HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA

HIDROMETALURGIA E
ELETROMETALURGIA
Prof. Carlos Falcão Jr.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Definição de HIDROMETALURGIA → parte da
metalurgia que engloba os processos de extração
de metais, nos quais a principal etapa de
separação metal-ganga envolve reações de
dissolução do metal-minério em meio aquoso.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Definição de ELETROMETALURGIA → parte da
metalurgia que engloba os processos de
obtenção de metais através da eletrólise.
Definição de eletrólise → reação de oxirredução
oposta àquela que ocorre numa célula galvânica,
sendo, portanto, um fenômeno físico-químico não
espontâneo; é um processo que separa os
elementos químicos de um composto através do
uso da corrente elétrica.
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Operações unitárias em Hidrometalurgia:
• Lixiviação
• Precipitação de compostos
• Troca iônica
• Extração por solventes
• Cementação
• Eletrorrecuperação
• Eletrorrefino de metais
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Lixiviação
• Definição → Processo de extração de um
constituinte solúvel de um sólido utilizando um
solvente (agente lixiviante).
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Lixiviação
• Objetivos:
• Abertura de minérios, concentrados ou
outros produtos metalúrgicos a fim de
solubilizar o metal de valor
• Lixiviar os constituintes facilmente solúveis
(geralmente os minerais de ganga) de um
minério ou concentrado para aumentar seu
teor ou pureza; isto é um método de
beneficiamento químico
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Lixiviação
• Escolha de um agente lixiviante depende dos
seguintes fatores:
• Solubilidade → reagente que confira
solubilidade elevada e rápida do material a ser
lixiviado
• Custo → reagente caro é indesejável visto
que a perda no manuseio elevará o custo
operacional
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Lixiviação
• Escolha de um agente lixiviante depende dos
seguintes fatores:
• Material de construção → se for corrosivo,
terá de ser manuseado em tanques de aço
inoxidável, titânio ou hastalloy (liga de níquel e
outros metais patenteada pela companhia
Haynes International), tornando o custo mais
elevado.
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Lixiviação
• Escolha de um agente lixiviante depende dos
seguintes fatores:
• Seletividade → o reagente deverá extrair
somente o componente desejado
• Regeneração → a capacidade de
regeneração do reagente para reciclo é de
grande importância
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Lixiviação
• Agentes lixiviantes → podem ser usados
individualmente ou em combinação com agentes
oxidantes e, em poucos casos, com agentes
redutores.
• Agentes lixiviantes comumente empregados:
Categoria
Reagente
Água
H2O
Ácidos
H2SO4, HCl, HNO3, HF,
H2SO3, H2SiF6, H2SO5, água
régia
Bases
NaOH, NH4OH
Soluções aquosas de sais
FeCl3, Fe2(SO4)3, Na2CO3,
NaCN, Na2S, NaCl,
(NH4)2SO3, Na2S2O3
Cloro aquoso e hipoclorito
Cl
, HClO, NaClO
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Lixiviação
• Exemplos de agentes lixiviantes:
a)Água
• Ideal por ser barata e não corrosiva
• Ação limitada para poucos minerais
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Lixiviação
a)Água
• Pode ser empregada como agente lixiviante
para os seguintes minerais:
• sais naturais → minerais de Na e K
ocorrem naturalmente tais como boratos,
carbonatos, cloretos, nitratos e sulfatos,
que são rapidamente solúveis em água.
São lixiviados, filtrados para separar a
argila e as soluções concentradas por
evaporação e os cristais puros são obtidos
por cristalização.
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Lixiviação
a)Água
• Pode ser empregada como agente lixiviante
para os seguintes minerais:
• poeiras de chaminés → algumas contem
componentes solúveis em água. Exemplo:
materiais produzido na oxidação do
molibdênio são enriquecidos em óxido de
rutênio, que é solúvel em água, formando o
ácido perrênico.
Re2O7 + H2O → 2 HReO4
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Lixiviação
a)Água
• Pode ser empregada como agente lixiviante
para os seguintes minerais:
• cinzas → as cinzas produzidas pela
calcinação contem materiais solúveis em
água. Exemplo: recuperação de sulfato de
cobre e outros metais não ferrosos a partir
de cinzas de pirita.
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Lixiviação
a)Água
• Pode ser empregada como agente lixiviante
para os seguintes minerais:
• concentrados de sulfetos → sulfetos são
dissolvidos pela água na presença de ar e
oxigênio sob pressão, em temperatura em
torno de 200°C, sendo convertidos em
sulfatos:
NiS(s) + 2 O2 → NiSO4(aq)
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Lixiviação
b) Ácidos
• Agentes lixiviantes mais comuns
• Podem ser não-oxidantes, oxidantes e
redutores
• Podem agir de diferentes maneiras
dependendo das condições empregadas
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Lixiviação
b) Ácidos
•Ácidos não-oxidantes → são aqueles em que
sua reação envolve somente seu íon H+.
Exemplo: Fe(OH)3 pode ser dissolvido em
qualquer ácido formando íons férrico.
Fe(OH)3 + 3 H+ → Fe3+ + 3 H2O
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Lixiviação
b) Ácidos
•Ácidos não-oxidantes
Ou o ferro metálico se dissolve em qualquer
ácido diluído com a liberação de hidrogênio
(processo de oxirredução):
Fe → Fe2+ + 2e2H+ + 2e- → H2
A reação total será: Fe + 2H+ → Fe2+ + H
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Lixiviação
b) Ácidos
•Ácidos oxidantes → são aqueles em que o H+ e
o ânion participam da reação. Exemplo: ácido
nítrico (H+ e NO3- participam da reação)
4 H+ + NO3- + 3e- → NO + 2 H2O
2 H+ + NO3- + e- → NO2 + H2O
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Lixiviação
b) Ácidos
•Ácidos oxidantes → Exemplo: ácido sulfúrico
concentrado é oxidante porque reagem H + e
SO42- participam da reação.
4 H+ + SO42- + 2e- → SO2 + 2 H2O
Obs: Os gases envolvidos durante esta reação
devem ser coletados e usados para regenerar o
respectivo ácido para reciclo.
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Lixiviação
b) Ácidos
•Ácidos redutores → são aqueles que sofrem
oxidação durante a reação. Exemplo: ácido
sulfuroso, muito reativo, é oxidado a ácido
sulfúrico.
H2SO3 + H2O → SO42- + 4 H+ + 2e-
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Lixiviação
b) Ácidos
•Ácidos redutores → Exemplo: água régia
(1
HNO3 conc: 3 HCl) solubiliza ouro e grande parte
dos metais nobres. Usada, principalmente, na
dissolução de ligas de ouro para o refino. A ação
de dissolver decorre da formação de cloro e
cloreto nitroso.
HNO3 + 3 HCl → Cl2 + NOCl + 2H2O
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Lixiviação
c) Bases
• Exemplos:
• NaOH → dissolução de Al2O3 a partir da
bauxita e na lixiviação de minérios
wolframita [(Fe, Mn)WO4] e scheelita
(CaWO4)
• NH4OH → extração de metais como Cu,
Co e Ni, a partir de seus minérios, com
formação de aminas complexas solúveis,
[M(NH3)n]2+.
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Lixiviação
d) Sais em soluções aquosas
• Fe3(SO4)2 ou FeCl3 são usados principalmente
na lixiviação de MeS. A reação é de oxirredução
conforme descrita abaixo:
MeS → Me2+ + S + 2eFe3+ + e- → Fe2+
Reação global: MeS + 2 Fe3+ → Me2+ + 2 Fe2+
+S
Obs: Fe3+ precipita em condições ambientes.
O pH deve estar abaixo de 3 a T .
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Lixiviação
e) Carbonatos alcalinos
• As soluções de Na2CO3 são alcalinas, logo
adequadas ao tratamento de minérios, nos quais
as gangas consomem quantidades consideráveis
de ácidos.
• Muito utilizados na lixiviação de urânio e alguns
minérios de tungstênio.
• (NH4)2CO3 é usado também por ser menos
reativo com a ganga do minério.
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Lixiviação
f) Cianetos
• Os sais alcalinos de cianeto são empregados
principalmente na lixiviação do ouro e da prata a
partir de seus minérios.
• Este processo é chamado de cianetação.
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Lixiviação
g) Sulfeto de sódio
• Utilizado na lixiviação de sulfetos minerais que
formam sulfetos complexos insolúveis como de
arsênio, antimônio, estanho e mercúrio:
Sb2S3 + 3 S2- → 2 [SbS3]3-
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Lixiviação
h) Cloreto de sódio
• As soluções de cloreto de sódio são utilizadas
principalmente para dissolver sulfato de chumbo
e cloreto de chumbo.
PbSO4 + 2 Cl- → [PbCl4]2- + SO42PbCl2 + 2 Cl- → [PbCl4]2-
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Lixiviação
i) Outros agentes lixiviantes
• O sulfeto de amônio tem um pH neutro propício
para a lixiviação de minerais de óxido de cobre.
CuO + (NH4)2SO3 + H2O → CuSO3 + 2 NH4OH
• O tiossulfato de sódio é usado na lixiviação do
AgCl na calcinação de sais de minérios de cobre.
2 AgCl + 3 S2O32- → [Ag2(S2O3)3]4- + 2 Cl-
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Lixiviação
j) Cloretos e cloro dissolvido
• Eram utilizados antigamente para a lixiviação
do ouro a partir dos seus minérios antes da
descoberta da cianetação. Porém, o cloro era
incapaz de solubilizar a prata presente nos
minérios de ouro.