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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2024.tde-23052024-081606
Documento
Autor
Nome completo
Gabriel Alves de Souza Gonçalves
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2024
Orientador
Banca examinadora
Espinosa, Denise Crocce Romano (Presidente)
Barros, Kayo Santana
Izidoro, Juliana de Carvalho
Título em português
Separação de nióbio e tântalo contidos no licor de lixiviação da escória de estanho por resinas quelantes de troca iônica.
Palavras-chave em português
Ácido oxálico
Adsorção
Hidrometalurgia
Metais estratégicos
Trocadores iônicos
Resumo em português
Com o avanço tecnológico, a demanda por nióbio e tântalo está em ascensão. Entretanto, suas reservas são limitadas e distribuídas irregularmente. Dessa forma, busca-se a recuperação desses metais a partir de fontes secundárias, como escórias e produtos obsoletos, usando rotas hidrometalúrgicas. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de cinco resinas quelantes de troca iônica, com os seguintes grupos funcionais: hidroxipropilpicolilamina (XUS 43605), bis-picolilamina (M4195), ácido aminofosfônico (S950) e ácido iminodiacético (TP 207 e TP 209 XL), na recuperação de nióbio e tântalo contidos em um lixiviado da escória de estanho. Os parâmetros estudados em batelada foram: temperatura, pH, massa de resina e tempo de contato. Os parâmetros avaliados em sistema contínuo foram: para adsorção vazão e volume de leito; para eluição variação de eluentes e concentrações dos ácidos. A resina de grupo funcional hidroxipropilpicolilamina (XUS 43605) demonstrou ser mais seletiva para a adsorção de nióbio e tântalo quando comparada com as demais resinas. Foram estudadas as isotermas de adsorção e realizado o estudo cinético de reação, em que os dados experimentais demonstraram uma concordância com os modelos da isoterma de Temkin e Langmuir, respectivamente, para nióbio e tântalo. No estudo cinético, os resultados experimentais obtiveram melhor adequação ao modelo de pseudo-segunda ordem. Além disso, para a resina XUS 43605, os parâmetros termodinâmicos indicaram que o processo de adsorção é espontâneo e endotérmico. O percentual máximo de adsorção em sistema batelada da resina XUS 43605 para nióbio e tântalo, foi de 74% e 81%, respectivamente. No sistema contínuo em coluna de leito fixo, foi alcançado o percentual de adsorção de 97% e 95% para nióbio e tântalo, respectivamente. A eluição ocorreu em ácido clorídrico 2mol L-1, e então, foi realizada a precipitação da solução eluída, obtendo um sólido concentrado em 91,25% de pentóxido de nióbio. Esses resultados demonstram que as resinas de troca iônica são promissoras na obtenção de nióbio e tântalo a partir de fontes secundárias.
Título em inglês
Untitled in english
Palavras-chave em inglês
Adsorption
Hydrometallurgy
Ion exchangers
Oxalic acid
Strategic metals
Resumo em inglês
With technological advances, demand for niobium and tantalum is on the rise. However, their reserves are limited and irregularly distributed. The recovery of these metals from secondary sources, such as slag and obsolete products, is therefore being sought using hydrometallurgical routes. Therefore, the aim of this study was to evaluate the performance of five ion exchange chelating resins with the following functional groups: hydroxypropylpicolylamine (XUS 43605), bis-picolylamine (M4195), aminophosphonic acid (S950) and iminodiacetic acid (TP 207 and TP 209 XL) in the recovery of niobium and tantalum contained in a tin slag leachate. The parameters studied in batch were: temperature, pH, resin mass and contact time. The parameters evaluated in a continuous system were: for adsorption - flow rate and bed volume; for elution - variation of eluents and acid concentrations. The hydroxypropylpicolylamine functional group resin (XUS 43605) proved to be more selective for the adsorption of niobium and tantalum when compared to the other resins. The adsorption isotherms were studied and a kinetic reaction study was carried out, in which the experimental data showed agreement with the Temkin and Langmuir isotherm models, respectively, for niobium and tantalum. In the kinetic study, the experimental results were better suited to the pseudo-second order model. Furthermore, for the XUS 43605 resin, the thermodynamic parameters indicated that the adsorption process is spontaneous and endothermic. The maximum percentage of adsorption in a batch system for XUS 43605 resin for niobium and tantalum was 74% and 81%, respectively. In the continuous fixed-bed column system, adsorption percentages of 97% and 95% were achieved for niobium and tantalum, respectively. Elution took place in 2mol L-1 hydrochloric acid, and then the eluted solution was precipitated, obtaining a concentrated solid of 91.25% niobium pentoxide. These results show that ion exchange resins are promising for obtaining niobium and tantalum from secondary sources.
 
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Data de Publicação
2024-05-27
 
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