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HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA

Prof. Carlos Falcão Jr.

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.


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.


Operações unitárias em Hidrometalurgia:

• Lixiviação

• Precipitação de compostos

• Troca iônica

• Extração por solventes

• Cementação

• Eletrorrecuperação

• Eletrorrefino de metais


Lixiviação

• Definição → Processo de extração de um constituinte solúvel de um sólido utilizando um solvente (agente lixiviante).


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


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


Lixiviação


• 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.


Lixiviação


• Seletividade → o reagente deverá extrair somente o componente desejado

• Regeneração → a capacidade de regeneração do reagente para reciclo é de grande importância


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 Cl2(aq), HClO, NaClO

Lixiviação

• Exemplos de agentes lixiviantes:

a)Água

• Ideal por ser barata e não corrosiva

• Ação limitada para poucos minerais


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.


Lixiviação

a)Água


• 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


Lixiviação

a)Água


• 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.


Lixiviação

a)Água


• 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)


Lixiviação

b) Ácidos

• Agentes lixiviantes mais comuns

• Podem ser não-oxidantes, oxidantes e redutores

• Podem agir de diferentes maneiras dependendo das condições empregadas


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


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+ + 2e-

2H+ + 2e- → H2

A reação total será: Fe + 2H+ → Fe2+ + H2


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


Lixiviação

b) Ácidos

•Ácidos oxidantes → Exemplo: ácido sulfúrico concentrado é oxidante porque reagem H+ e SO4

2- 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.


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-


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


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+.


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 + 2e-

Fe3+ + 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 Tamb.


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.


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.


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-


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- + SO42-

PbCl2 + 2 Cl- → [PbCl4]2-


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-


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.


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