Crystallization of niobium compounds from Fe-Nb alloy fines alkaline liquor

Abstract

O consumo de compostos à base de nióbio aumentou nas últimas décadas devido à sua crescente gama de aplicações. Os avanços tecnológicos e industriais recentes elevaram a demanda por nióbio (Nb), especialmente nos setores de aviação, construção civil, componentes eletrônicos e de comunicação, energia, além das indústrias automotiva, metalúrgica e siderúrgica. Nesse contexto, embora essas aplicações ainda não tenham atingido o fim de vida, investigar a recuperação de Nb a partir de fontes secundárias torna-se necessária para a produção de novos compostos com alto valor econômico. Como fonte secundária modelo, foram escolhidas as partículas finas fora dos padrões comerciais que são descartadas no processamento de ligas Fe-Nb, tornando-se passivos para a indústria metalúrgica. A química do nióbio em meio aquoso é complexa e pouco explorada, havendo escassez de dados de solubilidade na literatura. Por isso, foi realizada uma avaliação termodinâmica das propriedades físico-químicas e da especiação do sistema Nb-K-H2O utilizando os softwares PHREEQC e OLI Studio Stream Analyzer. O objetivo foi avaliar a influência de parâmetros de processos (composição química, pH, temperatura e supersaturação) na cristalização de niobato de potássio e ácido nióbico. Para o estudo experimental de solubilidade, o ácido nióbico (Nb2O5·nH2O HY-340) e o niobato de potássio (mistura cristalizada das fases K4Nb6O17 e KNbO3) foram avaliados em função da temperatura em diferentes concentrações de solução de KOH (0 a 2 mol/L). As medições experimentais de solubilidade foram realizadas utilizando o Crystal 16. O tempo de equilíbrio do ácido nióbico em meio alcalino também foi avaliado. Esses resultados são essenciais para o desenvolvimento do conhecimento científico e tecnológico sobre o nióbio em meio aquoso, que é escasso na literatura. Partículas finas de liga Fe-Nb foram lixiviadas em KOH a T= 96 ºC, produzindo um licor alcalino e permitindo a recuperação de compostos de nióbio a temperaturas relativamente baixas e pressão atmosférica. O niobato de potássio foi obtido por cristalização a partir do resfriamento da solução alcalina de potássio, sendo utilizado como precursor para a produção de ácido nióbico e, posteriormente, óxido de nióbio. Apesar da cinética de cristalização lenta, verificada à diferentes taxas de resfriamento, as análises de DRX e composição química confirmaram a formação de fases cristalinas – KNbO3 e K4Nb6O17 – e a microscopia óptica mostrou cristais em forma de placa isolados em sua maioria. Por outro lado, ácido nióbico amorfo foi obtido por precipitação de uma solução de niobato de potássio com H2SO4 a 0,50 e 0,25 mol/L. Um protocolo de lavagem foi implementado para eliminar as impurezas do ácido nióbico precipitado. Após calcinação a 900ºC por 5 horas, o DRX revelou a presença de uma fase de niobato de potássio (K2Nb8O21) com morfologia em forma de bastões. Este trabalho fornece a base para a futura recuperação e valorização de produtos contendo nióbio a partir de resíduos em direção à circularidade e ressalta a viabilidade de recuperar compostos de nióbio a partir de fontes secundárias em condições amenas de temperatura e pressão.