Recuperação de metais estratégicos Au (III), Ag (I), Pt (IV) e Pd (II) de barragens de rejeito e lixo eletrônico com o uso de nanotecnologia e urucum visando tecnologias sustentáveis: uma proposta translacional
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ângelo Márcio Leite Denadai
Júlio Cesar Vargas Sáenz
Miriam Crisna Santos Amaral
Virgínia Sampaio Teixeira Ciminelli
Hélio Anderson Duarte
Júlio Cesar Vargas Sáenz
Miriam Crisna Santos Amaral
Virgínia Sampaio Teixeira Ciminelli
Hélio Anderson Duarte
Resumo
O objetivo central da tese foi avaliar a recuperação de metais estratégicos de alto valor agregado Au (III), Ag (I), Pt (IV) e Pd (II) a partir de águas residuais e de lixo eletrônico, com a utilização de nanofibras de policaprolactona contendo bixina (Nbix) e urucum (Uru) como adsorventes. Primeiramente, a constituição química e granulometria de placas de computadores cominuídas foram avaliadas e caracterizadas fisico-quimicamente, logo após (Nbix) e (Uru) com técnicas de: Difratometria de Raios X (DRX), Espectrometria de Fluorescência de Raios-X (FRX), Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho (FTIR), Análise Térmica (TG/DTA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A eficiência de remoção dos metais foi avaliada com testes de adsorção, isotermas e cinética e a quantificação dos teores metálicos por Espectrometria de Absorção Atômica (AAS). Os biossorventes (Nbix) e (Uru) foram usados para recuperação de metais em placas de computadores, soluções com Au (III), Ag (I), Pt (IV) e Pd (II), nas águas residuais de 2 barragens de rejeito de ouro e em águas provenientes de 1 garimpo de ouro. Finalmente foi realizada uma avaliação da estimativa de investimento e custo CAPEX e OPEX para o desenvolvimento em escala pré-industrial da recuperação de Au (III) em águas residuais, com (Nbix) e (Uru), onde foi identificado maior lucratividade com a utilização do urucum a medida em que se aumenta o volume de águas a serem tratadas. Os resultados revelaram que ambos os adsorventes foram eficientes para remoção dos metais e com maior eficiência para Au (III) em águas residuais. O (Uru) apresentou o maior desempenho, atingindo cerca de 95,46% ± 0,17 se comparado a (Nbix) com 92,72% ± 0,03 em pH 2, tempo de contato 24h, sob agitação a 25ºC. A capacidade de adsorção obtida para o (Uru) foi 10,74 ± 0,07 mg/g e (Nbix) 6,47 ± 0,07 mg/g. O modelo cinético de pseudo-primeira ordem é adequado para adsorção com a (Nbix) e pseudo-segunda ordem para o (Uru). A isoterma de Freundlich sugere que a adsorção dos íons metais acontece em multicamada para (Nbix) e (Uru). Assim, os biossorventes propostos podem revigorar os processos atuais e contribuir com novos insights relevantes para a teoria e a prática de reaproveitamento dos rejeitos que contenham metais estratégicos.
Abstract
The primary objective of this thesis was to evaluate the recovery of high value-added ions metals Au (III), Ag (I), Pt (IV), and Pd (II) from wastewater and e-waste using nanofibers of polycaprolactone containing bixin (Nbix) and annatto (Uru) as adsorbents. First, the chemical constitution and granulometry of comminuted computer boards were evaluated and characterized physicochemically, soon after (Nbix) and (Uru) with techniques of: X-Ray Diffractometry (XRD), X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF), Spectroscopy Absorption in the Infrared Region (FTIR), Thermal Analysis (TG/DTA), Scanning Electron Microscopy (SEM). The metal removal efficiency was evaluated with adsorption, isotherms and kinetic tests and the quantification of the metallic contents by Atomic Absorption Spectrometry (AAS). The biosorbents (Nbix) and (Uru) were used to recover metals on computer boards, solutions with Au (III), Ag (I), Pt (IV) and Pd (II), in the wastewater of 2 tailings dams of gold and in water from 1 gold mining. Finally, an assessment was
made of the investment estimate and CAPEX and OPEX cost for the development on a pre-industrial scale for the recovery of Au (III) in wastewater, with (Nbix) and (Uru), where greater profitability was identified with the use of annatto as the volume of water to be treated increases. The results revealed that both adsorbents were efficient for metal removal and with greater efficiency for Au (III) in wastewater. The (Uru) showed the highest performance, reaching about 95.46% ± 0.17 compared to (Nbix) with 92.72% ± 0.03 at pH 2.0, contact time 24h, under agitation at 25ºC. The adsorption capacity obtained for (Uru) was 10.74 ± 0.07 mg/g and (Nbix) 6.47 ± 0.07
mg/g. The pseudo-first order kinetic model is suitable for adsorption with the (Nbix) and pseudo-second order for the (Uru). The Freundlich isotherm obtained suggests that the adsorption of ions metals takes place in multilayer for the materials studied.
Consequently, the results suggest that the biosorbents can reinvigorate current processes and contribute new insights relevant to the theory and practice of reuse of tailings containing strategic metals.
Assunto
Inovações tecnológicas, Nanotecnologia, Águas residuais, Resíduos, Reaproveitamento (Sobras, refugos, etc.), Adsorção, Ouro – Minas e mineração, Íons metálicos, Metais preciosos, Patentes, Propriedade intelectual
Palavras-chave
Nanofibra, Eletrofiação, PCL, Bixina, Urucum, Metais, Placa de computador, Barragem, Rejeito, Águas residuais, Adsorção