Desenvolvimento de novas rotas hidrometalúrgicas "verdes" para recuperação de metais a partir de lixo eletrônico
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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
Mariana Ramos de Almeida
Wallans Torres Pio dos Santos
Renata Pereira Lopes Moreira
Leticia Malta Costa
Bruno Gonçalves Botelho
Wallans Torres Pio dos Santos
Renata Pereira Lopes Moreira
Leticia Malta Costa
Bruno Gonçalves Botelho
Resumo
Neste trabalho foram desenvolvidas duas metodologias para a recuperação de metais estratégicos a partir de fontes secundárias, baterias alcalinas e lâmpadas fluorescentes, empregando sistemas aquosos bifásicos como técnica de extração. Foi estudada a extração/separação de Zn(II) e Mn(II) usando licor de lixiviado de baterias alcalinas diluídos, em termos de %E e do fator de separação (SZn/Mn) em SAB. As variáveis avaliadas foram: pH (3,00, 6,00 e 11,0), natureza e concentração do agente extratante (PAN, ditizona, Cyanex 272 e D2EPHA), comprimento da linha de amarração, copolímeros (L35 e L64) e sais (Na2SO4, C6H5Na3O7 e C4H4Na2O6) formadores do sistema e razão entre massas de fase superior e inferior (mFS/mFI = 0,5 – 2,0). As melhores condições foram obtidas em SAB formado por L64 + Na2SO4 + H2O, em pH = 3,00, CLA = 41,83% m/m e mFS/mFI = 1, usando ditizona como agente extratante. Ao final, foi obtido um fator de separação SZn/Mn = 1,2 x 106 em apenas uma etapa de extração. Foi realizado um estudo multivariado, empregando planejamento experimental, para a extração de ítrio em SAB utilizando vermelho de alizarina como agente extratante.
As variáveis otimizadas, empregando planejamento fracionário 26-1, foram: pH (3,00 a 9,00), concentração de agente extratante (2,3 a 23,0 mmol kg-1), comprimento da linha de amarração, copolímeros (L35 e L64) e sais (Na2SO4 e C6H5Na3O7.2H2O) formadores do
sistema e razão entre massas de fase superior e inferior (mFS/mFI = 0,5 – 2,0). Pela primeira vez, foi observado que, em CLA elevados, a distribuição de espécies do ânion do eletrólito formado em função do pH, influencia diretamente na partição de íons metálicos em SAB. O modelo foi otimizado através de um planejamento 23, não apresentou falta de ajuste e foi capaz de prever a resposta de extração de ítrio com exatidão próxima de 96%. As condições ótimas de extração de ítrio foram aplicadas em amostras reais de lixiviado de pó fluorescente. Ao final de cinco etapas de extração, foi possível recuperar 90% do ítrio de forma seletiva.
Abstract
In this work two methodologies were developed for the recovery of strategic metals from secondary sources, as alkaline batteries and fluorescent lamps, using aqueous two-phase system as extraction technique. The extraction/separation of Zn(II) and Mn(II), from alkaline batteries waste, were studied in terms of extraction percentage (%E) and separation factor (SZn/Mn) in ATPS. The effects of the following parameters: nature and concentration of the extracting agents (PAN, Cyanex 272, Dithizone and D2EHPA); pH (3.00, 6.00 and 11.0), ATPSforming electrolytes (Na2SO4, C6H5Na3O7 or C4H4Na2O6) and copolymers (L35 and L64); tie-line length (TLL) and mass ratio between top and bottom phases (mTP/mBP). The best conditions for selective extraction of the metal ions were achieved using an ATPS
composed by L64 + Na2SO4 + H2O at pH = 3.00, TLL = 41.83% w/w and mTP/mBP = 1 using dithizone as the extracting agent and leach liquor with dilution factor equal to 10. This resulted in a value for separation factor of 𝑆Zn/Mn= 1.2 x 106, in one extraction stage.
A multivariate study was carried out, using experimental design, for the yttrium extraction in ATPS using alizarin red as the extracting agent. The optimized variables, using fractional desing 26-1, were: pH (3.00 to 9.00), extracting agent concentration (2.3 to 23.0 mmol kg-1), tie line length, ATPS-forming copolymers (L35 and L64) and electrolytes (Na2SO4 and C6H5Na3O7.2H2O) and mass ratio between top and bottom phases (mTP/mTP = 0.5-2.0). It was observed, for the first time, that the metal ions partition in ATPS is directly influenced by the salt-forming anion species distribution as a function of the pH, in high TLL values. The model was optimized in a 23 factorial design with no
adjustment lack and was able to predict the yttrium extraction response with accuracy close to 96%. The yttrium extraction in optimized conditions were applied in real samples of phosphorous fluorescent powder leach liquor. After five extraction steps, 90% of
yttrium was selectively recovered.
Assunto
Química analítica, Química ambiental, Metais reaproveitamento, Extração(Quimica), Copolímeros, Reaproveitamento(sobras, refugos, etc), Hidrometalurgia, Ítrio
Palavras-chave
Sistemas aquosos bifásicos, Recuperação de metais estratégicos, Copolímeros, Sais, Extração de ítrio, Íons metálicos, Fontes secundárias, Baterias alcalinas, Lâmpadas fluorescentes, Recovery of strategic metals, Alkaline batteries waste, Multivariate study, Copolymers, Yttrium extraction