Refino de concentrado de nióbio através de redução carbotérmica. - Ferreira Neto, João Batista (2002)
Os aspectos termodinâmicos e cinéticos do refino pirometalúrgico de concentrado de nióbio através de redução carbotérmica foram estudados. A redução carbotérmica, visando a redução das impurezas P, Pb e Sn, foi investigada em temperaturas entre 1100 e 1250°C, através de briquetes auto-redutores confeccionados com misturas de concentrado de nióbio e grafita ou carvão vegetal. A cinética da redução foi avaliada através do volume de gás gerado na redução. Verificou-se que o ferro do concentrado é simultaneamente reduzido com as impurezas P, Sn e Pb, obtendo-se a formação de duas fases metálicas, chumbo e uma liga Fe-P-Sn com teores de P elevados, até aproximadamente 20%P, e baixos teores de Sn, até aproximadamente 2,5%. O ferro presente no concentrado encontra-se na forma de óxidos de ferro livres e complexos associados ao titânio e/ou nióbio. O fósforo do concentrado tem origem na gorceixita após calcinação, mineral que é considerado a principal fonte de fósforo do concentrado. O chumbo do concentrado está sob a forma de um óxido complexo com o nióbio e com algum bário detectável. O óxido de nióbio do concentrado está na forma de um niobato de bário proveniente do bariopirocloro, principal constituinte do concentrado. Verificou-se através de experimentos de redução de Nb2O5 de alta pureza que a redução do óxido de nióbio com formação, em um primeiro estágio, de NbO2 é lenta, mas pode ocorrer simultaneamente com a redução do ferro e das impurezas.Verificou-se que a redução do P como gás P2, conduzida por uma mistura CO/CO2 que preserva a redução do ferro, é inviável, já que a pressão parcial de P2 nestas condições é muito baixa. Por outro lado, verificou-se a possibilidade de remoção de Pb nas mesmas condições, devido as maiores pressões parciais de Pb. Nos ensaios de redução do concentrado com grafita em baixa temperatura observou-se um período de indução, caracterizado como um período de nucleação de ferro e ) chumbo e que foi praticamente eliminado com adição de pó de ferro ou ferro-fósforo. Aproximadamente 35% do P e de 15 a 37% do Pb foram removidos na forma vapor nos ensaios empregando grafita como redutor. Verificou-se que o estanho é reduzido mais intensamente na etapa preliminar de redução do ferro. A redução de um fosfato de alumínio, provável principal fonte do fósforo após a calcinação do concentrado, e de concentrado de gorceixita calcinado, permitiram verificar que a redução do fósforo sem a presença de ferro é muito lenta. A expressão cinética que melhor se ajustou aos resultados experimentais foi a de cinética de 1ª ordem. O satisfatório ajuste com este modelo está de acordo com a alta porosidade das partículas de fosfato e de óxidos contendo ferro, que indicam que barreiras difusionais para o gás não são uma etapa crítica na redução de Fe e P do concentrado. Além disso, não se obteve evidências microestruturais que conduzissem a um padrão topoquímico. Com base nos ensaios realizados comgrafita \"estequiométrica\" -325# foi possível obter com 95% de intervalo de confiança uma energia de ativação aparente de 296,3 ± 29 kJ/mol. Verificou-se que o tamanho da partícula do redutor e sua quantidade afetaram intensamente a velocidade da redução, no entanto, sem alterar a energia de ativação aparente. Os efeitos da adição de ferro, do tipo, quantidade e tamanho do redutor, associados à composição do gás gerado durante os diversos períodos da redução, e ao valor da energia de ativação aparente obtida, indicam que o mecanismo controlador do processo de redução carbotérmica do concentrado de nióbio, entre 1100 e 1250°, pode ser creditado à reação de Boudouard, para a redução efetuada com grafita necessária para a redução total de P, Pb, Sn e parcial do Fe.