Extração de nióbio e tântalo contidos na escória de estanho: uma rota hidrometalúrgica livre de fluoretos e ácidos minerais.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Luz, Vilson Conrado da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Ácidos orgânicos; Critical materials; Hidrometalurgia; Hydrometallurgy; Materiais críticos; Organic acids; Tratamento de resíduos; Waste treatment
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-21112023-150803/

O processamento pirometalúrgico da cassiterita (SnO2), para produção de estanho (Sn), gera como resíduo uma escória. Escórias são materiais inorgânicos sólidos e compostos majoritariamente por óxidos. São separadas por diferenças de densidade da fase metálica, carregando as impurezas atreladas ao minério, sendo posteriormente acumuladas em pilhas. Ao minério de Sn brasileiro de origem amazônica estão associados materiais críticos, como nióbio (Nb) e tântalo (Ta). Tais metais são aplicados nas indústrias de capacitores, aeroespacial e de construção civil. Neste trabalho, uma escória gerada pelo processamento pirometalúrgico de SnO2 foi estudada, de maneira a desenvolver uma rota hidrometalúrgica para lixiviação de Nb e Ta, possibilitando a reciclagem de toneladas de escórias acumuladas ao longo de anos. Inicialmente, uma caracterização da amostra foi efetuada, identificando uma matriz majoritariamente composta de CaO.SiO2 e ZrO2, além de uma fase de SiO2 determinada por Difratometria de Raios-X (DRX) e confirmada por análise química em Espectroscopia de Emissão Ótica por Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES) e microestrutural por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-EDS). Através de análise química quantitativa foi possível determinar que o material possui 6,01 ± 1,2% e 0,65 ± 0,06% de Nb2O5 e Ta2O5, respectivamente. Em contramão aos processos tradicionais para tratamento de escórias e lixiviações de materiais refratários, este trabalho buscou implementar um processo livre de fluoretos e ácidos minerais para extração dos metais de interesse. Para tanto, o processo desenvolvido foi dividido em três etapas: um tratamento térmico-alcalino seguido de uma lixiviação em água, uma segunda lixiviação ácida e pôr fim a precipitação do material lixiviado. Na etapa de tratamento térmico-alcalino foram avaliados o tipo de hidróxido e a razão sólido:líquido (S:L, g mL-1) da lixiviação em água. Para etapa de lixiviação ácida foram comparados ácidos minerais e orgânicos, elegendo-se o ácido oxálico como melhor agente lixiviante para esse processo. Para esse ácido foram estudadas concentrações, relações S:L, temperaturas, tempos de lixiviação, granulometrias do material a ser lixiviado, agitação e turbulência em diferentes sistemas de reatores. Por fim, para etapa de precipitação foi avaliado o tempo de reação, o pH e a temperatura. Os melhores resultados foram obtidos através da avaliação do efeito entre parâmetros, buscando as maiores taxas de lixiviação de Nb e Ta nas condições de menor tempo, temperatura e S:L. Sendo assim, o sistema final foi capaz de lixiviar cerca de 86% de Nb e 75% de Ta após a aplicação de um tratamento térmico-alcalino com NaOH relação sólido:sólido (S:S, g g-1) de 1:1,1 a 500 °C por 2h em forno mufla, seguido de uma lixiviação em água a 90 °C relação S:L = 1:10 por 2h. O sólido após a lixiviação foi seco em estufa a 80 °C por 2h e lixiviado em um reator encamisado a 240 rpm (Re = 8.751) por 30 min e 25 °C. A melhor condição de precipitação com NH4OH ocorreu em pH = 10, a 70 °C por 1h, sendo capaz de precipitar 75,65% de Nb e 86,1% de Ta, gerando um sólido final com teor de Nb2O5 e Ta2O5 2,1x maior que o contido na escória bruta.