Aplicações Da Eletrólise Na Eletrometalurgia (Editado H

 

5.3 Eletrometalurgia: Segundo Yamane et al. (2011) a eletrometalurgia é uma forma de refino de metais por meio da eletrólise. Compreendem eletrorecuperação e eletrorefino. Boa parte dos metais presentes nos REEEs já se encontram na forma metálica, todavia impura, portanto o objetivo do eletrofino é obter o metal de interesse em seu estado puro. Uma patente de Li, et al. (2009) propõe a obtenção de níquel ultra puro, por meio da combinação do processo hidrometalurgico com eletrometalurgico. Conforme o autor, ao final do processo é possível obter  níquel a 99,999%. Para Veit, (2001) Menetti e Tenório, (1995) se comparada com os processos pirometalurgicos, as vantagens da Eletrometalurgia são: poucas etapas de execução; e os concentrados de metais preciosos obtidos representam de 95 a 97% dos metais presentes nos resíduos. Um processo de reciclagem de PCIs utilizando a técnica de eletrofino está descrito na patente dos Inventores Dills James et al. System For Recycling Printes Circuit Boards. Inicialmente as PCIs passam pelo processo de pirolise e depois é feita uma pasta do resíduo metálico para compor o eletrodo.

2.3.4. Eletrometalurgia A eletrometalurgia é o processo de obtenção de metais através de eletrólise. Estes processos são usualmente efetuados em eletrólitos aquosos ou sais fundidos (VEIT, 2005). Existem diversos estudos baseados em técnicas eletroquímicas com o objetivo de recuperar metais dos mais variados tipos de resíduos. García-Gabaldón (2006) estudou o desempenho de um reator eletroquímico de dois compartimentos separados em lotes por uma membrana cerâmica na remoção do estanho de soluções provenientes de oper op eraç açõe õess galv galvân ânic icas as.. Ju Juar arez ez e Dutra Dutra (2 (200 000) 0) us usar aram am a vo voltltam amet etria ria de varredura linear e a cronopotenciometria no estudo da recuperação do ouro de solu so luçõ ções es de tiou tioure reia ia po porr elet eletro rode depo posi siçã ção. o. Fo Forn rnar arii e Ab Abbr bruz uzze zese se (199 (1999) 9) estudaram a recuperação seletiva de cobre e níquel de soluções provenientes dass in da indú dúst stri rias as galv galvân ânic icas as e elet eletrô rôni nica cass util utiliz izan ando do a el elet etro rode depo posi siçã ção. o. A deposição do cobre foi realizada em condições ácidas e a deposição de níquel em condições básicas. Scott et al. (1997) em seu estudo sobre a reciclagem de metais de soluções de decapagem usadas na fabricação das PCI’s, analisaram dois processos de reci recicl clag agem em:: a re reci cicl clag agem em elet eletro roqu quím ímic ica a dos dos me meta tais is e a co comb mbin inaç ação ão de deposição eletroquímica de cobre, com a precipitação do estanho e do chumbo que poderi poderiam am ser recupe recuperad rados os por pir pirome ometal talurg urgia. ia. Do Doula ulakas kas et al. (20 (2000) 00) estudaram a recuperação de cobre, chumbo, cádmio e zinco de uma solução si sint ntét étic ica a por por el elet etro rode depo posi siçã ção o e obse observ rvar aram am qu que, e, util utiliz izan ando do co cond ndiç içõe õess potenciostáticas favoráveis, era possível a eletrodeposição seletiva dos quatro metais, com graus de pureza superiores a 99%. Segundo Sum (1991), se os

 

metais forem concentrados através de hidrometalurgia (ex. dissolução seletiva, troca tro ca iôn iônica ica ou extraç extração ão por solve solvente nte)) eles eles pod podem em ser eletro eletrodep depos osita itados dos diretamente das soluções aquosas sobre o cátodo. Por exemplo, em uma solução de sulfato contendo, cobre e níquel, pode-se eletrodepositar o metal cobre, deixando o níquel em solução (SUM, 1991). Com relação a recuperação de metais preciosos Sum (1991) cita as seguintes vantagens dos processos eletrometalúrgicos:  Poucas etapas;  O concentrado de metais preciosos a partir da eletrólise representa 95 – 97% do metal encontrado na sucata;   A quantidade de metais preciosos no lodo anódico depois de fundição e de eletrólise como etapa de refino é muito baixo;  É aplicável em todos os tipos de sucatas que contenham uma camada superficial de metais preciosos sobre um su sub bst stra rato to de meta tall bas ase; e;   To Todo doss os me meta tais is prec precio ioso soss po pode dem m se ser  r  dissolvidos simultaneamente ou seletivamente (se necessário), e o substrato a base bas e de cob cobre re per perman manec ece e ina inalte lterad rado; o;   O eletrólito pode ser reciclado. A principal limitação desta técnica é a necessidade de se ter uma sucata préclassificada.

3.6.5 Eletrometalurgia Processo utilizado para se obter metais separadamente das soluções concentradas oriundas do processamento mecânico. Trata-se de um processo de refino de metais através da eletrólise (DUAN et al., 2011; YAMANE et al., 2011). O princípio envolve as reações de oxirredução, não espontâneas, em que o metal presente em um material se dissolve sob a forma de ío íons ns me metá tálilico coss e é el elet etro rode depo posi sita tado do no ca cato todo do sob a form forma a pu pura ra.. Praticamente todo o cobre obtido a partir do minério de cobre é refinado eletroliticamente. Existem dois processos eletrometalúrgicos que podem ser  utiliza uti lizados dos:: ele eletro trorre rrefin fino o e a ele eletro tro-ob -obten tenção ção (ELLIN (ELLINGHA GHAM; M; MOO MOORE, RE, 193 1931; 1; GERB GE RBAS ASE; E; OLIV OLIVEI EIRA RA,, 20 2012 12). ). O pr proc oces esso so de el elet etro rorr rref efin ino o é util utiliz izad ado, o, normalmente, com metais fundidos obtidos por métodos pirometalúrgicos. O anodo ano do é const constitu ituído ído pelo pelo metal metal fundid fundido, o, ain ainda da co conte ntendo ndo certas certas imp impure urezas zas (anodo com 99,95 % de cobre). Durante a eletrólise, o metal, sem a impureza do anodo, é elet letrodeposita itado no catodo (V (VE EIT, 2005). Os metais remanescentes no anodo (prata, ouro, platina, chumbo, estanho, etc.) podem se dissolver no eletrólito ou formar lodos que se acumulam no fundo da célula eletrolítica. O material é recolhido periodicamente e enviado para uma fábrica de derivados de cobre ou unidades de recuperação de metais (BISWAS et al., 2002). A eletro-obtenção consiste na eletrólise (com anodo insolúvel, inerte) de uma solução aquosa de um sal de metal (sulfato, cloreto, etc), obtida por  extração do solvente ou lixiviação do minério ou concentrado. A solução do íon metá me tálilico co é su sub bmet etid ida a a uma cor orre rent nte e elé létr tric ica, a, oc oco orre rrendo do,, entã ntão, a eletrodeposição do metal no catodo. Normalmente é utilizado o lixiviado que é concentrado em metais dissolvidos e obtido do tratamento hidrometalúrgico. Na eletroobtenção, metais como cobre, zinco, cádmio, alumínio, metais preciosos,

 

entre outros, podem ser obtidos (GERBASE; OLIVEIRA, 2012). No processo de eletro-obtenção do cobre pode-se utilizar como anodo inerte uma liga de chumbo-estanho-cálcio, sendo o eletrólito uma solução aquosa contendo o íon metálico. Os produtos obtidos são cobre puro no catodo e gás oxigênio no anodo. Em uma planta de 42 eletrorrefino de cobre é possível obter cobre com 99,98 % de pureza (BISWAS et al., 2002; GERBASE; OLIVEIRA, 2012). Na eletro-obtenção são utilizados catodos e anodos, onde um deles é inerte e o outro é feito do metal a ser recuperado. Este metal a ser recuperado pode ser  deriva der ivado do de um proces processo so de lix lixivi iviaçã ação o prelim prelimina inarr ou pel pela a ad adiçã ição o de sai saiss metáli met álicos cos na sol soluçã ução o da célul célula a de eletro eletroobt obtenç enção ão (JA (JACKS CKSON, ON, 198 1986). 6). As reações dos anodos geralmente são provocadas pelo desprendimento de O2 e Cl2, conforme as equações 15 e 16. 2H2O → 4H+ + O2 + 4e- (15) 2Cl- → Cl2 + 2e- (16) Os anodos devem ser preferencialmente insolúveis para evitar  contaminação da solução lixiviada com outros metais além de poder formar  precipitados com os metais derivados da lixiviação, interferindo no processo de eletrodeposição do metal de interesse (JACKSON, 1986). Os catodos são formados de lâminas finas do metal a ser eletrodepositado. As reações são reversas às reações que ocorrem nos anodos, isto é, os metais em solução são atraíd atr aídos os eletri eletricam cament ente e pel pelo o catodo catodo e se reduze reduzem m se segun gundo do a equ equaçã ação o 17 (MORAES, 2011). Metal ze Metal z        (17) A equação 17 apresenta um metal na forma solúvel que recebe elétrons para se reduzir, onde, no processo de refino eletrolítico, estes elétrons são provenientes da corrente contínua ligada nos eletrodos (catodo e anodo) (YAMANE et al., 2011).

Etimologicamente, eletrólise significa “decomposição pela eletricidade”. A eletrólise é, assim, um processo que utiliza corrente elétrica para promover uma reação química não espontânea espontânea.. Para isso, um gerador de corrente corrente elétrica contínua é ligado aos elétrodos de uma célula eletrolítica forçando os eletrões a participar em reações provocadas de oxidação num dos elétrodos (o anodo) e de redução no outro elétrodo (o cátodo). No ano de 1800, os cientistas ingleses William Nicholson (1753-1815) e  Anthony Carlisle (1768-1840), (1768-1840), quando tentav tentavam am reproduzir as experiênc experiências ias de  Allesandro Volta (1745-1827), (1745-1827), com o objetivo de a analisar nalisar as cargas elétricas usando um eletroscópio previamente desenvolvido por Nicholson, verificaram que ao inserirem os dois fios condutores metálicos provenien provenientes tes da pilha de Volta num recipiente com água, se libertavam bolhas gasosas nas superfícies dos fios condutores (hidrogénio e oxigénio).1 Posteriormente, em 1807, o químico inglês Sir Humphry Davy (1778-1840) fez passar uma corrente elétrica através de hidróxido de potássio e hidróxido de sódio fundidos, isolando os elementos potássio e sódio, respetivamente. Davy prosseguiu os seus estudos com metais alcalinoterrosos, tendo isolado de forma semelhante o magnésio, o cálcio, o estrôncio e o bário. Em 1834, Michael Fareday (1791-1867) introduziu,

 

por sugestão do polímato Rev. William Whewell (1794-1866), o termo eletrólise que deriva do grego electro + lysis e significa decomposição por ação da eletricidade. No quotidiano, a eletrólise é um processo muito usado na preparação e purificação de metais, como por exemplo, na obtenção do alumínio a partir do mineral bauxite, ou na refinação do cobre na etapa final da extração.  A eletrólise é também utilizada utilizada para a obtenção ind industrial ustrial de algumas substâncias (compostas (compostas e elementares), como por exemplo, o clorato de potássio, o dihidrogénio, o dicloro, o hidróxido de sódio e clorato de sódio.

Figura 1. Representação esquemática de uma célula eletrólitica utilizada para um processo de galvanoplastia.  A eletrólise também está presente presente nos processos processos de eletrodeposiçã eletrodeposição, o, nomeadamente no processo de galvanoplastia, no qual se pretende o revestimento de uma superfície condutora através da deposição, por ação de uma corrente elétrica, de iões de um dado metal. A superfície que vai receber o revestimento metálico é ligada ao polo negativo de uma fonte de alimentação comportando-se como um cátodo. O metal que vai fornecer o revestimento é

 

ligado ao polo positivo e comporta-se como ânodo. Quando a fonte de alimentação é ligada, a ação da corrente elétrica que flui fl ui no circuito provoca a redução (no cátodo) do catião em solução e a oxidação do metal (no ânodo) (Figura 1).

Referências

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 RSC: Enterprise and electrolysis, electrolysis , consultado em 02/03/2010.

 Online Etymology Dictionary: electrolysis electrolysis,, consultado em 02/03/2010.

Processo Hall-Héroult O alumínio metálico é produzido, em escala comercial, por meio de eletrólise da alumina obtida, praticamente, pelo processo Bayer. A redução direta do óxido de alumínio para alumínio metálico até hoje não é um processo competitivo. O processo eletroquímico utilizado na obtenção desse metal consiste na eletrólise da alumina dissolvida em criolita (3NaF.AlF3) fundida (p.f. 1.010o C), com baixas concentrações de aditivos não decompostos (ex. fluoretos de alumínio, cálcio, magnésio e lítio). A mistura atua como fundente da alumina. Com a passagem da corrente contínua através da solução, o oxigênio migra para o anodo de carbono com o qual reage, gerando dióxido de carbono na superfície anódica. Ao mesmo tempo ocorre a redução do alumínio na superfície do catodo, conforme as equações seguintes (Monte et al., 1994). Reação catódica 3 - o Al + 3e ⇔ Al + Rochas e Minerais Industriais – CETEM/2005 291 Reação anódica − − 3Al O ⇔ 3Al + 3O + 3e 2 o 2 2 Também no anodo 2 2 3C (eletrodo) + 3O ⇔ 3CO Adicionando as três equações obtémse a reação global de redução do alumínio com base em alumina, Al 2O3 : 2 o 2 3 2Al O + 3C ⇔ 4Al + 3CO O potencial reversível desta reação, calculado com base em dados termodinâmicos, é de 1,15 V. Na prática comercial, a tensão de decomposição está na faixa de 1,5-1,7 V, principalmente, devido à sobretensão anódica. A resistência ôhmica de condutores e eletrodos aumenta a tensão de operação da célula de 4 para 5 V. Na prática, o alumínio é depositado no catodo, com eficiência farádica de 85-90%. A perda na eficiência é, principalmente, devido à reoxidação do alumínio depositado no catodo, pela ação do CO2 gerado no anodo (Huglen et al., 1986), segundo a reação a seguir: 2Al + 3CO2 ⇔ Al 2O3 + 3CO Os metais dissolvidos no eletrólito que apresentam um potencial de redução menos negativo que o do alumínio (Eo = -1,662 V, em água a 25o C) são reduzidos e aparecem em quantidades variadas no alumínio. Aqueles com potenciais de redução mais elevados, como lítio, cálcio, sódio magnésio, permanecem novenenos, eletrólito.reduzindo Alguns dos óxidos não metálicos (ex.:e os fosfóricos) atuam como a eficiência

 

farádica. A eletrólise é realizada em temperaturas na faixa de 10-20o C acima do ponto de fusão do eletrólito. A faixa operacional de temperatura do eletrólito entre 935 e 975o C é considerada típica, e o teor de alumina varia entre 1 e 6%. Quando a concentração de alumina aproxima-se de 1%, uma reação diferente ocorre no anodo, que forma um filme fi lme de gás com elevada resistência na superfície anódica, o que provoca um aumento na tensão da célula para uma faixa de 20 a 40 V. Tal condição recebe a denominação de efeito anódico.  A eletrólise normal volta ao 292 292 Bauxita estado inic inicial ial com o aumento da concentração da alumina e a ruptura do filme de gás sobre a superfície anódica. Embora a eletrólise possa ser feita usando-se apenas criolita como fundente, descobriu-se que certos aditivos, como fluoreto de alumínio, aumentam a eficiência farádica. A adição de fluoreto de cálcio reduz a temperatura de operação, reduzindo o ponto de fusão do eletrólito; entretanto, apresenta o incoveniente de aumentar a densidade do banho. Já o fluoreto de lítio, normalmente adicionado na forma de carbonato, aumenta a condutividade elétrica do banho e diminui sua densidade. O fluoreto de magnésio, também presente no banho em algumas usinas, é geralmente adicionado na forma de MgO, para aumentar a condutividade e diminuir a densidade do eletrólito; porém o seu uso, assim como o do fluoreto de lítio, estão limitados a pequenas quantidades, porque, em caso de co-deposição com o alumínio, prejudicam suas propriedades mecânicas mecânicas (Grjotheim e Welch, 1980). A demanda de energia elétrica para produção de alumínio é significativamente elevada. Dessa forma, o processo de obtenção de alumínio foi aperfeiçoado com a finalidade de otimizar o consumo de energia. Cabe lembrar que, em 1940, a indústria consumia cerca de 24.000 kWh/t de alumínio produzido. Atualmente, esse valor  caiu para 13.000 kWh/t. Todavia, ainda se atribui ao processo o ônus de ser aquele que mais demanda energia entre todos os processos metalúrgicos (Mártires, 2001). Esses argumentos justificam a localização das unidades industriais, para produção de alumínio metálico, próximas às hidrelétricas, às minas de carvão, ou mesmo nos países onde há energia elétrica com abundância e baixo custo. MONTE, M. B. M. e ADAMIAN, R. (1994). Aspectos tecnológicos e econômicos da indústria do alumínio. Série Estudos e Documentos, n.22,. CETEM. PAGIN, S.; CERA, D. e ÉRRICO, J. C. D. (1983). Alumínio do minério ao lingote. In.

 

Referencias: http://anteriores.aprepro.org.br/co http://anteriores.aprepro.org.br/conbrepro/2012/anais nbrepro/2012/anais/artigos/gestaoamb/1.pdf  /artigos/gestaoamb/1.pdf  https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/26637/1/Estudoremo https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/266 37/1/Estudoremo %C3%A7%C3%A3ometais_Silva_2018.pdf  http://cursos.ufrrj.br/posgraduacao/ppgeq/files/2019/07/Disserta %C3%A7%C3%A3oTHEO.pdf