó de zinco grosseiro (Znc d50 ≈ 0,14mm). A especificação industrial para a solução purificada que alimenta o processo de eletrorrecuperação do zinco foi alcançada para o cobalto (< 0,2mg.L-1) e níquel (< 0,5mg.L-1), após 60min de reação. Diferenças na morfologia foram observadas no pó de zinco antes e após a ativação. Na presença dos ativadores, Cu e Sb, a superfície do pó de zinco tornou-se mais rugosa e estruturas plaquetárias foram formadas. A presença do núcleo bem definido de zinco e da camada de produto compacta, aderente e externa foi observada nos produtos de cementação a partir dos eletrólitos sintéticos e industriais. Esta camada é formada majoritariamente por Zn, O, S e em menores proporções Cu, Co, Ni e Sb. Com base nos resultados obtidos um fluxograma de purificação em dois estágios foi proposto para produzir um cemento rico em cádmio, com baixo teor de níquel (0,05% (m/m)) e um cemento de cobalto-níquel. O processo permite a redução do consumo do pó de zinco e energia, bem como do tempo de reação.
Abstract: The selective removal of cadmium, cobalt and nickel from electrolyte prepared on a laboratory scale and industrial zinc sulfate electrolyte (150-160g.L-1) was investigated. The selective removal of cadmium (from 640-740mg.L-1 to < 1mg.L-1) was achieved at ambient temperature, with the staged addition of zinc dust, using a molar zinc/metals ratio of 300%. This molar ratio is 50% lower than those found industrially (e.g., 600-1800%). A cadmium-enriched cement (29% (wt.%) vs. approx. 7% (wt.%) in industrial samples), with a low nickel content (0.05% (wt.%)), considered the most damaging to the cadmium sponge, it was produced in the first stage of purification. The zinc content in cadmium cement was 20% lower when compared to industrial cement. Dendritic formations with a predominance of cadmium were observed in the outer layer of the cementation product, with contents of approximately 60% Cd, 18% Zn, 14% O, and 8% Cu, according to point EDS analyze. In a second stage, the cementation of cobalt and nickel was carried out. The tests were conducted at a temperature of 85ºC, with the addition of activators copper and antimony. The increase in copper concentration (0, 40, 100, 200mg.L-1) in the presence of 10mg.L-1 antimony favored the removal of these impurities. However, problems related to cement redissolution have been identified and the industrial specification has not been met. The pre-activation of the zinc dust in a solution containing 10mg.L-1 Sb and 200mg.L-1 Cu allowed to reach high percentages of cobalt and nickel removal (98.5%), in the first 30min of reaction. In industrial electrolyte, the presence of 150-160g.L-1 Zn did not affect the removal of cobalt, which was equivalent to 97.7% with the use of coarse zinc dust (Znc d50 ≈ 0.14mm) and 98% with the finest zinc dust (Znf d50 ≈ 0.012mm) in just 30min. However, the presence of zinc ions hindered the cementation of nickel for the different granulometry of zinc dust. The maximum percentage of removal was 87%, in 60min, with coarse zinc dust (Znc d50 ≈ 0.14mm). The industrial specification for the purified solution that feeds the zinc electrowinning process was achieved for cobalt (< 0.2mg.L-1) and nickel (< 0.5mg.L-1), after 60min of reaction. Differences in morphology were observed in the zinc dust before and after activation. In the presence of the activators, Cu and Sb, the surface of the zinc dust became rougher and platelet structures were formed. The presence of the well-defined zinc core and the compact, adherent, and external product layer was observed in the cementation products from synthetic and industrial electrolytes. This layer is formed mainly by Zn, O, S and in smaller proportions Cu, Co, Ni, and Sb. Based on the results obtained, a two-stage purification flowsheet was proposed to produce a cadmium-rich cement, with a low nickel content (0.05% (wt.%)) and a cobalt-nickel cement. The process allows the reduction of zinc dust and energy consumption, as well as the reaction time.
Subject: Engenharia metalúrgica
Tecnologia mineral
Hidrometalurgia
Recuperação de metais
Zinco - Metalurgia
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/44501
Issue Date: 30-Oct-2020
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