Química Analítica psi

Projeto de  Síntese e Integração

1) Quais são os dois (2) métodos de extração dos metais de seus respectivos minérios?

    O método de extração do metal  titânio (Ti)  do minério  em que está contido, rutilo (TiO2), através do método cloração seguida de redução com magnésio (Mg). Já para o alumínio (Al) utiliza-se a eletrólise para extrair o metal da bauxita.

 

2) Fazer um fluxograma das etapas do processo hidrometalúrgico.

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3)  Explicar resumidamente cada uma das etapas, indicando em quais delas estão envolvidas reações químicas.

    A primeira etapa, preparação, ajusta as propriedades físico-químicas do sólido, tais como a granulometria, composição, teor, natureza química e porosidade, para a etapa seguinte (lixiviação). A preparação envolve operações clássicas de tratamento de minérios (cominuição, classificação, concentração e separação sólido-líquido). Em alguns casos, entretanto, a preparação para a lixiviação requer modificações químicas do minério.

    Após a preparação do minério, tem-se a etapa de lixiviação. Esta é  a recuperação do metal. A lixiviação consiste na dissolução seletiva de minerais contendo o metal ou metais de interesse através do contato do minério  com uma fase aquosa contendo ácidos (freqüentemente o ácido sulfúrico), bases (como hidróxidos de amônio e sódio) ou agentes complexantes (como o cianeto de sódio e o hidróxido de amônio),onde acontece reações químicas  em condições variadas de pressão e temperatura (usualmente de 25 a 250°C). As operações de lixiviação podem ser classificadas em dois grandes grupos: leito estático e tanques agitados. O primeiro inclui a lixiviação in situ, em pilhas (de rejeito, estéril ou minério) ou em tanques estáticos (vat leaching).

     Depois o processo segue para  as operações de separação sólido-líquido (ciclonagem, espessamento e filtragem) para a obtenção da fase aquosa ou licor (contendo o metal de interesse). A eficiência desta etapa é determinante para a minimização das perdas de metal solúvel, que constituirá o rejeito, e de consumo de água nova no processo. Por outro lado, lado, as características dos sólidos a serem descartados também serão determinantes nos custos de disposição do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais.

      A etapa de tratamento do licor ou solução  produzido na lixiviação visa à purificação da solução (através da separação de elementos provenientes da dissolução da impureza do minério  e que podem afetar a etapa posterior de recuperação do metal) e à concentração da solução contendo o metal dissolvido até os níveis adequados à etapa seguinte de recuperação. Eventualmente esta etapa pode levar à obtenção de subprodutos. O tratamento do licor envolve processos tais como: precipitação, adsorção em carvão ativado ou em resinas poliméricas de troca iônica e extração por solventes. É importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao tratamento de efluentes, visando à concentração e à remoção de contaminantes.

      A última etapa do processo  hidrometalúrgico tem como objetivo a recuperação do metal. Este pode ser obtido na forma de sal ou hidróxido metálico (como Al2O3.nH2O e CuSO4), através de processos de precipitação/cristalização ou na forma metálica. No segundo caso, utiliza reações de redução em fase aquosa, como a cementação (redução via oxidação de um metal menos nobre), a redução por hidrogênio ou a eletrorrecuperação, que, por sua vez, é o principal processo utilizado na produção de metais de elevada pureza diretamente de soluções aquosas. O processo envolve a aplicação de uma diferença de potencial entre cátodos-ânodos imersos em solução aquosa e é usado na obtenção de cobre, zinco, níquel, ouro, dentre outros. Para metais de potencial redox muito negativo, como o alumínio, a eletrorrecuperação é realizada em banho de sais fundidos.

4) “A substância mais importante de um processo hidrometalúrgico é a água, considerada o solvente universal”.

   - Explicar resumidamente como e porque ocorre a interação da água com os compostos presentes no minério.

     

      A água interage com os compostos presentes no minério devido à afinidade que ela possui com as espécies que o compõem. Onde, a água (solvente) quebrará as ligações do soluto (componentes do minério) e solvatará os íons ou compostos (podendo ser ligas metálicas e entre outros) dissolvidos, no qual as espécies contidas no minério serão envolvidos/rodeados por uma camada de moléculas de  solvente fracamente ligadas. Esta camada é resultado das forças  intermoleculares ou das forças entre íons e moléculas  entre o componentes do minério e as moléculas da água. Por fim,  essa solvatação diminui a energia do sistema, conferindo maior estabilidade às espécies dissolvidas.

     Assim, uma substância inorgânica em contato com o solvente no os íons formando a substância podem existir, dissolve até um certo limite. Este limite, conhecido como a saturação, é um estado de equilíbrio dinâmico onde a velocidade de formação de íons na solução pela dissolução do material é igual a velocidade de reprecipitação pela combinação iônica. Na condição de saturação o produto das atividades irônicas é igual ao produto de solubilidade. O minério dissolve, portanto, enquanto o produtoras atividades iônicas seja menor que Kps (Produto de Solubilidade ou Constante de Solubilidade)  e as espécies dissolvem aumentando as atividades iônicas visando atingir Kps.

     Uma substância com Kps elevado é uma espécie solúvel. Por exemplo, os sais NaCl e KBr são solúveis em água. Já o Mg(OH)2, dado que o valor do Kps é pequeno e, portanto, a quantidade existente em solução não é significativa do ponto de visto prático da hidrometalurgia. Logo, nem todos compostos que compõem o minério não  interagem com a água de forma que eles sejam diluídos.

- Poderia ser usado outro solvente em substituição a água? Explicar a sua resposta.

5) “A capacidade solvente da água pode ser aumentada pela adição de ácidos, bases, agentes complexantes e/ou agentes oxidantes e redutores.”