Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/50672
Type: Dissertação
Title: Caracterização e desenvolvimento de processos térmicos para a aplicação do rejeito jarosita
Authors: Vinícius Fernando Coelho Sampaio
First Advisor: Rochel Montero Lago
First Referee: Patrícia Alejandra Robles Azocar
Second Referee: Fabrício Vieira de Andrade
Abstract: A atividade de mineração é responsável por inúmeros impactos ambientais, como as barragens de rejeitos. O zinco é um metal de apreciável valor econômico e a sua produção ocorre predominantemente por processos hidrometalúrgicos. A rota hidrometalúrgica RLE é utilizada pela mineradora relacionada com esta pesquisa e produz mensalmente enormes quantidades do rejeito jarosita. O objetivo deste trabalho foi estudar criteriosamente a jarosita e propor duas rotas de tratamento térmico em atmosfera oxidante e redutora, de forma a recuperar os gases de interesse NH3 e SO3 e buscar aplicações viáveis para o sólido formado ao final do aquecimento. Além disso, foi estudada a possibilidade de formar uma solução ácida a partir da dissolução do SO3 em H2O. Inicialmente a jarosita foi caracterizada por diferentes técnicas físico-químicas, sendo essas: Análise Termogravimétrica (TG), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microanálise por Espectroscopia de Raios X por Dispersão em Energia (EDS), Fluorescência de Raios X (FRX), Análise Elementar por CHN, Análise Elementar por Absorção Atômica e Análise Elementar por ICP-OES. Essas caracterizações foram fundamentais para identificar as temperaturas onde ocorre a emissão dos gases, as características estruturais, morfológicas e químicas da jarosita. Duas atmosferas de tratamento térmico foram propostas: oxidante e redutora. Na atmosfera oxidante foi utilizado um fluxo de Ar e na redutora, H2/N2 ou CO, a partir da queima do carvão vegetal. As taxas de recuperação dos gases e da concentração da solução formada pela dissolução do SO3 em H2O, foram quantificadas por titulações ácido-base. As amostras sólidas obtidas nas duas atmosferas de tratamento térmico, assim como a jarosita, foram caracterizadas por diferentes técnicas físico-químicas, no intuito de identificar as transformações cristalinas que ocorreram durante o aquecimento, a composição mineralógica e a quantificação das principais fases minerais presentes ao final das reações. Foi proposto um escalonamento da quantidade de jarosita submetida ao tratamento térmico com a utilização de um reator de aço sem fluxo controlado de gás e um forno rotativo industrial. Os materiais sólidos obtidos nesses novos sistemas também foram caracterizados. Por fim, um estudo de viabilidade técnica e econômica foi realizado para avaliar se as rotas térmicas propostas neste trabalho são capazes de gerar valor econômico para a mineradora e minimizar os impactos ambientais causados por sua atividade extrativa.
Abstract: Mining activity is responsible for numerous environmental impacts, such as tailings dams. Zinc is a metal of appreciable economic value and its production occurs predominantly by hydrometallurgical processes. The RLE hydrometallurgical route is used by the mining company involved in this research and produces huge amounts of jarosite tailings monthly. The objective of this work was to carefully study jarosite and propose two thermal treatment routes in an oxidizing and reducing atmosphere, in order to recover the gases of interest NH3 and SO3 and seek viable applications for the solid formed at the end of heating. Furthermore, the possibility of forming an acid solution from the dissolution of SO3 in H2O was studied. Initially, jarosite was characterized by different physicochemical techniques, namely: Thermogravimetric Analysis (TG), X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersion X-Ray Spectroscopy (EDS) Microanalysis, X-Ray Fluorescence (FRX), Elemental Analysis by CHN, Elemental Analysis by Atomic Absorption and Elemental Analysis by ICP-OES. These characterizations were fundamental to identify the temperatures where the emission of gases occurs, the structural, morphological and chemical characteristics of jarosite. Two heat treatment atmospheres were proposed: oxidizing and reducing. In the oxidizing atmosphere, an Ar flow was used and in the reducing one, H2/N2 or CO, from the burning of charcoal. The gas recovery rates and the concentration of the solution formed by the dissolution of SO3 in H2O were quantified by acid-base titrations. The solid samples obtained in the two heat treatment atmospheres, as well as the jarosite, were characterized by different physicochemical techniques, in order to identify the crystalline transformations that occurred during heating, the mineralogical composition and the quantification of the main mineral phases present in the end of reactions. It was proposed to scale the amount of jarosite subjected to heat treatment using a steel reactor without controlled gas flow and an industrial rotary kiln. The solid materials obtained in these new systems were also characterized. Finally, a technical and economic feasibility study was carried out to assess whether the thermal routes proposed in this work are capable of generating economic value for the mining company and minimizing the environmental impacts caused by its extractive activity.
Subject: Química ambiental
Zinco - Minas e mineração
Resíduos - Reaproveitamento
Hidrometalurgia
Viabilidade econômica
Termogravimetria
Raios X - Difração
Elementos traços - Análise
Microscopia eletrônica de varredura
Espectroscopia de absorção atômica
Fluorescência de raio X
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/50672
Issue Date: 19-Dec-2022
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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