Extracção de Metais.pdf

8/12/2019 Extraco de Metais.pdf

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QFL 2129 Qumica Inorgnica 2013

Aula 9 Metais. Minrios.Processos de Extrao.Aluminotermia.

Ana Maria da Costa Ferreira


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em Nova Deli, ndia, a enorme coluna de ferro de Qtar Al-Minar, fabricada por hindus h 2,5 mil anos e que poucoenferrujou, at agora

Ponte pnsil de ao (Golden Gate, So Francisco, EUA)

Materiais metlicos

Em geral apresentam alto valor e grande interesse.


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Minrios So rochas e minerais de onde o homem obtm materiais teis

. Metlicos, como minrios de ouro, ferro e cobre

. No Metlicos, como enxofre, argila, etc.

Minrios contmminerais de interesse , misturado a impurezas (cascalho, outros minerais,etc.).

A separao de minerais exige que haja uma diferena fsica ou fsico-qumica entre o mineralde interesse e os demais e pode ser fcil ou muito complexa, dependendo do minrio.

Duas propriedades fsicas so as mais utilizadas na separao ou concentrao de minerais:diferena de densidade e diferena de susceptibilidade magntica (quando submetidos a umcampo magntico (natural ou induzido):comportamento ferromagntico (forte atrao),paramagntico (mdia e fraca atrao) e diamagntico (nenhuma atrao). Essa separaomagntica utilizada na separao de minrios de ferro.

Desde tempos imemoriais, ohomem percebeu a importnciae o valor dos metais.

Moedas romanas

Instrumentos humanos primitivo


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ContedoMetaisMinrios e mineraisExtraoReduo

Diagramas de Ellingham


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Mina de cobre e ouro na Espanhaa cu abertoMina de sal-gema (NaCl) na Regio do Algarvesubterrnea

Recursos Minerais -Substncias naturais formadas por processos geolgicos que,ocorrendo na crosta terrestre com uma concentrao superior mdia, podem ser economicamente explorveis (jazidas minerais).


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So bastante relevantes os recursos minerais brasileiros:


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Metalurgia: fontes dos elementos

Muitos metais ocorrem comoxidos ou como sulfetos , mas podem

tambm estar presentes como carbonatos, sulfatos, etc.

Minrios


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Alguns metais so muito reativos e no aparecem no estado nativo (estado deoxidao zero):

Na(s) + O2(g) Na2O(s)Na2O(s) + H2O(l) Na+(aq) + OH-(aq)

2Na(s) + 2H2O(l) 2 Na+(aq) + 2OH-(aq) + H2(g) temp. ambiente

2Mg(s)+ O2(g) 2MgO(s)Na2O(s) + H2O(l) Na+(aq) + OH-(aq)

2Mg(s) + 4H2O(l) 2 Mg2+(aq) + 4OH-(aq) + 2H2(g) gua aquecida

Reatividade frente ao

oxignio e umidade

sdio em gua armazenamento em querosenemagnsio


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Outros metais, ao contrrio, so menos reativos e so encontrados no estadonativo na Natureza.

prata

platinanquel


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Da a diferena de seus usos, baseado em suas propriedades:


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Minrios

Garnierita,(Mg, Ni)6(Si4O10)

Bauxita, Al2O

3

Minerao de ferro

Cinbrio, HgS


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Minerais

HidrxidosGoetita, FeO(OH)

Gibsita, Al(OH)3

Minerais contendo enxofre e metaisPbS HgS FeS 2 ZnS

galena cinbrio pirita esfalerita

Sulfetos

Hematita, Fe2O

3

CarbonatosCalcita, CaCO3

Magnetita, Fe3O4

Pirita, FeS2


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Metal inerte - encontrado naforma nativaEx.: cobre, prata, ouro

Compostos que se decompem por aquecimentoEx.: mercrio HgO Hg + O2

M n+ + n e - M o Os eltrons podem provir de um processo de eletrlise ou de uma reao

com um redutor .

SEPARAO MECNICA

DECOMPOSIO TRMICA

REDUO QUMICA OU ELETROQUMICA

Obteno de Metais

Cobre nativo

So bastante variados os mtodos de obteno de metais:


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Reduo: transformao de um minrio (metal na forma de ctions) paraa sua forma metlica.

Fe2O3 (s) + 3 C(s) 2 Fe(s) + 3 CO(g)

Obteno de metais: Reduo qumica

Antigamente...

Um grande nmero de processos industriais de

obteno de metais pertencem a este grupo.CARBONO COMO REDUTOR

Baixo custo e disponibilidade de coqueDesvantagem: temperatura elevada

H2M2+

M + 2 H+


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Na extrao de um metal a partir do seu xido:MO(s)+ C(s) M(s) + CO2(g)

MO(s) + C(s) M(s) + CO (g)

- condio: equilbrio deslocado para a direita.

a reduo do xido metlico depende da competio entre o ction(M) e o carbono pelo oxignio.

Reduo de xidos metlicos

M = ction metlico divalente

MO(s) + CO(s) M(s) + CO2(g)

frequentemente utilizado o carvo como agente redutor.


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Esses equilbrios podem ser discutidos em termos de energia livre:

(i) M(s) + O2(g) MO(s) r G (i)

(ii) C(s) + O2(g) CO2(g) r G (ii)

(iii) C(s) + O2(g) CO(g) r G (iii)

(iv) CO(g) + O2(g) CO2(g) r G (iv)

3

2

1MO(s) + C(s) M(s) + CO2(g)

r G = r G (ii)- r G (i)

MO(s) + C(s) M(s) + CO (g)

r G = r G (iii)- r G (i)

MO(s) + CO(s) M(s) + CO2 (g)

r G =

r G (iv)-

r G (i)


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Alto-Forno, na Siderurgia

H inmeras reaes ocorrendo.Preponderam as reaes termodinamicamentemais favorveis, em cada segmento do forno(em que est a determinada temperatura).

Para entender melhor o processo, usa-se ochamado Diagrama de Ellingham.

Esse diagrama correlaciona as energias livresde oxidao do metal ao seu respectivo xidocom a temperatura. Comparando-se cada curvacom aquelas de oxidao do carvo a CO ouCO2 pode-se prever se o xido ser reduzidopelo carvo, a partir de que temperatura.


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Diagrama de EllinghamSo curvas de energia livre em funo da temperatura, para a formao dexidos metlicos e no-metlicos

Lembrando...

A relao entre constante de equilbrio e variao da energia livre de Gibbs:

r G = - RT ln K

Energia livre de Gibbs, temperatura e entropia:

d r G /dt = - r S

E n

t r o p i a ,

S

Temperatura, T

Tf Te

slido

lquido

gsEntropia e os estados da matria:

G = H - T S

G = H - T S = -RT ln K

Um valor negativo de r G corresponde a uma K >1


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Diagrama de Ellingham

O diagrama de Ellingham permite prever a possibilidade termodinmicade obteno dos metais, a partir dos respectivos xidos, por decomposio trmica ou porreduo qumica .

Em uma dada temperatura,um determinado redutor

poder remover o oxignio dequalquer xido que seencontre acima dele nodiagrama, pois a suacombinao com o oxignioproduz um xido mais estvel .


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(a) C(s) + O 2(g) CO(g)

mol de gsO 2 1 mol de gsCO r G diminui rapidamente

com a temperatura. Sreao > 0.

r G

T

C CO

r G = r H -T r S

d r G /dT = - r S

Tipos de curvas no Diagrama de Ellingham:


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(b) C(s) + O 2(g) CO 2(g)

r G (T) ~ cte. Sreao pequena

r G

T

C CO2

mol de gsO 2 mol de gsCO 2


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(c) CO(g) + O 2(g) CO 2(g)

r G aumenta rapidamentecom a temperatura. Sreao < 0

3/2 mol de gsCO + O 2 1 mol de gsCO 2

r G = r H -T r S

r G

T

CO CO2

d r G /dT = - r S


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r G

T

CO CO2


C CO

C CO2

Considerando as trs possibilidades:


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O Diagrama de Ellingham

r G M MO

C CO

Em que condies C CO pode reduzir MO M?

T1 T2

r G (2)

(M MO)

r G (1)

(C CO)

a reduo do xidometlico pelo C espontnea em

temperaturas maisaltas que o ponto deinterseco das duaslinhas ( T2 ).

rG(C,CO) - rG (MxO,M) < 0

M xO(s) + C(s) xM(s ou l) + CO(g)


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Usando o Diagrama de Ellingham

Qual a temperatura mais baixana qualZnO pode ser reduzidoa zinco metlico pelo carbono?Qual a reao global nessatemperatura?

1500oC, considerando CO/CO2

1250oC, considerando C/CO21100oC, considerando C/CO

ZnO(s) + C(s) CO(g) + Zn(l)


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Qual xido poderia ser reduzido por C a temperaturas mais baixas: CaO ou MgO? Quais as

reaes globais em cada caso?

MgO, T = 1900oC , por C/CO

CaO, T = 2200oC , por C/CO

MgO(g) + C(g) CO(g) + Mg(s)

CaO(g) + C(g) CO(g) + Ca(s)


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O que ocorre com a curva

representativa de um xidometlico a partir do ponto emque o metal se vaporiza?E o que ocorre se o xido sevaporiza?

descontinuidades em altastemperaturas: evaporao(passagem para o estado gasoso)dos metais.

m = melting pointb = boiling point



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Do ponto de vista termodinmico,qual o produto mais favorecido naqueima do carvo, a cerca de900oC? E a 500oC? E a 1000oC?a 900oC ambos igualmente favorecidosa 500oC CO

2

a 1000oC - COEm que condies a queima docarvo produz preferencialmenteCO2 ao invs de CO?

entre 500 e ~800oC temperatura ambiente, qualcomposto melhor redutor, C ouCO?

CO



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Quais so os metais que poderiam ser obtidos por simplesdecomposio trmica emtemperaturas inferiores a

1000o

C?


Ag

Hg


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Qual a temperatura mais baixa naqual SiO2 pode ser reduzido a Simetlico pelo carbono? Qual areao global nessa temperatura?CO pode ser usado para reduzir

SiO2?

T = 1650CSiO2(s) + C(s) CO(g) + Si(l)CO no poderia ser usado

Mais difcil do que a extrao do Fe edo Cu aextrao do Si: elemento dosculo XX.


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USANDO OUTRO METAL COMO REDUTOR

Para que um metalM possa ser empregado para reduzir um xidoMO, sua linha (referente formao deMO ) no Diagrama deEllingham deve estar abaixo da linha do MO.

(a) M (s ou l) + O2(g) MO(s)(b) M(s ou l) + O2(g) MO(s)

M (s ou l) + MO(s) M(s ou l) + M O(s) rG


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G = -1050 (-780) = - 270 kJ/mol

Magnsio pode ser usado para reduzirsilcio em temperaturas inferiores a 2000 K

2Mg(l ou v) + SiO 2(l) Si(l) + 2MgO(s)

Acima de 2000 K, o silcio que reduz o

xido de magnsio:2MgO(s) +Si(l) 2Mg(s ou l) + SiO2(l)


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Supondo uma temperatura de1500oC, responda se possvelutilizar ferro metlico comoredutor dexido de titnio para

a obteno de titnio metlico.Justifique.


No, as duas curvas no se cruzamat 1500oC.


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Quais so osmetais que no poderiam ser obtidos, a partir de seus xidos, porreduo com carvoem

temperaturas inferiores a1000K ?


Zn, Cr, Na, Mn, Ti, Al, Mg, Ca.


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Obteno por oxidao

Muitos metais importantes obtidos por oxidao so aqueles que ocorrem naforma nativa (como elemento). Um exemplo o ouro ; difcil separar grnulosde ouro nos minrios de baixo teor, por simples peneiramento. Assim, procede-se sua oxidao, por amalgamao (com Hg)

Au(s) + Hg(l) Au(Hg)(s)

ou por complexao com ons cianeto (soluo diluda e aerada): Au(s) + 2 CN-(aq) + O2 [Au I(CN)2]- (aq) + OH - (aq)

2[Au I(CN)2]- (aq) + Zn(s) 2 Au s) + [Zn II(CN)4]2- (aq)

Recursos minerais no Par:Ferro, bauxita, ouro , mangans


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FERRO

A ndia o terceiro maior exportador de minrio de ferro. Produziu,ano passado 223 milhes de toneladas das quais 105 milhes detoneladas foram exportadas, principalmente para a China.

O Quadriltero ferrferoem Minas Gerais e a Serra dos

Carajs no Par so as principais reas produtoras deminrios metlicos no Brasil.

minrios de ferro: hematita Fe2O3 69,96%magnetita Fe3O4 72,4%, siderita FeCO3 48,3%, pirita FeS2 46,6%
http://pt.wikipedia.org/wiki/Piritehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Piritehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Pyrite_foolsgold.jpghttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:SideriteBresil2.jpghttp://pt.wikipedia.org/wiki/Piritehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Piritehttp://www.tijolaco.com/wp-content/uploads/2009/12/01RajharaExcavation3150.jpg


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FERRO O ferro necessrio em vrios segmentos daindstria qumica: material para reatores,instrumentos, catalisador, etc. tambm usado naconstruo civil, naval, setor automobilstico, etc...

Em geral, os vrios minrios so concentradoscomo xidos e reduzidos com monxido decarbono, em altos fornos nas grandessiderrgicas.

xidos : hematita (Fe2O3) e magnetita (Fe3O4)Companhia Siderrgica Nacional


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Obteno do FERRO

Temp< 700 C o CO (sendo oxidado a CO2)consegue reduzir os xidos de ferro (hematita emagnetita) a FeO. Temp > 1000 C, FeO reduzido por C (oxidado a CO2).


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-Alimentao do forno: Fe2O3, Fe3O4,


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Alimentao do forno: Fe2O3, Fe3O4,coque, CaCO3

-A combusto do coque eleva a

temperatura para 2000CC(s)+ O2(g) CO(g) (na parteinferior do forno)

-O CO aquecido sobe no forno eencontra Fe2O3. O xido de ferro(III) reduzido a Fe3O4 e depois a FeO e oCO oxidado a CO2:

CO(g) + O2(g) CO 2(g)

-Reduo do FeO a FeFeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO 2(g)C + CO2 2CO Estas duas reaes em conjunto:FeO(s) + C(s) Fe(s) + CO(g)


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O ferro fundido resfriado na forma de lingotes.Esse ferro, que sai de um alto-forno, contm normalmente 0,6 a 1,2 % de silcio ,0,4 a 2,0 % de mangans e quantidades menores de fsforo e enxofre . Contmainda quantidade considervel de carbono .Todos esses elementos de impureza so removidos por oxidao, num conversor.Em usinas modernas, o agente oxidante O 2 puro ou diludo com argnio. O ar nopode ser usado porque a temperaturas elevadas o N 2 reage com o ferro, formandonitrito de ferro, que torna o ferro quebradio.

Neste processo de oxidao , que usualmente ocorre em 20 min:C + O2(g) CO 2(g)S + O2(g) SO 2(g)

Si(s) + O2(g) SiO 2(l)a slica reage com xidos de outros metais presentes, para formar os respectivossilicatos, que so removidos como escria .

MnO(l) + SiO2(l) MnSiO

3(l)

CaO(l) + P2O5(l) Ca 3 (PO4)2 (l)O fsforopresente removido na forma de fosfatos metlicos.

Assim produzido o ao inoxidvel (inox) , que uma liga metlica, contendoainda uma certa % C e de outros metais que lhe conferem propriedades

desejveis.


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FERRTICOS16 a 30% de Cromo, boa resistncia corroso

AUSTENTICOSalta resistncia corroso e tenacidade

MARTENSTICOS12 a 17% de Cromo e O, l a O,5% de carbono, so ferromagnticos

http://www.pipesystem.com.br/

Os aos inoxidveis podem ser divididos emtrs categorias principais: aos inoxidveisaustenticos , os quais contm elevados teores de

cromo e nquel, os aos inoxidveismartensticos , que contm elevado teor de cromo,com baixo teor de nquel e teor de carbonosuficiente para se alcanar durezas mdias oualtas no tratamento trmico de tmpera, e os aosinoxidveis ferrticos , que contm elevado teorde cromo e baixos teores de nquel e carbono .


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U t l


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O metal nquel extrado por aquecimento do minrio ao ar

para obteno do xido que depois reduzido commonxido de carbono e purificado pelo processo Mond. A eletrlise tambm usada.

O nquel utilizado em diversas ligas, como ao inoxidvelou aos especiais, em ligas metlicas como Mumetal , emgalvanizao, em fundies, em baterias, eletrodos emoedas.

E ainda como catalisador; eficiente catalisadorparticularmente de reaes de hidrogenao.

Nquel, Ni Um outro exemplo

Minrio de nquel latertico1,4 a 2,0% Ni, em volume


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Nmero Atmico : 28Massa Atmica : 58,71Ponto de Fuso : 1.450 CEtimologia : de Ni cke l , nome de um gnomo que, segundo a mitologia, habitava asminas da Alemanha junto com outro, chamado K o b a l t . Caractersticas :Metal duro, malevel, dctil, de brilho metlico, prateado, magntico, resistente oxidao, com clivagem fibrosa, mau condutor de calor e eletricidade.Comum em meteoritos.Fontes de Obteno :Pentlandita, polidimita, heazlewoodita, nicolita, cloantita, gersdorffita, bravoita,millerita, rammelsberguita,pirrotita, garnierita.


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Ni2+(aq) + 2 e- Ni(s) Eo = -0,257 V

Co2+(aq) + 2 e- Co(s) Eo = -0,280 V

Principal Minrio de nquel,garnierita

Garnierita ,(Mg, Ni)6(Si4O10)

mineral composto por silicatos hidratados denquel. Dureza de 2 a 3, brilho terroso e opaco, corverde da ma a branco e densidade 2,2 a 2,8.

processo eletroltico :

No Brasil:

Porm, ospotenciais dereduo somuito prximos

Ao final do processo, deve-se obter o metal noestado zero, atravs de
http://pt.wikipedia.org/wiki/Silicatohttp://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Silicato


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As reservas do minrio, localizadas emGois, nos municpios de Montes Claros,Ipor, Jaupaci, Jussara e Santa F, sosuperiores s situadas nos municpios deBarro Alto e Niquelndia, onde o minrio j explorado por duas grandes empresas: Anglo American e Votorantim Metais.

Na Regio Oeste do Estado, as brasileirasVotorantim Metais e Vale Minerao, almda canadense Teck Cominco, investem empesquisas do minrio de nquel

R P d M di l


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Reservas e Produo Mundial Discriminao Reservas Produo (t)

Pases 2003 % 2002 2003(1) % Brasil 8.300 5,90 44.928 45.160 3,20

Austrlia 27.000 19,30 211.000 220.000 15,70 Cuba 23.000 16,40 73.000 75.000 5,40 Canad 15.000 10,70 178.338 180.000 12,90

Indonsia 13.000 9,30 122.000 120.000 8,60 Nova Calednia 12.000 8,60 99.650 120.000 8,60 frica do Sul 12.000 8,60 38.546 40.000 2,90 Rssia 9.200 6,60 310.000 330.000 23,60 China 7.600 5,40 54.500 56.000 4,00 Filipinas 5.200 3,70 26.532 27.000 1,90 Repblica Domincana 1.000 0,70 38.859 39.000 2,80 Colmbia 1.000 0,70 58.196 65.000 4,60 Botwana 920 0,70 20.005 18.000 1,30 Outros Pases 4.780 3,40 64.446 64.840 4,60

TOTAL 140.000 100,00 1.340.000 1.400.000 100,10 Fonte: Mineral commodity Summaries - 2004 Notas: (1) Inclui reservas medidas e indicadas, em nquel contido, (2) Dados de produo de Ni contido no minrio, (r) Reviso, (p) Preliminar

Municpio Minrio (t) x 103 Teor (%) Americano do Brasil 22,66 0,69 Barro Alto 855,92 1,89 Ipor 198,95 1,47 Jaupaci 176,45 1,31 Jussara 795,81 1,48 Montes Claros 944,35 1,26 Niquelndia 1.215,32 1,56 Total 3.312,37 -

Reservas de Nquel em Gois (medidas) Fonte: DNPM Sumrio Mineral - 1999

Luiz Fernando Magalhes - www.seplan.go.gov.br/sepin/pub/conj/conj5/03.htm
http://www.seplan.go.gov.br/sepin/pub/conj/conj5/03.htmhttp://www.seplan.go.gov.br/sepin/pub/conj/conj5/03.htm


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www.seplan.go.gov.br/sepin/pub/conj/conj5/03.htm

Nquel do Vermelho Atualmente em fase de implantao pela Vale, o projeto Nquel do Vermelhoocorre na provncia mineral de Carajs , no Estado do Par , e visa oaproveitamento de minrio limontico de nquelpara a produo de catodos

de nquel. O depsito localiza-se a cerca de 70 km de Carajs e a 45 km domunicpio de Parauapebas e foi descoberto em 1974, durante interpretaofotogeolgica e anlise de imagens por radar. O tamanho estimado da reserva de 290 milhes de toneladas de nquel .

Forum Carajs -Afetados pela minerao do Paracusam Vale por danos sociais eambientais

http://www.forumcarajas.org.br/
http://www.seplan.go.gov.br/sepin/pub/conj/conj5/03.htmhttp://www.seplan.go.gov.br/sepin/pub/conj/conj5/03.htm


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O d i i l i d li d i l i


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Minrios que apresentam elevados teores de nquel (>2%) e magnsio (>10%) Pirometalurgia (Fe-Ni):nesse processo, aps lavrado, o minrio enviado parasecadores, que removem sua umidade. A seguir, encaminhado a um forno, ondeo concentrado de ferro-nquel formado, com produo de escria. O concentradotem teor de 23% de nquel e utilizado como insumo na indstria de aoinoxidvel.

Rota hidrometalrgica (lixiviao sob presso HPAL): no processoHPAL, o minrio pode ser primeiramente enriquecido por meio debeneficiamento fsico, com a remoo de slica (caso existente). A partir da,

alimentado juntamente com cido sulfrico a uma autoclave, onde nquel,cobalto e algumas impurezas so dissolvidos . Em seguida, a soluo contendonquel separada do rejeito e submetida a etapas sucessivas de precipitao erefino, gerando solues purificadas de nquel e de cobalto. A partir dessas solues, nquel e cobalto metlicos de elevada pureza soproduzidos por eletrlise .

O processamento de minrios laterticospode ser realizado por pirometalurgia (metalurgia pelo fogo) ouhidrometalurgia (metalurgia pela gua), dependendodo tipo de minrio.

P t d N l ti d Pi tit C l i it P t l dit


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Processamento de Nquel a partir de Pirrotita, Calcopirita e Pentalandita A maioria dos minrios de nquel contm vrios metais recuperveis, que so tambmobtidos no processo global. O concentrado de cobre enviado para clulas eletrolticas ecobre com 99.99% de pureza recuperado. O minrio de nquel enviado para a refinaria de

nquel, onde tm lugar uma srie de reaes complexas em autoclaves, usando amnia , comaquecimento a 200 F e presses elevadas (100-150 Psi). O uso de temperatura e pressoacelera dramaticamente a reao e produz nquel muito mais rapidamente que temperaturaambiente e presso atmosfrica.

[Ni(NH3)6]2+ Uma lama de lquido contendo slidos bombeada atravs de um sistema de filtrao,separando os slidos no valiosos do lquido contendo o nquel. A soluo de nquel e amniacontem esses compostos na razo molar, com aproximadamente 50 gramas de nquel por litrode soluo .

[Ni(NH3)6]2+ + 3 H2(g) Ni(s) + 6 NH4+(aq)

Essa soluo nquel-amnia ento reduzida com hidrognio em autoclaves, adicionando

uma pequena quantidade de sulfato de amnio e ferro(II). Esta soluo ento aquecida a250 F e 350 Psi, em atmosfera de hidrognio . O nquel reduzido ao estado metlicopelo hidrognio e precipita como p fino(Ni). O metal nquel decanta e a soluosobrenadante bombeada para um tanque armazenador. Como esta soluo ainda contmnquel, ela re-processada para recuperar o p metlico remanescente, que pode serremovido atravs de um tanque com o fundo cnico ou por filtrao. Esse p ento seco eenviado para o processo briquette onde transformado em pellets ou briquettes. Podetambm ser fundido e transformado em lingotes para ser vendido no mercado de metais.

Impurezas no minrio de nquel:


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FeS(s) + 3/2 O2(g) FeO(s) + SO2(g) impureza (sulfetos FeS e Cu 2S)

FeO(s) + SiO2(s) FeSiO3(s) escria

Cu2S (s) + 2 O2(g) 2 CuO(s) + SO2(g)

O FeS se decompe a FeO, que reage com o SiO 2 formando FeSiO3 como escriade fcil remoo. A mistura dos sulfetos resfriada lentamente, com formao deuma camada prateada superior de Cu2S e uma camada preta inferior de Ni2S3 ,que pode ser separada mecanicamente (tambm se forma uma pequenaquantidade de uma liga metlica Cu/Ni).

Ni2S3(s) + 4 O2(g) 2 NiO(s) + 3 SO2(g)

NiO(s) + C(s) CO(g) + Ni(s)

O Ni2S3 ento aquecido com ar e convertido em NiO. Este ltimo pode serutilizado diretamente na indstria do ao. O NiO tambm pode ser reduzido aometal pelo carbono, num forno. Finalmente o metal fundido em eletrodos, queso purificados por eletrlisenuma soluo aquosa de sulfato de nquel.

Impurezas no minrio de nquel:


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O processo Mond um mtodo alternativo para produzir Ni de elevada pureza.Esse mtodo foi patenteado por L. Mond e utilizado no sul do Pas de Gales de1899 at a dcada de 1970.NiO e gs dgua ( H2 e CO) so aquecidos presso atmosfrica a 50 C . OH2 reduz o NiO a Ni, que por sua vez reage com o CO formando otetracarbonilnquel (voltil e altamente inflamvel e txico).

NiO(s) + H2 (g) Ni(s) + H2O(g)

Ni(s) + 4CO(g) (50 C)-> Ni(CO)4 (g)

As impurezas permanecem no estado slido. Aquecido a 230 C, o gs dedecompes formando o metal puro e CO, que reciclado. Uma fbrica recmconstruda no Canad utiliza CO e metal impuro, porm opera a 150 C e 20atm de presso para obter o Ni(CO)4.

Processo Mond para obteno de nquel

Ni(CO)4 (g) -(230 C)-> Ni(s) + 4 CO(g)


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Separao de nquel e Cobalto


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P

O

H 2 C

OHCH 2

CHCH 2

C

CH

CH 3

H 2 CCH 3

C

H 3 C

H 3 C

CH 3

CH 3

H 3 C CH 3

O componente ativo do extrator CYANEX 272 ocido bis-(2,4,4-trimetilpentil)fosfnico.

% Extrao Soluo desulfatos

Fator deseparao

Cobalto Nquel pH21,5 0,04 3,8 700

43,7 0,08 4,2 1000

88,0 0,37 5,3 2000

96,7 1,05 5,7 2700

100 1,81 6,1

12% CYANEX 272 extractant, 5%isodecanol in Kermac 470B diluent

CYANEX 272Cytec Industries Inc.West Paterson, NJ, USATele: 973-357-3100Fax: 973-357-3050

Agentes Extratoresde cobalto: D2EHPA,EHPA e Cyanex 272

Usados paraseparar nquel

de cobalto

Separao de nquel e Cobalto

% E t S l d F t d


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% Extrao Soluo decloretos

Fator deseparao

Cobalto Nquel pH

2,9 0,1 3,2 40

54,2 0,3 4,0 370

98,1 7,0 5,1 680

99,7 30,0 5,5 680

99,9 72,9 6,2 650

P

O

H 2 C

OHCH 2

CHCH 2

C

CH

CH 3

H 2 CCH 3

C

H 3 C

H 3 C

CH 3

CH 3

H 3 C CH 3

Sua concentrao em solventes orgnicos determinada por titulao com soluode soda custica (NaOH).CYANEX 272

Seletividade para cobalto


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P

O

C 8 H 17

OHC 8 H 17

cido Di-(2-etil-hexil)fosfricoD2EHPA

Baysolve x D2EHPA pureLanXESS Chemistry,

Alemanha

Tambm usado no refino do cobalto

Extrao de cobalto de solues contendonquel e sdio, na forma de sulfatos.

um lquido de mdia viscosidade,altamente cido e de odor levementeadocicado.

Selectivity-structure trends in the extraction of Co(II) and Ni(II) by dialkylphosphoric, alkyl alkylphosphonic, and dialkylphosphinic acidsDanesi, P.R., Reichley-Yinger, L., Mason, G., Kaplan, L., Horwitz, E.P. and

Diamond, H.Solvent Extr. Ion Exch

., 3(4), Pages 435-452 (1985)

Extratores de cobalto - D2EHPA, EHPA e Cyanex 272


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Ni2+

(aq) + 2 e-

Ni(s) Eo

= -0,257 V Co2+(aq) + 2 e- Co(s) Eo = -0,280 V

Aps a extrao (separao) cada soluo contendo cobalto ou nquel reduzida por eletrlise , para se obter o metal puro (>99%).

processo eletroltico :

Desta maneira, possvel separar por extrao ambos os metais, cobalto enquel, do mesmo minrio e obt-los com alta pureza atravs de processoeletroltico final.

Al i


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Alumnio

Principais Usos do Alumnio Metal Estrutural (avies, navios,automveis, trocadores de calor, ...) Indstria de construo (portas, janelas, portes). Recipientes diversos (embalagens para bebidas) Utenslios de cozinha

o metal mais abundante na crosta terrestre; um metal leve, resistente,durvel, verstil.

Tem grande importncia econmica. Produzido em larga escala. O minrio mais importante a bauxita, formada principalmente por Al2O3H2O junto com outros xidos (Fe2O3, SiO2, TiO2) Bauxita Al2O3H2O - Teor de Al2O3 de 40 a 60 %

Associao Brasileira do Alumnio - ABAL


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O alumnio muito reativo,tende a se oxidar facilmente.Por esta razo em geral deve ser obtido por mtodo eletroqumico.

A formao de hidrxido(pouco solvel) na superfcie do metal, protege-o deposterior oxidao (panelas de alumnio). Entretanto, em meio cido essaproteo removida.

O processo qumico denominado Bayer o mais utilizado na indstria do

alumnio. Neste processo, a bauxita dissolvida em soda custica e, depois,

filtrada para separar todo o material slido, concentrando-se o filtrado para acristalizao da alumina . Os cristais so secados e calcinados para eliminar a

gua, sendo o p branco de alumina pura enviado Reduo para obteno de

alumnio, atravs de eletrlise , processo conhecido como Hall-Hroult.

Al3+(aq) + 3 e- Al(s) E0 = -1,66 V

Al3+(aq) + OH-(aq) Al(OH) 3(s) [Al(OH) 4]- (aq)

Ou, em meio alcalino:

B fi i t d b it


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http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp

Basicamente, so necessrias cerca de 5 t de bauxita para produzir 2 t de alumina

e 2 t de alumina para produzir 1 t de alumnio pelo processo de Reduo.

Beneficiamento da bauxitaRefinaria Al2O3 calcinadaReduo Al primrio


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Sala de Cubas para reduo do Alumnio

No anodo:3O2- 3/2 O2(g) + 6 e-

C + O2(g) C O2(g)

No catodo:2 Al3+ + 6 e- 2 Al(s)

Mtodo eletroltico


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1. T.L. Brown, H.E. LeMay Jr., B.E. Bursten e J.R. Burdge, Qumica uma cincia central ,

Pearson-Prentice Hall, So Paulo, 2005, 9a. ed., cap. 23 Metais e metalurgia.

2. Shriver & Atkins Qumica Inorgnica , Bookman, 2008, 3a. Ed. (Traduo da 3a. ed.- Oxford Univ. Press, 1999 - D.F. Shriver e P.W. Atkins), cap. 6 Oxirreduo, p. 203 ;cap. 18, Os metais do bloco d, p. 455-480.

Referncias:

Extracção de Metais.pdf

Documents

Transcript of Extracção de Metais.pdf