Efeito da densidade de corrente, simulada a partir da variabilidade da irradiância solar, sobre a eficiência da eletrorrecuperação de zinco e qualidade do produto

dc.creatorJuliana Karla Leite Silva Monteiro
dc.date.accessioned2022-10-24T19:44:50Z
dc.date.accessioned2025-09-09T01:20:12Z
dc.date.available2022-10-24T19:44:50Z
dc.date.issued2022-04-12
dc.description.abstractThe present work evaluates the effects of current density at fixed or highly-variable intensities on the energy efficiency of the zinc electrowinning process and quality of the final product. Considering the uncertainties regarding the availability and future price of electricity, it is demanding to evaluate the use of renewable sources, such as solar energy, in metallurgical processes. Different current profiles were simulated from the variability of solar irradiance, which depends on the Earth's revolution and rotation and movement of different types of clouds in the atmosphere. The approach followed in this work consisted in the use of multiparameter procedure for classifying days according to the variability of solar irradiance and use of classical algorithm to simulate the performance of photovoltaic systems. The simulated direct current (DC), generated from numerical simulations, was then applied to the zinc electrodeposition process, which was selected as a case study mainly due to its intensive energy consumption. The simulations resulted in average current densities in the range 261-809Am-2. The current efficiencies and specific energy consumptions calculated for the process were considered satisfactory (>90% and <3000kWht-1). The characterization of zinc deposits, which are porous due to typical secondary cathodic reaction (i.e., hydrogen evolution), revealed that the products obtained with highly-variable current density are rougher than those produced with constant current density. Bending measurements of different samples revealed increasing resistances by increasing the average current density, which, however, did not lead to their fracture or breakage during the stripping. Zinc electrowinning tests from electrolytes containing magnesium ions (Mg2+), an impurity commonly present in the industrial solution, indicated a small and gradual decrease of current efficiency and increase of energy consumption by increasing the impurity concentration in the solution. Regarding the main features of zinc deposits obtained from electrolytes containing Mg2+ ions, increases in the amount of pores and nodules were observed, which, however, did not affect their behavior during the bending tests. Hence, the results obtained in this work suggest the applicability of highly-variable current density, obtained from PV systems, for producing zinc with efficiency and quality suitable for industrial production.
dc.description.sponsorshipOutra Agência
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/46549
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia metalúrgica
dc.subjectMetalurgia extrativa
dc.subjectGeração de energia fotovoltaica
dc.subjectZinco - Metalurgia
dc.subjectRadiação solar
dc.subject.otherEnergia solar fotovoltaica
dc.subject.otherIrradiância solar
dc.subject.otherCorrente contínua simulada
dc.subject.otherEletrodeposição
dc.subject.otherZinco
dc.titleEfeito da densidade de corrente, simulada a partir da variabilidade da irradiância solar, sobre a eficiência da eletrorrecuperação de zinco e qualidade do produto
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Daniel Majuste
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3762027331221113
local.contributor.referee1Virginia Sampaio Teixeira Ciminelli
local.contributor.referee1Rodrigo Alberto Moreira Gomes
local.contributor.referee1Matheus Pereira
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1212290223078683
local.description.resumoA presente dissertação de mestrado discute os efeitos da densidade de corrente, fixa ou altamente variável, sobre a eficiência energética do processo de eletrorrecuperação de zinco e qualidade do produto. Tendo em vista as incertezas acerca do preço futuro e disponibilidade de energia elétrica, faz-se necessário avaliar o uso de fontes renováveis, como a energia solar, para alimentação de processos metalúrgicos. Diferentes perfis de corrente elétrica foram simulados a partir da variabilidade da irradiância solar, o que depende da revolução e rotação da Terra e da movimentação de diferentes tipos de nuvens na atmosfera. A abordagem experimental adotada consistiu na adoção de procedimento multiparâmetros para classificação dos dias conforme a variabilidade da irradiância solar e uso de algoritmo consolidado para simular o desempenho de sistemas fotovoltaicos. A corrente elétrica contínua, gerada a partir de simulações numéricas, foi aplicada à eletrodeposição de zinco, processo selecionado devido ao consumo intensivo de energia. As simulações resultaram em densidades de corrente médias na faixa 261 a 809Am-2. As eficiências de corrente e consumos específicos de energia calculados para o processo foram satisfatórios (>90% e <3000kWht-1, respectivamente). A caracterização dos depósitos de zinco, normalmente porosos devido a reação secundária típica (i.e., evolução de hidrogênio), revelou que os materiais produzidos com densidade de corrente altamente variável são visivelmente mais rugosos. A medição da resistência à flexão dos depósitos indicou resistências crescentes com o aumento da densidade de corrente média, o que, no entanto, não causou a sua fratura ou quebra durante o estripamento. Ensaios de eletrorrecuperação de zinco a partir de eletrólito contendo íons magnésio (Mg2+), impureza tipicamente presente na solução industrial, demonstraram uma pequena diminuição gradual da eficiência de corrente e aumento do consumo de energia, com a elevação da concentração dessa impureza. O aumento de íons Mg+2 no eletrólito aumentou a quantidade de poros nos depósitos de zinco e nódulos foram observados, o que não alterou significativamente o comportamento mecânico do material durante os ensaios de dobramento. Portanto, os resultados obtidos no presente trabalho sugerem a aplicabilidade de uma densidade de corrente altamente variável, obtida a partir de sistemas fotovoltaicos, para a produção de zinco com eficiência e qualidade adequadas a produção industrial.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas

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