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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Mecanismo de oxidação da pirita: uma abordagem através de cálculos DFT
Authors: Egon Campos dos Santos
First Advisor: Helio Anderson Duarte
First Referee: Luciano Andrey Montoro
Second Referee: Josefredo Rodriguez Pliego Junior
Abstract: O conhecimento sobre a química dos sulfetos minerais e em particular o conhecimento sobre a química da pirita é de grande importância atualmente. A pirita é sulfeto mineral mais abundante na crosta terrestre geralmente associado a metais de valor econômico. Ao ser exposta ao ar atmosférico e à umidade ocorre a sua oxidação gerando as espécies SO4 2-, Fe2+ e H+ no meio. O ácido formado contribui, por sua vez, para a acidificação de aquíferos e leitos e pode, também, lixiviar metais pesados das rochas, contaminando o solo. Esse fenômeno é chamado de Drenagem Ácida de Mina (DAM) e resulta em importante impacto para o meio ambiente. Por causa disso, há um grande número de trabalhos científicos da pirita e de sua superfície de clivagem para entender melhor a reatividade química desse mineral na presença de oxigênio e água. Metodologias teórico-experimentais têm sido empregadas com êxito, estabelecendo assim uma imagem química sobre a reatividade de sólidos ao nível atômico e molecular. Dentre as metodologias teóricas empregadas, a DFT/ondas planas é largamente utilizada por fornecer resultados em acordo com dados experimentais e, ao mesmo tempo, apresentar custo computacional aceitável. Esta metodologia foi utilizada para investigar o mecanismo de oxidação da pirita na presença de moléculas de água e oxigênio. As propriedades (estruturais, eletrônicas, magnéticas e químicas) da pirita e de sua superfície de clivagem foram elucidadas. A superfície de clivagem foi modelada para avaliar a sua reatividade em relação aos adsorbatos oxigênio e água. A água adsorve com um valor da energia de adsorção calculado de -14,5 kcal mol-1, um valor próximo ao encontrado experimentalmente (~ -10 kcal mol-1). A adsorção do oxigênio foi avaliada com diferentes modos de coordenação com a superfície (100) da pirita. As etapas iniciais do mecanismo de oxidação da pirita e os estados de transição foram estudadas. Os mecanismos das reações que envolvem a formação das espécies: OH2, O2-, O2 -, OH- e OOH-, sobre a superfície foi determinado. Estes resultados nos levaram a uma nova proposta de mecanismo de oxidação da pirita na presença de oxigênio e água.  
Abstract: The knowledge of sulfide minerals and, particularly, the knowledge about pyrite chemical properties has great importance currently. As the most abundant sulfide mineral in the earth's crust, pyrite is the main component of mine wastes. When exposed to atmospheric air gases and humidity its oxidation generates SO4 2-, Fe2+ and H+ species in the medium. The acid formed contributes to acidification of acquifers and beds, and also can leach heavy metals from rocks, contaminating the soil. This phenomenon is called Acid Mine Drainage (AMD) and results inseverous consequences for the environment. Because of this, there are a lot of scientific work focused on understand of pyrite reactivity in the presence of oxygen and water molecules, but in most cases available experimental techniques have no satisfactory results. Theoretical andexperimental methodologies have been employed obtaining great success, establishing a chemical picture on the reactivity of solids at molecular level. Among the theoretical methodologies employed, the DFT has been widely used for providing results according to the experimental observation and, at the same time, it is able to perform calculations with a reasonable computational cost. Therefore, this study was a theoretical study of the reactivity of pyrite in the presence of water and oxygen molecules. Structural, electronic, magnetic and chemical properties of pyrite and its cleavage surface were elucidated. The DFT/PBE/Planewaves methodology employed at this work showed good agreement with the experimental data. The cleavage surface was modeled to assess their reactivity with respect to oxygen and wateradsorbates. The water molecules adsorbed with an energy of -14.5 kcal mol-1, a value close to that is found experimentally (~ -10 kcal mol-1). The adsorption of oxygen was evaluated using different coordination modes with the surface (100) of pyrite. The initial steps of the pyriteoxidation mechanism have been studied. The reactions involving the formation of OH2, O2-, O2 -, OH- and OOH- species were found. With the results obtained, a new interpretation of the oxidation mechanism will be made at the end of this work.
Subject: Química inorgânica
Minerais de sulfeto
Funcionais de densidade
Minas Drenagem
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-A7EJAD
Issue Date: 28-Jan-2016
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