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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-20122022-083828
Document
Author
Full name
Pedro Henrique Godoy Zanuelo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Espinosa, Denise Crocce Romano (President)
Bergerman, Maurício Guimarães
Junca, Eduardo
Title in Portuguese
Separação de vanádio e titânio através da pré-redução da hematita do minério de vanádio.
Keywords in Portuguese
Concentração de vanádio
Hematita (Redução)
Minerio de Fe-Ti-V
Separação magnética
Abstract in Portuguese
Há um aumento na demanda de vanádio (V) devido a novas aplicações tecnológicas; um exemplo é a bateria de fluxo redox, que contém os quatro estados de oxidação do V (V2+, V3+, V4+ e V5+). Assim, esse dispositivo é eficiente e possui aplicações na produção de energia sustentável. Contudo, a exploração e o aumento da utilização do vanádio são preocupantes do ponto de vista financeiro e estratégico, devido à sua presença na lista de metais com risco de fornecimento e comercialização em países da União Europeia, os Estados Unidos e até mesmo o Brasil. Por mais que o metal já tenha algumas formas de obtenção, como a partir de exploração do minérios, do carvão mineral, escória e catalisadores desativados, é necessário explorar novas fontes, como, seu minério oxidado. Um exemplo a mina de Campo Alegre de Lourdes BA. Dessa forma, esse trabalho sugere um pré-processo para o minério de Fe-Ti-V até então não explorado, fazendo com que ele possa ser aplicado em processos já existentes na indústria, concentrando o vanádio e assegurando a não formação do carboneto de vanádio (VC), onde uma vez formado é prejudicial para a produção de pentóxido de vanádio (V2O5). Para isso, foram estudadas etapas pirometalúrgicas para a redução do minério em forno tubular estático e forno tubular rotativo em temperaturas de 400-700°C com mistura redutora de /2, sendo a condição mais econômica aquela realizada no forno tubular rotativo a 400°C por 1 h e vazão de 300 mL.min-1. Também foram aplicadas reduções a partir da gaseificação do carvão, obtendo a redução eficiente da hematita (Fe2O3) para magnetita (FeO.Fe2O3) a partir de 400°C por 3 h. Após redução, o processo de separação magnética gerou uma fração magnética, rica em Fe e V, concentrando 90,7% do vanádio presente no minério oxidado. Desta forma, esse concentrado pode ser aplicado nas rotas já utilizadas na indústria. A outra fração, não magnética, rica em Ti, pode ser comercializada como ilmenita (FeO.TiO2) e rutilo (TiO2) gerando um subproduto. Quando a fração magnética foi submetida a lixiviação com água apresentou recuperação de 83,64% de V comprovando a não formação do carboneto de vanádio durante o processo. Palavras-Chave: Concentração de vanádio, Minério de Fe-Ti-V, Redução de hematita, Redução carbotérmica, Separação magnética.
Title in English
Separation of vanadium and titanium through the pre-reduction of hematite from vanadium ore.
Keywords in English
Carbothermic reduction
Fe-Ti-V Ore
Hematite reduction
Magnetic separation
Vanadium concentration
Abstract in English
There is an increase in vanadium (V) demand due to new technological applications, an example is the redox flow battery which contains the four oxidation states of V (V2+, V3+, V4+, and V5+). Thus, these devices have great efficiency and promising applications in sustainable energy production. However, the exploration and increase in the use of vanadium are worrying from a financial and strategic point of view, due to its presence in the list of metals at risk of supply and commercialization in countries such as the European Union, the United States, and even Brazil. As much as there already are some ways of obtaining this metal besides the exploitation of standard mines, such as obtaining it from ore exploration, coal, slag, and deactivated catalysts, it is necessary to find new sources, such as mines not yet explored because their ore is oxidized, such as the one in Campo Alegre de Lourdes BA. Therefore, this work suggests a preprocess for the previously unexplored Fe-Ti-V ore, allowing it to be applied in existing processes in the industry, concentrating the vanadium and ensuring the non-formation of vanadium carbide (VC) once formed it is detrimental to the production of vanadium pentoxide (V2O5), so that there is greater commercialization of vanadium by the industry. For this purpose, pyrometallurgical steps were studied for ore reduction in a static tube furnace and rotary tube furnace at temperatures of 400-700°C with a CO/CO2 reducing mixture, the most economical condition being in the rotary tubular furnace at 400°C for 1 h and flow rate of 300 mL.min-1. Reductions were also applied from the gasification of the coal, obtaining the efficient reduction of hematite (Fe2O3) to magnetite (FeO.Fe2O3) from 400°C for 3 h, obtaining an industrially more economical reduction process. Proceeding to the magnetic separation that generates a magnetic fraction, rich in Fe and V, concentrating 90.7% of the vanadium present in the oxidized ore and later applied in routes already used in the industry, and another non-magnetic fraction, rich in Ti, which can be commercialized such as ilmenite (FeO.TiO2) and rutile (TiO2) generating a byproduct. When the magnetic fraction was subjected to leaching, it showed an extraction of 83.64% of V, proving the non-formation of vanadium carbide during the process.
 
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Publishing Date
2022-12-20
 
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