Processamento do licor sulfúrico de terras raras para obtenção dos respectivos concentrados e separação do cério por oxidação térmica

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Ruberlan Gomes da Silva
• Orientador(a): Éder Domingos de Oliveira
• Banca de defesa: Angela de Mello Ferreira Guimarães, Fernando Soares Lameiras, José Domingos Ardisson, Afonso Henriques Martins, Guilherme Dias Rodrigues
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Licor Sulfúrico; Terras Raras; Oxidação Térmica; Cério
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/30097

O presente estudo teve como objetivo avaliar, em escala de laboratório, a separação do cério dos demais ETRs (Elementos Terras Raras) por meio do tratamento térmico dos diferentes concentrados mistos de terras raras (oxalatos, carbonatos e hidróxidos) e lixiviação com solução de ácido clorídrico dos respectivos produtos das calcinações. Os concentrados mistos de terras raras foram obtidos a partir de um licor sulfúrico não purificado gerado pelo processamento piro-hidrometalúrgico do minério extraído de uma mina de fosfato em operação no Brasil. A análise química desse licor apresentou as seguintes concentrações: 3,74 gL-1 de ETR3+, 2,91 gL-1 de Fe3+, 1,61 gL-1 de PO43-, 8,74 mgL-1 de Th4+, 0,42 gL-1 de Al3+, 3,41 mgL-1 de UO22+, 16,9 gL-1 de SO42-, 0,89 gL-1 de Ca2+, 0,94 gL-1 de Mn2+ e 0,41 gL-1 de Mg2+. A melhor condição de purificação do licor sulfúrico de terras raras foi obtida em duas etapas consecutivas: primeira com adição de polpa de calcário 10% m/m até pH igual a 3,50 e a segunda com dosagem de polpa de cal hidratada 10% m/m até pH igual a 5,00. Seguindo-se esse procedimento, a perda em massa dos ETRs foi de apenas 4,0%, houve remoção completa dos íons Fe3+, PO43- e Th4+ e reduções de 99%, 87% e 37%, respectivamente, nas concentrações dos íons Al3+, UO22+ e SO42-. A análise química do licor sulfúrico de terras raras purificado apresentou as seguintes concentrações: 3,39 gL-1 de ETR3+, 4,55 mgL-1 de Al3+, 0,44 mgL-1 de UO22+, 10,5 gL-1 de SO42-, 1,04 gL-1 de Ca2+, 0,94 gL-1 de Mn2+ e 0,46 gL-1 de Mg2+. Esse licor foi usado na obtenção dos oxalatos, carbonatos e hidróxidos mistos de terras raras. Os óxidos mistos de terras raras, obtidos a partir da calcinação dos respectivos oxalatos mistos, apresentaram teores de ETR2O3 (Óxidos de Terras Raras) de 99,1% m/m (alta pureza) e a melhor condição de precipitação ocorreu com dosagem estequiométrica de ácido oxálico e temperatura de 60ºC. Os carbonatos mistos de terras raras apresentaram pureza de 94,0% e teores de ETR2O3 de 68,8% m/m e a melhor condição de precipitação ocorreu também com dosagem estequiométrica de carbonato de sódio e na temperatura de 60ºC. Os hidróxidos mistos de terras raras apresentaram pureza de 99,7% e teores de ETR2O3 de 76,6% m/m, sendo a precipitação realizada a 20ºC e com adição de 10% a mais que a dosagem estequiométrica de hidróxido de sódio. Os resultados das análises químicas e das difratometrias de raios X dos produtos das calcinações, obtidos após a calcinação a 1100ºC em mufla do oxalato do cério puro e do carbonato de cério puro, mostraram a formação dos respectivos óxidos de cério IV (CeO2), os quais não foram solubilizados em solução de ácido clorídrico 37% m/m ou 12 molL-1 (razão sólido/líquido do 1:4, temperatura de 90ºC e agitação por 2 horas). As calcinações em mufla dos oxalatos e dos carbonatos mistos de terras raras somente foram completas também na temperatura de 1100ºC. As difratometrias de raios X mostraram que ocorreu a formação de uma mistura dos óxidos Ce2O3 e CeO2, representado pelo Ce4O7, na estrutura cristalina dos óxidos mistos de terras raras obtidos a partir da decomposição térmica completa dos oxalatos mistos, enquanto que foi formado um óxido de cério e neodímio, identificado como Ce0,60Nd0,40O1,80 (Ce1-xNdxO2-x/2, com x igual a 0,40), após a decomposição térmica completa dos carbonatos mistos de terras raras. O cério presente na composição dos óxidos mistos de terras raras, obtidos a partir dos oxalatos mistos, foi completamente solubilizado em solução de HCl 37% m/m (razão sólido/líquido do 1:4, temperatura de 90ºC e agitação por 2 horas). Enquanto que o cério presente na composição dos óxidos mistos de terras raras, gerados a partir dos carbonatos mistos, não solubilizou com solução de HCl 37% m/m razão sólido/líquido do 1:4, temperatura de 90ºC e agitação por 2 horas). Como descrito na literatura, o cério contido nos hidróxidos mistos de terras raras não foi lixiviado em uma condição mais branda que a descrita anteriormente (solução de HCl 2 molL-1, razão sólido/líquido do 1:4, temperatura de 20°C e agitação por 2 horas).