Efeito da relação estequiométrica ZN:IN na cementação de índio e nas características do cemento no contexto da recuperação do metal a partir de telas de cristal líquido
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Versiane Albis Leão
Virginia Sampaio Teixeira Ciminelli
Fernando Luciano Alves de Souza
Virginia Sampaio Teixeira Ciminelli
Fernando Luciano Alves de Souza
Resumo
Este estudo examina o efeito da razão molar zinco:índio (Zn:In) na cementação de índio em meio sulfúrico, sua correlação com acidez, temperatura e concentração de índio na solução, e impacto na recuperação de índio, nas características cinéticas, na natureza e na qualidade do produto sólido obtido. O pó de zinco foi escolhido como agente redutor por estar disponível em graus de alta pureza a custo baixo, ter baixo sobrepotencial de hidrogênio e cinética mais rápida do que placas metálicas. Os ensaios de cementação revelaram que o aumento da razão molar Zn:In em soluções concentradas (10 g L-1) e diluídas (1 g L-1) de índio melhora a recuperação do metal independentemente da temperatura e do pH inicial, porém foi observado um impacto significativo nas variações de pH do eletrólito devido à evolução do hidrogênio. Dependendo da concentração de índio na solução, aumentos no pH acima de 2-3 podem resultar em precipitação de índio. A recuperação de índio não foi significativamente afetada em testes envolvendo a adição estagiada de pó de zinco ou a adição de íons Sb. A análise de partículas cementadas individuais usando microscopia de varredura revelou que a morfologia, espessura e coerência da camada de índio formada no zinco são altamente irregulares. A análise de aglomerados usando microscopia de raios X tridimensional revelou a formação de uma camada de índio quase contínua ao redor do metal zinco. A formação desses aglomerados e a diminuição observada em sua porosidade em função do tempo podem explicar a diminuição das taxas de cementação, devido à menor disponibilidade de áreas superficiais de zinco para deposição de índio e à menor acessibilidade da solução através da matriz de poros do aglomerado, e o ajuste inadequado de modelos cinéticos tradicionais aos dados experimentais obtidos. Os padrões de difração de raios-X, o refinamento de Rietveld, e a análise química quantitativa mostraram que apenas zinco e índio metálicos foram detectados nos sólidos obtidos independentemente da razão Zn:In e que seu aumento resulta em diminuição gradual do teor de índio e aumento do teor de zinco.
Abstract
This study examines the effect of the zinc-to-indium (Zn:In) molar ratio on indium cementation in sulfuric media, its correlation with acidity, temperature, and indium concentration in the solution, and its impact on indium recovery, kinetic characteristics, and the nature and quality of the resulting solid product. Zinc powder was chosen as the reducing agent due to its availability in high-purity grades at low cost, its low hydrogen overpotential, and faster kinetics compared to metallic plates. Cementation experiments revealed that increasing the Zn:In molar ratio in concentrated (10 g L-1) and dilute (1 g L-1) indium solutions improves metal recovery regardless of temperature and initial pH; however, a significant impact on electrolyte pH variations was observed due to hydrogen evolution. Depending on the indium concentration in the solution, pH increases above 2-3 may result in indium precipitation. Indium recovery was not significantly affected in tests involving staged addition of zinc powder or the addition of Sb ions. Analysis of individual cemented particles using scanning electron microscopy revealed that the morphology, thickness, and coherence of the indium layer formed on the zinc are highly irregular. Cluster analysis using three-dimensional X-ray microscopy revealed the formation of an almost continuous indium layer around the zinc metal. The formation of these clusters and the observed decrease in their porosity over time may explain the decrease in cementation rates due to the reduced availability of zinc surface areas for indium deposition and the lower accessibility of the solution through the cluster's pore matrix, as well as the inadequate fit of traditional kinetic models to the experimental data. X-ray diffraction patterns, Rietveld refinement, and quantitative chemical analysis showed that only metallic zinc and indium were detected in the obtained solids, regardless of the Zn:In ratio, and that increasing this ratio results in a gradual decrease in indium content and an increase in zinc content.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Índio (Química) - Metalurgia, Processo de endurecimento superficial
Palavras-chave
Índio, Zinco, Cementação, Reciclagem, Resíduos de telas de cristal líquido, Recuperação