tratamento de resíduos da lixiviação de pci

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ETEC DR. DEMÉTRIO AZEVEDO JÚNIOR

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ETEC DR. DEMTRIO AZEVEDO JNIORITAPEVA - SP2014

ETEC DR. DEMTRIO AZEVEDO JNIOR

ISABELA VITRIA FIGUEIRA DA COSTAJULIA PEREIRA DINIZNATALIA RODRIGUES DA COSTA

RECUPERAO DE METAIS OBTIDOS NA LIXIVIAO DE PCI

ITAPEVA SP2014ISABELA VITRIA FIGUEIRA DA COSTAJULIA PEREIRA DINIZNATALIA RODRIGUES DA COSTARECUPERAO DE METAIS OBTIDOS NA LIXIVIAO DE PCI

Trabalho de Concluso De Curso apresentado ao Curso Tcnico em Qumica da Escola Tcnica Estadual Dr. Demtrio Azevedo Jnior de Itapeva, como parte dos requisitos para obteno do diploma de Tcnico em Qumica.

Orientador: Prof. Paulo Rossi BileskyITAPEVA SP

2014

ETEC DR. DEMTRIO AZEVEDO JNIOR

ISABELA VITRIA FIGUEIRA DA COSTAJULIA PEREIRA DINIZNATALIA RODRIGUES DA COSTA

ESTE TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO FOI JULGADO ADEQUADO PARA A OBTENO DO TTULO DE

TCNICO EM QUMICA

Prof. ROBERTO CARLOS DE OLIVEIRA

Coordenador

BANCA EXAMINADORA:

Prof. PAULO ROSSI BILESKY

Orientador/ETEC-ITAPEVA

Prof. FRANCISCO DE ALMEIDA FILHO

ETEC-ITAPEVA

Prof. ROBERTO CARLOS DE OLIVEIRA

ETEC-ITAPEVA

Novembro de 2014

AGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiramente a Deus por nos ter dado foras durante esta caminhada,

s nossas famlias pelo amor, carinho e incentivo incondicional,

esta instituio de ensino, bem como seu corpo docente, somos gratas por todo o conhecimento a ns transferido, pela tica, respeito e suporte.

COSTA, I. V. F.; DINIZ, J. P.; COSTA, N. R. Recuperao de metais obtidos na lixiviao de PCI. 2014. 37 f. Trabalho de Concluso de Curso (Tcnico em Qumica) ETEC Dr. Demtrio Azevedo Jnior, Itapeva SP, 2014.

RESUMO

A lixiviao de PCIs acarreta a gerao de um resduo que no possui, a princpio, uma destinao correta. Este material uma soluo de cloreto frrico saturada de ons de cobre, que se descartada incorretamente pode ser prejudicial ao meio ambiente e vida humana. Desta forma este trabalho prope o isolamento do cobre e do ferro em forma de xidos (sendo que a partir destes possvel produzir pigmentos e ligas metlicas) e sua quantificao, como uma proposta de interveno afim de transformar o rejeito em um produto til com a menor quantidade de resduo possvel. A metodologia empregada consiste basicamente na separao por decantao dos metais presentes, formao do xido de cobre, calcinao dos xidos obtidos e quantificao atravs de titulao com EDTA, alm de pigmentao de uma tinta base de gua com os xidos. A partir do desenvolvimento destes processos, separaram-se os xidos de cobre e ferro, determinou-se sua constituio e realizaram-se tentativas de aplicao dos xidos mencionados como pigmento. Ao trmino de todos os processos obtiveram-se os metais em forma de xidos, o que possibilita uma gama de finalidades soluo inicial, desde pigmentos at sua possvel fundio, e ainda observou-se que ambos os xidos tm um grau significativo de pureza, sendo o de cobre 60,8% e o de ferro, 96,65%.

PALAVRAS-CHAVE: xido de cobre, xido de ferro, PCI, pigmentos, resduo.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Fluxograma Hidrometalrgico............................................................................... 15

Figura 2 Diagrama de Pourbaix............................................................................................ 16

Figura 3 Diagrama Pourbaix do Sistema cobre-gua a 25C................................................ 17

Figura 4 Fluxograma de um processo de formao de pigmentos por precipitao............. 21

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Produtos base de xido de ferro.......................................................................... 21

Tabela 2 Composio do xido de cobre.............................................................................. 27

Tabela 3 Composio do xido de ferro............................................................................... 28

LISTA DE SMBOLOS

Cu

Cobre

Cu0

cobre metlico

Cu+2

ction cprico

CuO

xido de cobre II

E

Potencial

EDTA

cido etilenodiamino tetra-actico

Fe3+

ction frrico

FeCl3

cloreto frrico

Fe2O3

xido de ferro III

HCl

cido clordrico

NaOH

hidrxido de sdio

PCI

placa de circuito impresso

pH

potencial hidrogeninico

SUMRIO1INTRODUO91.1 OBJETIVOS102REVISO BIBLIOGRFICA112.1 PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO112.2 COBRE112.3 PROCESSOS DE RECUPERAO DE COBRE122.3.1 Processos Mecnicos122.3.2 Biotecnologia132.3.3 Pirometalurgia132.3.4 Eletrometalurgia142.3.5 Hidrometalurgia142.3.5.1 Fluxograma Hidrometalrgico152.3.5.2 Preparao162.3.5.3 Lixiviao162.3.5.4 Tratamento da Soluo e Recuperao do Metal182.4 PROBLEMAS OCASIONADOS PELO DESCARTE INADEQUADO182.5 COLORANTES192.5.1 Obteno de pigmentos por precipitao212.5.2 xidos de ferro212.5.3 xidos de cobre223METODOLOGIA233.1 MATERIAIS E REAGENTES233.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL233.2.1 Separao dos metais em soluo243.2.2 Formao do xido de cobre243.2.3 Filtrao e Secagem dos xidos243.2.4 Calcinao dos xidos243.2.5 Abertura e preparao das amostras243.2.6 Quantificao dos xidos obtidos253.2.7 Aplicao do pigmento254RESULTADOS E DISCUSSES264.1 ANLISE DE XIDO DE COBRE274.2 ANLISE DE XIDO DE FERRO274.3 APLICAO DOS PRODUTOS285CONCLUSO296REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS30

INTRODUO

No mbito da fabricao de placas e circuitos eltricos utiliza-se como principal matria prima o Cobre, por sua alta condutividade. Entretanto a oxidao deste metal acarreta problemas para a passagem da corrente eltrica, de modo que este se torna um circuito obsoleto (PETTER et al, 2012).

Com o objetivo de remover a camada de Cobre oxidada, realiza-se o processo de lixiviao sobre o circuito, solubilizando ento os componentes metlicos (PETTER et al, 2012). Para tal utiliza-se uma soluo corrosiva, como neste caso, Cloreto Frrico (FeCl3). Essa soluo muito usada como agente lixiviante de materiais com cobre por ser fonte de ons Fe3+, que so um bom agente oxidante (CARNEIRO; LEO, 2005).

Porm aps diversas utilizaes da soluo, ela se torna inutilizvel para este fim devido ao acmulo de ons de cobre, gerando ento um resduo sem destinao adequada, posto que segundo Andreazza et al. (2010) ainda que essencial, o cobre um metal que gera impactos prejudiciais vida e ao ambiente, se em altas concentraes.

Assim, no que diz respeito a essa problemtica, os danos causados pelo cobre podem atingir seres humanos causando, de acordo com a ATSDR (2004, p.32), danos ao fgado e aos rins, anemia, imunotoxicidade e desenvolvimento da toxicidade. No contexto das plantas igualmente h impactos gerados devido a altas concentraes deste metal pesado. exemplo da reduo do desenvolvimento de plantas de aveia com a adio de doses crescentes de cobre (Cu) (SANTOS et al, 2004 apud ANDREAZZA et al, 2013).

Sendo que ambos os exemplos supracitados, humanos e plantas, podem obter contato com o Cobre por meio do solo, ingesto de gua, comida, ou qualquer outra substncia que o contenha (ATSDR, 2004 p.6) em altas concentraes em geral consequentes da ao antrpica no meio.

Existem processos utilizados para obteno de cobre que podem ser usados para reciclagem do mesmo, desta forma evitando que ele chegue ao meio ambiente. Segundo Veit (2005 p.9), os principais so a pirometalurgia, eletrometalurgia e hidrometalurgia, e um mtodo alternativo a biotecnologia.

Dando destaque ao processo hidrometalrgico, este composto de duas partes: a primeira o ataque cido ou alcalino para dissoluo do material, sendo seguido pela segunda parte que a separao por meio de procedimentos como precipitao, filtrao ou troca inica (VEIT, 2005 p.10). A lixiviao pode ser considerada a primeira parte da reciclagem por hidrometalurgia, e a partir desse processo oxidativo em materiais de metal comum a obteno de xidos metlicos em soluo.

xidos e outros compostos provenientes de metais de transio, como cobre e ferro, so coloridos (ESPSITO, 2011) e por isso muito utilizados como pigmento (principalmente os de ferro, por originarem diversas coloraes, do amarelo ao marrom) devido seu baixo custo e grande capacidade de colorao (BONDIOLI; MANFREDINI; OLIVEIRA, 1998, p. 13).

OBJETIVOS

Visando gesto dos resduos gerados a partir de uma soluo de cloreto frrico saturada com ons de cobre, que pode ser prejudicial ao meio ambiente se descartada de forma incorreta, este trabalho teve por objetivo realizar:

- Isolamento do cobre e do ferro na forma de xidos (por meio de hidrometalurgia), quantificao e tratamento destes metais, presentes na soluo;

- Produo de corantes utilizando as tonalidades provenientes dos xidos de ferro e cobre formados.

E assim transformar a soluo problema em produtos teis com o mnimo de resduos possveis.

REVISO BIBLIOGRFICA

PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO

As Placas de Circuito Impresso (PCI) compe uma enorme gama de eletroeletrnicos, como: televises, celulares, DVDs, aparelhos de som, etc. Esse material engloba em sua diversificada composio: 30% polmeros (polister, policarbonatos e poliolefinas), 30% de xidos refratrios (slica, alumina, xidos de terras raras, etc.), 40% metais de base (cobre, estanho, ferro, nquel, chumbo, alumnio e zinco), e ainda uma quantia de metais preciosos (prata, ouro e paldio) (VEIT, 2005 p.9).

Inserido na lmina da PCI est o cobre, representando uma fina camada que a envolve; na qual os circuitos integrados so unidos lmina por soldagem, de forma que atravs de caminhos condutores as conexes ocorram do lado da lmina que possui cobre (JNIOR et al, 2013).

COBRE

Historicamente, o cobre considerado precioso desde antes de Cristo, pois seu tratamento metalrgico proporcionava uma produo elevada. Entretanto com o passar do tempo esse metal sofreu intensa desvalorizao, voltando apenas a ser valorizado pelas indstrias de telefonia e eletricidade no princpio do sculo XX (GONALVES; CUNHA, 2012 p.12).

Este um metal marrom-avermelhado (NPI AUSTRALIAN GOVERNMENT, 2013) que se encontra abundantemente na natureza em rochas, gua, sedimentos, solo, plantas e animais e de forma pouco concentrada no ar, totalizando aproximadamente 50 partes de cobre por milho de partes de solo (ppm) (ATSDR, 2004 p.1).

classificado como um metal pesado, possui densidade de 8,94 g/cm, ponto de fuso a 1083C, de ebulio a 2595C, e seus istopos mais estveis tm massa 63g e 65g, j os istopos radioativos possuem massas que variam de 58g a 68g, outra caracterstica que ele no possui formas alotrpicas (GONALVES; CUNHA, 2012, p.14).

O cobre um excelente condutor de calor e eletricidade, perdendo apenas para a prata, alm de ser dctil (facilita a formao de fios) e malevel. Isso o que o torna um dos metais mais utilizados em composies eltricas, de forma que segundo Moraes (2011, p.13) este metal compe cerca de 2/3 dos componentes eletrnicos.

PROCESSOS DE RECUPERAO DE COBRE

A presena de metais preciosos bem como de metais de base, e sua considervel poro em PCIs, torna o tratamento residual destas, interessante economicamente devido ao valor agregado a tais metais, de acordo com Jnior et al. (2013).

Juntamente com o interesse econmico, h o interesse ambiental na reciclagem de PCIs, pois certas substncias causam danos sade. Como o caso do mercrio que prejudica o crebro, ou ainda o chumbo que afeta o sistema nervoso central, perifrico, endcrino e circulatrio (VEIT, 2005). Vale ressaltar que ambos os elementos citados acima so proibidos em equipamentos eletrnicos na Europa desde 1 de julho de 2006 (RoHS, 2014).

Assim, devido a fatores econmicos e ambientais supracitados, as PCIs passam por procedimentos mecnicos, qumico e trmicos, que visam tornar os metais de base e metais preciosos presentes novamente em matria prima (KASPER et al, 2011 apud PETTER et al, 2012).

Algumas formas de recuperar metais dessas placas so atravs de processos mecnicos, biotecnolgicos, pirometalrgicos, eletrometalrgicos ou hidrometalrgicos.

Processos Mecnicos

O processo mecnico basicamente a separao de componentes do material a ser tratado. Fazem parte a moagem do material (JNIOR et al, 2013), seguida da separao por diferena de densidade, peso, granulometria, propriedades magnticas e propriedades eltricas. Ele geralmente utilizado como parte primria no tratamento de resduos, sendo seguido por um processo metalrgico (VEIT, 2005 p.14).

Uma de suas vantagens que esse tratamento o que gera menos resduos contaminantes, sendo assim o menos agressivo sade e ao meio ambiente. Em contrapartida, algumas de suas desvantagens o fato de o processo exigir um elevado consumo energtico e na moagem pode-se perder componentes de alto valor agregado, como metais nobres (JNIOR et al, 2013).

Biotecnologia

Esse processo utilizado mais especificamente para recuperar ouro e digerir os outros metais presentes em sucatas eletrnicas. o tratamento do material com uma cultura de bactria ou fungo que cresce e mobiliza boa parte de certo metal (VEIT, 2005 p.12)

Ele simples, fcil de operar e barato, e essas so as vantagens da biotecnologia. As desvantagens so a necessidade dos metais estarem expostos superficialmente e os longos perodos de ataque, que limitam o processo (RIBEIRO, 2013 p.18).

Pirometalurgia

Pirometalurgia o processo de recuperao atravs de reaes a alta temperatura, sem a participao de substncias aquosas (BAS et al, 1982 p.7). Nele esto inclusos procedimentos de incinerao, sinterizao, fuso, pirlise, entre outros (VEIT, 2005 p.10).

Convencionalmente o processamento realizado atravs da concentrao de metais em uma fase chamada fase metlica e a formao de uma fase escria para a rejeio dos materiais estranhos em sua maioria (HOFFMANN, 1992 apud RIBEIRO, 2013 p.16).

A maneira mais comum de retirarem-se materiais orgnicos como polmeros dos concentrados de metais atravs da incinerao: primeiro a sucata triturada e depois queimada em um forno para que se destruam os materiais polimricos, resultando em um resduo metlico. Isso pode gerar ligas impuras, e para purificao destas pode ser realizado refino eletrometalrgico ou pirometalrgico (VEIT, 2005 p.10).

Esse mtodo pode causar alguns problemas por envolver processamento trmico, sendo eles principalmente: recuperao muito baixa ou quase impossvel de alguns metais (como chumbo, alumnio, estanho e zinco, por exemplo), a perda de metais pela volatilizao de seus cloretos e tambm por motivo da presena de vidros e componentes cermicos na sucata, que aumentam a quantidade de escria no forno (VEIT, 2005 p.10) e a emisso de compostos txicos pela queima de polmeros clorados e outros materiais isolantes (JNIOR et al, 2013).

A recuperao por pirometalurgia tem poucas etapas, aceita qualquer tipo de sucata eletrnica e no necessita de pr-tratamento, alm de que outros materiais como irdio que fica depositado em cadinhos ou tambm berlio em algumas sucatas podem ser tratados desta maneira. Essas so algumas das vantagens desse processamento (VEIT, 2005 p.10).

Eletrometalurgia

A eletrometalurgia utiliza de processos eletroqumicos e geralmente seguidos de um passo pirometalrgico para recuperao dos metais em sucatas eletrnicas.

O processamento eletroqumico a utilizao de eletrodeposio nos mais variados tipos de resduos com objetivo de recuperar metais neles presentes. feito em eletrlitos aquosos ou sais fundidos, e geralmente usado como passos de refinamento para recuperao de metais puros (VEIT, 2005 p.12).

Esse mtodo possui uma limitao, que o fato de que a sucata a ser recuperada deve ser pr-classificada. Em contrapartida, suas maiores vantagens so as seguintes:

Possui poucas etapas;

O eletrlito pode ser reciclado;

Dos metais preciosos presentes na sucata 95 a 97% so encontrados no concentrado obtido com a eletrlise. A quantidade encontrada depois de fundio, utilizando eletrlise apenas como refinao, muito baixa;

Pode ser utilizado em todos os tipos de sucata que contenham uma camada de metais preciosos sobre um substrato de metal base;

Os metais preciosos podem ser dissolvidos seletivamente ou simultaneamente, de acordo com a necessidade, e o substrato permanece inalterado (HOFFMAN, 1992 apud RIBEIRO, 2013 p.18).

Hidrometalurgia

O processo est baseado em ataques cidos ou bsicos que visam dissoluo do material slido, e posteriormente passam por etapas de separao como destilao, filtrao, precipitao, dentre outros, que tem por objetivo a obteno dos metais de interesse (RIBEIRO, 2013 p.16).

Comumente este processo utilizado para produo de alumina, nquel, titnio, terras-raras, e tambm cobre.

A Hidrometalurgia possui diferenciais em relaes aos outros processos de recuperao, como: baixo custo, menos danos atmosfera terrestre e isolamento menos complexo de seus componentes principais (RIBEIRO, 2013 p.16).

Outra importante questo a respeito deste mtodo o fato de que enquanto na Pirometalurgia as principais reaes ocorrem em altas temperaturas, sem a participao de solues aquosas, na Hidrometalurgia as reaes mais relevantes se processam em temperaturas baixas (eventualmente mdias), com o auxlio de presses maiores em meio principalmente aquoso (BAS et al, 1982 p.7).

Ainda que possa ser considerada vantajosa em relao s outras tcnicas, a hidrometalurgia conta com algumas desvantagens como: formao de resduos slidos, necessidade de utilizao de processos mecnicos para diminuio do volume, no aceitao de materiais mais complexos, formao de resduos txicos e/ou corrosivos (VEIT, 2005 p.12).

Fluxograma Hidrometalrgico

O processo Hidrometalrgico pode ser resumido na figura 1:

Figura 1 Fluxograma Hidrometalrgico.

Fonte: (FERNANDES; et al, 2007 p.157). Adaptado.

Preparao

A primeira etapa desta recuperao, chamada Preparao, gira em torno do estudo qumico da substncia a ser tratada, com o objetivo de ajustar propriedades fsico-qumicas se necessrio. seguida pela etapa denominada Lixiviao.

Lixiviao

De acordo com Ribeiro (2013 p.17) dentre os processos existentes na hidrometalurgia, h a lixiviao.

A lixiviao considerada uma dissoluo seletiva que parte do princpio de que no h materiais completamente insolveis, de forma que a dissoluo acarretar na permanncia dos compostos insolveis e a retirada dos solveis (ANDRADE, 2002 p.64).

Esta separao possvel atravs do contato do slido, minrio ou concentrado (lixiviado), com uma fase aquosa, chamada de lixiviante.

Os lixiviantes mais comuns para a recuperao de metais so: haletos, tiouria, cianetos e tiossulfatos (KOLODZIEJ e ADAMSKI, 1984 apud RIBEIRO, 2013 p.17), entretanto de forma geral, so utilizadas solues salinas, alcalinas e cidas.

Contudo, a escolha da soluo lixiviante implica na necessidade da anlise de diagramas E/pH (potencial/ph), feitos com base em estudos de sistemas metal e gua a uma certa temperatura, com o objetivo de haver um melhor entendimento dos critrios termodinmicos que compreendem a dissoluo de metais. Assim, estes diagramas apontam pontos de estabilidade das fases solveis e condensadas, abaixo segue um modelo deste diagrama, denominado Diagrama de Pourbaix:

Figura 2 Diagrama de Pourbaix.

Fonte: (MORAES, 2011 p.22).

Desta forma, a partir da observao do Diagrama, tendo como regio de interesse a rea denomina Dissoluo de Metais (princpio da lixiviao), tem-se que nesta fase o metal est em forma inica estvel.

Afunilando ainda ao estudo ao cobre, segundo a Figura 3, que apresenta o Diagrama de Pourbaix para o sistema cobre-gua a 25C, este demonstra as reas na quais o cobre est em forma inica ou solvel.

Figura 3 Diagrama Pourbaix do Sistema cobre-gua a 25C.

Fonte: (MORAES, 2011 p.24).

Ento, de acordo com Moraes (2011, p.23) o uso de um agente oxidante vem a facilitar a dissoluo de metais, posto que este agente provoque um aumento no potencial positivo (oxidao), o que culmina na reao abaixo, que mostra a transformao de cobre metlico (Cu0) em on de cobre solvel (Cu+2):

Cu0(s) Cu+2(aq) + 2e-

Uma das solues utilizadas como lixiviante, com base nesta anlise, a soluo salina de cloreto frrico (FeCl3) que de grande utilidade em processos hidrometalrgicos, uma vez que fonte de ons Fe3+, que por sua vez um bom e adequado agente oxidante (CARNEIRO; LEO, 2005). No caso da utilizao desta substncia h solubilizao do cobre e formao do composto insolvel de Fe2O3 a pH na faixa de 3,0 a 3,8 e potencial superior a 0,4V (MORAES, 2011 p.26).

Esse processo de lixiviao de cobre tem grande importncia na limpeza de PCIs, posto que conforme esse constituinte sofre processo de oxidao, mediante ao contato com oxignio presente no ar, h a formao de uma camada que interfere em sua condutividade eltrica. Ento comum a remoo da camada oxidada por meio de lixiviao, para que a PCI possa voltar a sua plena utilizao.

Tratamento da Soluo e Recuperao do Metal

Por fim, a partir do momento em que se obtm uma soluo dissolvida necessrio o uso de tcnicas como precipitao seletiva (metal obtido na forma de hidrxido metlico ou sal) (FERNANDES et al, 2007 p.158), troca inica ou extrao lquido-lquido, a fim de obter sua concentrao e purificao visando recuperao do metal desejado (BAS et al, 1982 p.20).

PROBLEMAS OCASIONADOS PELO DESCARTE INADEQUADO

Como a todos os seres vivos, no ser humano, o cobre imperativo, uma vez que est ligado a formao de hemoglobina e processo metablico dos carboidratos, por meio de sua coparticipao em metaloenzimas, e ainda atua como recurso antioxidante celular (ATSRD, 2004 apud ANDREAZZA, et al 2013).

Contudo, esse metal, ainda que fundamental vida torna-se prejudicial quando em altas concentraes, txico nessa condio e acarreta danos naturais devido suas propriedades bioacumulativas (ANTONIOLLI, 2007).

O contato com tal metal efetuado em atividades corriqueiras como, por exemplo, obter contato com o solo, comer, beber gua, e at respirar.

No solo, de acordo com Sodr (2000, p.324), o cobre como metal pesado altera influncias mtuas nos vegetais, pois ocasiona a deficincia de alguns nutrientes essenciais e ainda gera efeitos txicos ao tecido vegetal e aos micro-organismos (bactrias e fungos) (LEYVAL, 1997). Esses efeitos tornam-se ainda maiores em solos tropicais, haja vista sua maior adsoro de metais pela presena de oxo-hidrxidos.

O teor do solo possui papel fundamental para a cadeia alimentar, uma vez que est intimamente ligado ao transporte de substncias vida terrestre, causando alteraes metablicas aos seres vivos concernentes sua composio.

A problemtica relacionada cadeia alimentar exemplificada em situaes como a contaminao do prprio solo, apontado acima, que pode gerar uma contaminao da gua, pois os componentes txicos que atingem o lenol fretico, como o cobre, trazem impactos ecolgicos negativos para os usurios desta gua (RIBEIRO, 2013 p.4).

No que diz respeito vida humana, a alta concentrao similarmente prejudicial, pois causa uma srie de sintomas que rompem a homeostase corprea, mesmo que as metaloenzimas, que so a resposta do intestino e do estmago para obter o equilbrio na concentrao de cobre, busquem agir.

A alta concentrao de Cobre (Cu) provoca enfermidades em alguns rgos e sistemas, observadas por meio de teste com animais (ATSDR, 2004):

Sistema Gastrointestinal: causa nuseas, desequilbrio intestinal, vmitos e dor abdominal.

Fgado: causa necroses, inflamaes e fibroses.

Rins: danos aos tbulos convolutos proximais.

COLORANTES

A utilizao de cores pela humanidade data de 20 mil anos atrs, com o uso das primeiras substncias como: o Negro-de-Fumo, o Azul-Egpcio, fuligem de ocre, posteriormente o Murex (provindo de um molusco marinho), dentre outros (CASQUEIRA; SANTOS, 2008).

Assim sendo, segundo a definio apresentada por Saron e Felisberti (2005) os colorantes so de maneira geral, substncias adicionadas com a finalidade de atribuir cor.

A partir disto, os colorantes se dividem em duas modalidades: corantes e pigmentos (SARON; FELISBERTI, 2005). Sendo que so distintos devido ao fato de os corantes serem solveis no meio, penetrando no material a ser tingido, de forma a interagirem efetivamente, como no caso dos txteis; j os pigmentos possuem tamanho maior de partcula (pequenos corpsculos) e so insolveis no meio em esto inseridos, no reagindo quimicamente ou fisicamente.

No mbito deste ltimo, embora existam diversas maneiras de classific-lo (composio qumica, colorao, utilizaes, preparao, dentre outros), as principais subdivises so pigmentos orgnicos e inorgnicos.

Os pigmentos orgnicos possuem um alto poder de colorao, bem como a existncia de um grande leque de tonalidades muito brilhantes. Em contrapartida, os pigmentos inorgnicos detm uma maior estabilidade qumica e trmica, e tambm uma menor toxidade ao ser humano (BONDIOLI; MANFREDINI; OLIVEIRA, 1998 p. 13).

Focando, portanto, nos pigmentos inorgnicos, estes possuem estruturas cristalinas, formadas por uma rede hospedeira na qual h um componente cromforo, que comumente est representado por um ction de um metal de transio, alm dos demais componentes que reafirmam as caractersticas pigmentares (CASQUEIRA; SANTOS, 2008, p.12).

Dentro dos pigmentos inorgnicos, h ainda os naturais e os sintticos. Os pigmentos inorgnicos sintticos, ou seja, que so produzidos mediante processos qumicos, possibilita a obteno de coloraes que no so adquiridas naturalmente. Esta classe de pigmentos pode ainda possuir caractersticas pticas, como cor e opacidade.

Igualmente, h os pigmentos inorgnicos naturais que so assim chamados por serem encontrados na natureza como xidos simples. Em destaque h o xido de Ferro (CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.12) por ser o mais utilizado, e isso se deve a este xido possibilitar a obteno de vrias cores que vo do amarelo ao marrom (BONDIOLI; MANFREDINI; OLIVEIRA, 1998 p.13).

Assim, os xidos simples so amplamente empregados na indstria, uma vez que possuem baixo custo e so satisfatrios em sua colorao, apesar de a repetitividade das cores no ser to facilmente alcanada.

Obteno de pigmentos por precipitao

Um dos procedimentos para conseguir xidos simples para pigmentos a precipitao qumica em soluo homognea, que resulta em produtos com caractersticas ideais e por isso uma tcnica muito comum (ALMEIDA et al, 2007 p.58). Outro fator para sua ampla utilizao o de algumas de suas etapas serem facilmente executveis em laboratrio, bem como requerer equipamento simples.

Contudo, com esse mtodo h primeiramente a formao de hidrxidos que para chegarem aos produtos desejados, xidos, precisam passar por calcinao a uma temperatura relativamente alta, o que consiste em uma inconvenincia do processo (CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.31).

O fluxograma geral do processo de formao de pigmentos por precipitao ilustrado na figura 4.

Figura 4 Fluxograma de um processo de formao de pigmentos por precipitao.

Fonte: (CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.31).

xidos de ferro

So xidos naturais encontrados em vrios minerais. Apresentam uma grande variedade de cores, como amarelo, vermelho, marrom e preto, e tambm diferentes tonalidades dependendo do tipo de mineral e do tratamento a que ele submetido (CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.19).

Os pigmentos de xidos de ferro possuem vasto campo de aplicao, em pinturas, assim como papis, plsticos, vidros, cermica, etc. Na tabela 1 abaixo esto listados os produtos mais comuns a base desse xido.

Tabela 1 Produtos base de xido de ferro.

Componente

Frmula

Cor *

Hidrxido de ferro

- FeOOH

Amarelo

xido de ferro III

- Fe2O3

Vermelho

xido de ferro II e III

Fe3O4

Preto

xido de ferro

Misturas

Marrom

*Podem apresentar variaes de cor

Fonte: (CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.19). Adaptado.

xidos de cobre

A indstria cermica vem ganhando cada vez mais espao no mercado mundial, principalmente no que diz respeito artigos decorativos, por isso a necessidade de novos pigmentos e novas cores tem crescido muito (ALMEIDA et al, 2007 p.57).

Entre as cores mais desejadas est o verde, que obtido a partir de xidos de cobre puro na maior parte das vezes (ALMEIDA et al, 2007 p.57). Sua utilizao principalmente em cermicos, como citado anteriormente.

METODOLOGIA

MATERIAIS E REAGENTES

- Balana analtica;

- Bales volumtricos de 500 ml;

- Bastes de vidro;

- Bqueres;

- Bureta de 25 ml;

- Cadinhos;

- Capela;

- Dessecador;

- Erlenmeyers;

- Estufa;

- Forno mufla;

- Frascos mbares;

- Funis;

- Papis-filtro;

- Pera;

- pHmetro;

- Pipetas de Pasteur;

- Pipetas volumtricas;

- Plataforma de aquecimento;

- Provetas;

- Vidros de relgio;

- cido clordrico concentrado;

- cido sulfossaliclico;

- gua destilada;

- EDTA 0,02 mol/L;

- Hidrxido de sdio em escamas;

- Murexida;

- Resduo de cloreto frrico e cobre;

- Soluo de hidrxido de sdio 12,5%;

- Tinta branca base de gua.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Para o tratamento do resduo gerado a partir da lixiviao de placas de circuito impresso, composto por cloreto frrico e ons de cobre, realizaram-se os seguintes procedimentos:

Separao dos metais em soluo

Deixou-se em repouso o recipiente contendo o resduo, at a decantao da parte frrica. Desta forma, com a soluo bifsica, retirou-se a fase lquida (cobre) guardando-a em frasco mbar e em outro recipiente reservou-se a fase restante (ferro).

Formao do xido de cobre

Pipetaram-se 250 ml da soluo com ons cobre e transferiu-se para um bquer. Pesaram-se aproximadamente 55g de NaOH em balana analtica. Adicionou-se ao bquer e misturou-se. Mediu-se o pH para garantir que estivesse prximo de 9.

Filtrao e Secagem dos xidos

Filtrou-se a soluo obtida no processo 2. Colocaram-se os papis-filtro contendo xido de cobre e o recipiente contendo xido de ferro na estufa para a retirada da umidade.

Calcinao dos xidos

Retiraram-se os xidos da estufa e ento se colocaram o xido de ferro em um cadinho de porcelana e o xido de cobre em outro. Levaram-se os cadinhos em forno mufla aproximadamente 600C por algumas horas. Retiraram-se os cadinhos do forno e colocaram-se em um dessecador at o total resfriamento da porcelana e ento se armazenaram os xidos na estufa para evitar a absoro de umidade.

Abertura e preparao das amostras

Pesou-se 1g de xido de cobre e depositou-se em um bquer. Na capela, adicionaram-se 12 ml de cido clordrico e 24 ml de gua destilada ao bquer e colocou-se este sobre uma plataforma de aquecimento. Mexeu-se at a completa dissoluo do slido.

Ento se pesou 1g de xido de ferro e depositou-se em um bquer. Tambm na capela, adicionaram-se 24 ml de cido clordrico e 24 ml de gua destilada ao bquer e colocou-se este sobre a plataforma de aquecimento. Mexeu-se at a completa dissoluo do slido.

Colocou-se cada amostra obtida no processo 5 em um balo volumtrico de 500 ml, avolumaram-se e homogeneizaram-se as solues. Guardaram-se as solues em vidros mbares.

Quantificao dos xidos obtidos

Pipetaram-se 100 ml da soluo de xido de cobre 2g/L e colocou-se em um bquer. Com uma soluo de hidrxido de sdio acertou-se at pH 8. Completou-se uma bureta de 25 ml com EDTA 0,02 mol/L previamente padronizado. Pipetaram-se 25 ml da soluo preparada anteriormente e colocou-se em um erlenmeyer, adicionou-se uma pitada de murexida e titulou-se com EDTA at a viragem do indicador. Repetiu-se o procedimento mais duas vezes.

Pipetaram-se 50 ml da soluo de xido de ferro 2g/L e depositou-se em um bquer. Acertou-se o pH at 1,0 com uso de uma soluo de NaOH. Pipetaram-se trs amostras de 10 ml da soluo preparada, colocaram-se em erlenmeyers e adicionaram-se duas gotas do indicador cido sulfossaliclico em cada um. Completou-se uma bureta de 25 ml com EDTA 0,02 mol/L e titularam-se as trs amostras at a viragem.

Aplicao do pigmento

Adicionaram-se pitadas de xido de cobre a uma tinta branca base de gua e misturou-se. Adicionaram-se algumas gotas de cido clordrico concentrado e misturou-se novamente. Realizou-se o mesmo procedimento utilizando xido de ferro.

RESULTADOS E DISCUSSES

Ao se iniciar o tratamento, a primeira determinao foi do pH do resduo para ter conhecimento de que cuidados deveriam ser tomados ao manuse-lo. O pH se encontrava muito cido, medindo aproximadamente 0,2, devido ao carter cido e corrosivo da soluo inicial (cloreto frrico) utilizada no processo de lixiviao da placa de cobre, processo que resultou no rejeito tratado neste trabalho.

Em primeiro momento o resduo era composto por uma soluo verde contendo um precipitado amarelo, por isso foi necessrio o processo de decantao, para que o material se dividisse em duas fases assim possibilitando uma separao grosseira dos metais existentes. O corpo de fundo (poro slida) era constitudo principalmente de xido de ferro III (composto insolvel) o que possvel perceber pela colorao amarelada, enquanto na parte lquida, novamente pela cor, se observou a grande presena de ons de cobre em soluo, j que Cu+2 aquoso verde.

Aps a separao das duas fases descritas, a parte slida foi colocada na estufa para que perdesse umidade, afinal j se encontrava na forma ambicionada, xido de ferro.

Na soluo contendo cobre iniciou-se a adio gradativa de hidrxido de sdio: esses reagentes resultam em uma soluo com um precipitado marrom escuro, xido de cobre. Para garantir que todo o cobre estivesse na forma de xido, o pH da soluo deveria estar bem prximo de 9 (pois esse um xido bsico). Depois de vrias tentativas pode ser determinada uma quantidade de NaOH necessria para atingir o potencial bsico desejado, sendo ela de aproximadamente 11g para cada 50 ml de soluo.

Posterior reao, para adquirir somente o precipitado formado, a soluo foi filtrada e desta forma se obteve xido de cobre II (posto que a forma mais oxidada a mais estvel no cobre). Bem como o xido de ferro, os papis-filtro provenientes da filtrao foram deixados na estufa at perderem o mximo de umidade possvel.

Com os xidos j secos, pode ser realizado o prximo passo, a calcinao. Esta teve por objetivo a padronizao do xido, bem como a eliminao de toda a matria orgnica que pudesse existir nestes, posto que quando expostas altas temperaturas essas substncias volatilizam, assegurando a pureza dos compostos metlicos.

Para conhecer mais precisamente a composio dos xidos que foram isolados, se quantificaram os metais ferro e cobre em cada um deles. A fim de realizar titulao com EDTA, fez-se necessrio a abertura das amostras, j que estes dois xidos so insolveis em gua.

A massa de 1g de xido de cobre solubilizou com a adio de 12 ml de cido clordrico concentrado e 24 ml de gua destilada; a mesma massa de xido de ferro precisou de 24 ml de HCl com 24 ml de gua destilada para solubilizar. Sendo que ambas as amostras demandaram aquecimento para dissolverem, percebe-se que o xido de ferro o menos solvel dos dois.

Com as amostras dissolvidas prepararam-se solues diludas de concentrao 2g/L, e s ento foram realizadas as quantificaes atravs de volumetria utilizando EDTA previamente preparado e padronizado, com concentrao real de 0,0207 mol/L.

ANLISE DE XIDO DE COBRE

Para determinar a quantidade real de CuO no xido de cobre que foi isolado, o pH ideal foi 8,0 e o indicador utilizado, a murexida. O resultado mdio das trs titulaes foi de 18,47 ml de EDTA para 25 ml de amostra, e como a estequiometria entre EDTA e qualquer metal de um para um, os clculos realizados foram relativamente simples (de concentrao, molaridade, massa molecular, etc) e resultaram nos valores representados na tabela a seguir:

Tabela 2 Composio do xido de cobre.

Pureza (%)

Metais presentes* (%)

Cobre

Ferro

60,8

48,56

39,2

* Os metais no produto esto presentes na forma de ons.

Determina-se desta forma que a pureza do xido de cobre II de 60,8% e que os outros 39,2% da amostra so compostos por ons de ferro, podendo tambm haver contaminantes provenientes do processo de lixiviao das placas de circuito (procedimento que gerou o resduo trabalhado).

ANLISE DE XIDO DE FERRO

Em seguida, para a determinao da quantidade real de Fe2O3 no composto de xido de ferro obtido, atingiu-se pH 1 e o indicador usado foi cido sulfossaliclico. A mdia dos valores encontrados na volumetria foi de 11,67 ml de EDTA para cada 10 ml de amostra.

Seguindo clculos semelhantes aos citados no item 4.1 foi obtida a tabela 3, anloga tabela 2:

Tabela 3 Composio do xido de ferro.

Pureza (%)

Metais presentes* (%)

Cobre

Ferro

96,65

3,35

67,65

* Os metais no produto esto presentes na forma de ons.

Neste caso se encontra um xido de ferro com altssima pureza, sendo ela 96,65%. A mnima parte restante, de 3,35%, formada por ons cobre, entre outros metais e compostos contaminantes (incorporados ao resduo original pela lixiviao).

APLICAO DOS PRODUTOS

Finalmente foi testada a aplicao dos xidos de ferro e cobre em tinta base de gua. Vrias quantidades de xido foram misturadas ela, e mesmo com adio de cido clordrico concentrado no foi possvel colorir a tinta. Isso se deve ao fato de que ambos os xidos so insolveis em gua e consequentemente na tinta utilizada.

CONCLUSO

Frente aos procedimentos desempenhados neste trabalho foi possvel concluir que o resduo inicial, cloreto frrico saturado com ons de cobre, pode ser transformado em produtos teis desde que seja tratado corretamente, sendo este tratamento realizado atravs de procedimentos relativamente simples e com reagentes de baixo custo.

A partir da soluo problema h o isolamento dos xidos de cobre e ferro, que so obtidos com grau de pureza de mais de 95% no xido de ferro III e aproximadamente 61% no xido de cobre II. Supe-se que essa diferena se deve ao fato de que um dos xidos (frrico) obtido atravs da frao slida e o outro (cprico) demanda adio de um reagente soluo para ser formado.

Posto que o processo de lixiviao age solubilizando certos componentes das PCIs, mais difcil encontrar ons contaminantes (cobre e outros) insolveis e misturados ao xido frrico, garantindo uma mnima poro de impurezas. J em soluo so facilmente encontrados compostos dissolvidos (principalmente ferro proveniente da soluo lixiviante), e com a adio de hidrxido de sdio o nmero de ons diferentes de cobre aumenta, levando formao de um xido menos puro.

Por fim, por meio da metodologia utilizada foram formadas matrias primas para processos industriais que geram produtos com utilizaes que vo desde a pigmentao at a produo de ligas metlicas (atravs de fundio), e somente no se pode completar a aplicao dos xidos de cobre e ferro como pigmento porque para transform-los em produtos finais so necessrios equipamentos prprios e condies ideais e controladas de pH, temperatura e presso.

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