The effect of organic compounds on nickel electrowinning and product quality
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Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
O efeito de compostos orgânicos na eletrodeposição de níquel e na qualidade do produto
Primeiro orientador
Membros da banca
Achilles Junqueira Bourdot Dutra
Adelson Dias de Souza
Adelson Dias de Souza
Resumo
Neste trabalho foram descritos os efeitos de cinco compostos orgânicos sobre a eficiência
da corrente, voltagem da célula e consumo específico de energia na eletrorrecuperação
do níquel. Também foram avaliados os efeitos destes orgânicos nos depósitos
(morfologia, orientação cristalográfica e nanodureza). Os orgânicos testados aqui
(extratante, diluente, floculante, óleo lubrificante e depressor de névoa ácida) são
compostos correntemente utilizados em instalações industriais. Os resultados indicaram
que apenas o floculante e depressor de névoa ácida apresentam impactos negativos
relevantes sobre a eficiência de corrente energética e consumo específico de energia. A
eficiência da corrente foi reduzida de 93,6% (soluções sem orgânico) para 86,0% e 92,8%
em eletrólitos contendo 100 mgL
-1
de depressor de névoa ácida e floculante,
respectivamente. Nesta concentração, a adição destes compostos ao eletrólito conduziu a
um aumento do consumo específico de energia na ordem de 18% (depressor de névoa
ácida) e 2% (floculante). A voltametria cíclica mostrou que a nucleação do níquel ocorre
em potenciais mais negativos, em concentrações de 50 e 100 mgL
-1
destes compostos
orgânicos indicando, assim, uma inibição do processo de deposição. A qualidade do
depósito diminuiu na concentração mais elevada de todos os orgânicos (exceto o
diluente), tendo sido sendo observada a maior presença de pits de hidrogênio. O depressor
de névoa ácida causou delaminação do depósito de níquel nas concentrações de 50 e 100
mgL-1
. A adição de 100 mgL
-1
de floculante e depressor de névoa ácida no eletrólito
aumentou a nanodureza do depósito em aproximadamente 31 e 72%, respectivamente. O
aumento na dureza depósito de Ni pode levar a uma diminuição na ductilidade material
afetando, assim, a remoção e corte das placas de Ni. O conhecimento dos efeitos negativos
dos reagentes estudados na eletrorrecuperação do níquel sugere que um maior controle
com otimização da dosagem desses reagentes pode levar a uma maior eficiência do
processo, tanto do ponto de vista do consumo de energia mas especialmente da produção
de um catodo (produto final) com melhores propriedades, principalmente morfologia, e
portanto com maior valor de mercado.
Abstract
The present work describes the effects of some organic compounds on the current
efficiency, cell voltage and specific energy consumption during nickel electrowinning,
and on the deposit features (morphology, crystal orientation, microstructure, and
hardness). The organics tested here (extractant, diluent, flocculant, lubricating oil and
acid mist suppressant) are currently used in industrial plants. The results indicated that
only the flocculant and acid mist suppressant exhibit relevant negative impacts on the
current efficiency and energy consumption of the electrowinning process. The current
efficiency dropped from 93.6 % (organic-free solutions) to 86.0 % and to 92.8% in
electrolytes containing 100 mgL
-1
of acid mist suppressant and flocculant, respectively.
At this concentration, their addition to the electrolyte led to increases of the specific
energy consumption in the order of 18 % (acid mist suppressant) and 2 % (flocculant).
Measurements by cyclic voltammetry showed that Ni reduction starts at more negative
potentials at 50 and 100 mgL
-1
of flocculant or suppressant in the electrolyte, thus
indicating an inhibition of the deposition process. The deposit quality was affected at the
higher concentration of all organics (except in the presence of the diluent), as more
hydrogen pitting was observed. The addition of acid mist suppressant to the electrolyte
caused delamination of the Ni deposit at 50 and 100 mgL
-1
, probably due to a significant
reduction of the crystallite size, as confirmed by microstructural analysis. The addition of
flocculant levelled off the deposit surface with the growth of elongated Ni crystals, while
the addition of the lubricating oil did not affect the crystallite size and shape, but the
deposits produced from electrolytes containing this impurity exhibited more pits and also
areas depleted of metal deposition. The addition of flocculant and acid mist suppressant
to the electrolyte also caused an increase of the nanohardness of the Ni deposit. At
100 mgL
-1
of flocculant or suppressant, it increased about 31 and 72%, respectively. Such
increase may lead to a decrease in the material ductility, which may affect the stripping
and cutting of Ni sheets. Our findings may be helpful to the industry since strong adverse
effects of some organics that may be present in the electrolyte were identified, thus
indicating that the organic´s dosage should be controlled and optimized in the
corresponding operations.
Assunto
Engenharia de minas, Tecnologia mineral, Níquel, Compostos orgânicos
Palavras-chave
Eletrorrecuperação, Instalações industriais