ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Química Tecnológica
Autores
da Costa, C. (UFRJ) ; Nascimento, M. (CETEM) ; Sousa Junior, C. (IFRJ)
Resumo
Os elementos de terras-raras compõem um grupo de elementos químicos da série dos lantanídeos começando por lantânio (La) e terminando por lutécio (Lu), que ocorrem juntos na natureza em alguns minerais como bastnaesita, monazita, xenotima e outros. Esses metais têm sido cada vez mais utilizados em setores de alta tecnologia da indústria, aumentando a sua demanda e intensificando as pesquisas de técnicas de separação. Para sua purificação utiliza-se a técnica da extração por solvente, sendo muito utilizada para separação de elementos de terras-raras no licor originário da lixiviação do minério de origem. Neste trabalho foi utilizada esta técnica afim de separar o lantânio a partir de um licor sintético de monazita com o mais alto grau de pureza, utilizando o extratante orgânico D2EHPA.
Palavras chaves
Terras-Raras; Extração por Solventes; Lantânio
Introdução
Nos últimos anos, o governo chinês tomou medidas de restrições de exportações, imposições de cotas e elevação de impostos em relação ao fornecimento de elementos de terras-raras ao restante do mundo. O discurso do país para a comunidade internacional se baseava na proteção ao meio ambiente e no controle de recursos naturais. Dessa forma, depois de abandonar a produção dos metais de terras raras em meados da década de 1990 e ver os preços dispararem no mercado mundial, o Brasil quer investir no setor e retomar a extração desses elementos. O mercado mundial das terras-raras é dominado pela China, que detém as maiores reservas conhecidas, em torno de 36 milhões de toneladas e controla 95% da produção mundial. A China possui as maiores reservas em boas condições de exploração com mão de obra barata e preços baixos, inviabilizando os polos de mineração já existentes, o que justifica tal domínio. No âmbito nacional, a FCC (Fábrica Carioca de Catalisadores), única fabricante no Brasil de catalisadores para craqueamento de petróleo, sentiu as dores da decisão chinesa, uma vez que estes carregamentos de ETR podem demorar meses para serem entregues e nenhuma indústria pode ficar à mercê da garantia de suprimento com prazos tão voláteis, das incertezas da estabilidade do preço e das ameaças de interrupção no fornecimento chinês. Além de abastecer o mercado interno, a FCC é responsável por 80% dos catalisadores utilizados nas refinarias da Colômbia. A exploração de elementos de terras-raras é uma prioridade para as próximas décadas, visto que é crescente o uso destes metais em produtos de alta tecnologia.
Material e métodos
Foi preparada uma solução aquosa de alimentação foi preparada a partir da dissolução dos óxidos de terras raras puros em HCl à quente, cedidos pela Pacific Industrial Development Corp (PIDC), com concentração de lantânio e praseodímio igual a 32,36 g/l, pois esta é a maior concentração do planejamento de experimentos, correspondente ao ponto estrela. As demais soluções de concentrações inferiores foram preparadas a partir da diluição da solução de alimentação com água destilada. A solução orgânica foi preparada diluindo-se o agente extratante D2EHPA, fornecido pela RHODIA, em isoparafina fornecida pela Ypiranga, com concentrações diferenciadas para cada ensaio. Os experimentos de extração foram realizados em bécheres, onde foram adicionadas alíquotas de soluções clorídricas do licor de TR contendo diferentes metais, em diferentes concentrações e, posteriormente, adicionou-se HCl em cada recipiente, sob agitação constante em um agitador mecânico com o objetivo de alcançar o pH de trabalho indicado na tabela de experimentos. Após a estabilização da solução aquosa, foram adicionadas alíquotas da solução orgânica, que consistia do extratante D2EHPA diluído em isoparafina, onde se promoveu a mistura das fases, respeitando a relação volumétrica A/O. As soluções aquosas, iniciais e após o contato dos testes, foram encaminhadas para análise química.
Resultado e discussão
A figura 1 mostra os efeitos de todas as variáveis estudadas e suas possíveis interações tendo como variável resposta o fator de separação Pr-La. Dentre elas, verificamos que seis das variáveis estão além do valor de 90% de significância e podem ser consideradas relevantes. Na figura 5 é possível verificar o gráfico de Pareto que mostra os efeitos das principais variáveis de trabalho, sendo que a mais importante é a relação A/O que tem um valor de 3,02 e está dentro do intervalo de 90% de confiança. Esse valor é estatisticamente informado pelo software Statistica® que mostra que essa variável deve ser considerada para um futuro desenvolvimento de uma equação preditiva. O valor positivo para a variável representa uma boa influência ao processo, visto que quanto maior o valor da relação A/O, maior será o fator de separação, ou seja, uma maior quantidade da solução aquosa melhora a seletividade. Isso é verdade porque teremos mais Pr disponível para ser extraído e ao mesmo tempo uma menor quantidade de orgânico significa um menor quantidade de D2EHPA disponível para extrair o lantânio excedente.De acordo com o gráfico da figura 2 é possível verificar a importância das variáveis A/O, concentração de terras raras e pH. Dessa forma, foram levantados diagramas tridimensionais, chamados curvas de superfície de resposta (Figuras 7 e 8), que representam os efeitos dessas variáveis no fator de separação La-Pr. Notamos mais uma vez a relevância da razão A/O e da concentração de terras-raras na extração. A figura 6 evidencia a tendência do fator de separação ser maior conforme aumentamos a razão entre as fases à valores médios da concentração de TRs.
Conclusões
Foi possível observar em todos os ensaios realizados a preferência de extração do Pr em comparação ao La. Isso provavelmente se deve a preferência do extratante, de natureza ácida, ao elemento de TR de maior peso atômico. Foram realizados testes para observância do efeito das variáveis de processo, pH, A/O, [TR], [D2EHPA] em função do fator de separação Pr-La. Para tal, foi experimentada a aplicação da metodologia de planejamento de experimentos. Como resultado, um modelo matemático foi proposto de forma a representar matematicamente o fator de separação pesquisado em função das variáveis.
Agradecimentos
Referências
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