determinação simultânea de urânio e tório em rochas

DETERMINAÇÃO SIMULTÂNEA DE URÂNIO E TÓRIO EM ROCHAS
FOSFÁTICAS POR ESPECTROFOTOMETRIA
Bruno Seixas Bastos, Glória Regina S. Wildhagen e Rosilda M G Lima
Instituto de Engenharia Nuclear - IEN
minério fosfático, bem como em qualquer
etapa do processo de purificação do ácido
fosfórico.
Agentes
mascarantes
e
complexantes
são
adicionados
para
remover a interferência de íons que possam
diminuir a seletividade da extração.
INTRODUÇÃO
A produção mundial de ácido fosfórico vem
aumentando nos últimos anos, pela
necessidade de atender a demanda gerada
com o crescimento populacional do planeta.
Este composto fornece o elemento fósforo,
que é indispensável à constituição de
células animais e vegetais, estando assim
intimamente ligado com a vida neste
planeta. A matéria-bruta para a produção
de fertilizantes contendo fósforo é a rocha
fosfática. Todas as rochas fosfáticas
existentes no mundo contêm algum teor de
elementos radioativos, geralmente em
baixos teores. Os principais são urânio e
tório. Quando a rocha fosfática contém um
elevado teor de urânio, este pode ser
recuperado como subproduto durante a
produção do ácido fosfórico (H3PO4). As
metodologias analíticas utilizadas durante o
processo de produção do ácido fosfórico,
incluindo a etapa de lixiviação ácida do
minério fosfático devem garantir um
controle efetivo das concentrações do U e
Th.
Isolamento do U e Th
Numa alíquota contendo até 50 ppm de U e
10 ppm de Th, foram adicionados 30 ml de
ácido bórico (0,85M) e ácido nítrico
suficiente para obtenção de uma solução
final 2M em HNO3, e 2 ml de ácido
ascórbico 5%. A solução obtida foi
contatada com 5 ml de TOPO (19,3 g de
TOPO em 500 ml de ciclohexano), o U e o
Th foram extraídos vigorosamente por
1min.
Determinação do Urânio
Trietanolamina (149g em 500 ml de H2O em
ph=8,0 ajustado com HCl, completar a 1L)
Solução complexante (50g de EDTA e 5g
de NaF em 500 ml de H2O, ajustar com
NaOH para pH=8,0, completar a 1L)
PAR (pyridilazo resorcinol 0,7% fracamente
alcalino)
Adicionar a 2 ml de TOPO carregado 2 ml
de trietanolamina, 2 ml de complexante e 1
ml da solução fracamente alcalina de PAR.
Completar o volume com etanol absoluto
para 25 L e ler em 530 nm em
espectrofotômetro.
OBJETIVO
Desenvolvimento de um método rápido e
confiável
para
determinação
da
concentração de U e Th proveniente do
processo de produção de ácido fosfórico a
partir de rochas fosfáticas.
Determinar a concentração molar do U
numa curva de calibração.
METODOLOGIA[1]
O método se baseia na extração seletiva do
urânio
e
do
tório
pelo
sistema
TOPO/CICLOHEXANO em HNO3 2M. O U
e o Th podem ser extraídos diretamente da
lixívia ácida proveniente da abertura do
Determinação do Tório
Solução de hidroxilamina 20% p/v (1:3 HCl)
Solução de ácido tartárico 10% p/v
Ácido Bórico 0,85M
Thorin 0,1%
85
Adicionar a 2 ml de TOPO carregado 1 ml
de hidroxilamina, 0,5ml de ácido tartárico,
0,5ml de ácido bórico e 2 ml de Thorin.
Completar o volume com etanol absoluto
para 25 ml e ler em 545nm em
espectrofotômetro.
flutuação muito grande, +/- 15%, resultados
muito acima do padrão de 5% normalmente
aceito para essas metodologias. Os
experimentos realizados demonstraram
claramente que o álcool anidro utilizado
deve ter uma percentagem abaixo de 0,5%
de água para evitar os erros nas medidas.
Os experimentos realizados com etanol
anidro da Sigma-Aldrich a variação em
torno do padrão de tório utilizado de 0,2 g/l
ficaram em torno de 1%.
Determinar a concentração molar do Th
numa curva de calibração.
Estudo dos interferentes[2]
Dentre os compostos presentes na lixívia
obtida após abertura do minério, aqueles
que podem causar interferência devido às
suas interações com o sistema extratante
são o Fe, Al, P e o F. Ácido ascórbico é
adicionado na etapa de isolamento do U e
Th para formar um complexo de alta
estabilidade com o Fe que nesta forma
complexada
não
é
extraído
pelo
Análises
por
topo/ciclohexano.
fluorescência de raios-x demonstraram que
o Al, Zr, Y e outros elementos que estão
presentes na ordem de ng não são coextraídos.
O
Finterfere
com
a
determinação do tório mesmo a nível de
traços, por formar complexos estáveis com
o tório impedindo a formação do composto
com o cromóforo, ácido bórico é adicionado
na etapa de determinação do tório para
formar ácido fluorbórico e deixar o tório livre
para formar complexo com o Thorin.
Estudos da interferência do Fe, P e F na
determinação do U e Th foram realizados
por adição de concentrações conhecidas
destes elementos dentro de uma faixa de
concentrações que foi escolhida em função
da variação destes elementos no próprio
minério. Várias soluções foram preparadas
mantendo o U = 1,5 g/l e o Th= 0,2 g/l.
3+
3-
-
Fe g/l
5
PO4 g/l
50
F g/l
2
10
100
15
+
4+
UO2 g/l
1,483
Th g/l
0,198
4
1,484
0,201
150
6
1,492
0,188
20
200
8
1,484
0,192
25
250
10
1,488
0,210
CONCLUSÕES
A metodologia mostrou ser excelente para
análises quantitativas rápidas e confiáveis
na determinação do urânio e do tório. A
utilização de álcool anidro > 99,5% na
determinação do tório e do urânio eleva
consideravelmente o custo da análise,
entretanto se comparado à metodologias
instrumentais para faixas de concentrações
muito baixas, como ICP que utiliza argônio,
como
gás
de
arraste,
compensa
largamente. O tempo de obtenção dos
resultados também é outra vantagem para
esta técnica analítica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Pollock, E. N., The spectrophotometric
Determination of Uranium, Analytica Chimica
Acta, v.88, p. 399- 401, 1977.
[2] Suresh, A.;Patre, Dinesh K.; Srinivasan, T.
G.; Rao, P. R. Vasudeva, Spectrochimica Acta
Part
A:
Molecular
and
Biomolecular
Spectroscopy, 58, p. 341, Jan 2002.
RESULTADOS
A tabela a seguir mostra as concentrações
estudadas para o Fe, P e F no estudo da
interferência e os resultados obtidos para o
U e o Th.
Os resultados obtidos indicam uma
variação em torno de +/-1% para o urânio.
Os resultados para o tório indicaram uma
APOIO FINANCEIRO AO PROJETO
CNPq
86